Diseño y evaluación de acumulador de bolas cerámicas para captura de energía solar térmica

Abstract

La finalidad de este proyecto es diseñar y evaluar un acumulador de bolas cerámicas de alúmina para la captura de energía solar térmica, apoyados por simulaciones numéricas y datos experimentales. En estos acumuladores el material cerámico almacena energía conforme se pone en contacto con aire caliente, que se obtiene de concentradores solares. Se puede utilizar dicho calor capturado posteriormente para fines prácticos, ya sea para la producción de energía mecánica, o se puede utilizar directamente para calentamiento domestico de agua para baño y actividades similares que no requieran muy alta temperatura. La idea de acumular el calor que se obtiene durante el día a partir del sol, es poderlo utilizar cuando no se dispone del recurso solar. Es decir que toda esa energía que se logró capturar en forma de calor por medio de la radiación solar durante el día puede suplir necesidades cuando haya ausencia de ella en las horas de la noche, en momentos de lluvia o de alta nubosidad. Esta tecnología se podría eventualmente implementar en zonas que tengan muy buena irradiación solar y que no están interconectadas a la red eléctrica nacional. Con el objetivo de estudiar la influencia del tamaño y la distribución de las bolas de alúmina en el desempeño del acumulador, en este trabajo se fabricaron dos acumuladores de bolas de alúmina con diámetros de 1/2 “y 1”. Estos acumuladores se probaron en un banco de ensayo del laboratorio de fluidos de la sede de robledo con diferentes temperaturas (100°C, 200°C Y 300°C). También se realizaron simulaciones numéricas en ANSYS FLUENT para determinar el patrón de calentamiento y la caída de presión. Haciendo un paralelo en la parte experimental de la configuración 1 respecto a la 2, la diferencia en el tiempo necesario para que cada una alcance la temperatura deseada de 200°C es relativamente baja pero de bolas de 1” alcanzó mucho más rápido esa temperatura deseada (aproximadamente 3 minutos más rápido).