Análisis de desempeño de un sistema de almacenamiento de energía térmica (TES) mejorado mediante la aplicación de materiales de cambio de fase (PCMs) en clima tropical húmedo

Desarrollar un modelo y la simulación de un tanque de almacenamiento de energía solar térmica mejorado mediante la integración de materiales de cambio de fase a fin de evaluar su desempeño en condiciones de clima tropical húmedo.

El calentamiento global ha motivado la exploración de diversas fuentes de energía renovables, siendo la energía solar térmica una de las que presenta mayor potencial de aprovechamiento debido a su abundancia y simplicidad en cuanto a los sistemas de aprovechamiento y almacenamiento de la misma.

 A pesar de que las áreas del trópico presentan condiciones de radiación solar favorables a ser aprovechadas, los sistemas tradicionales de almacenamiento de energía térmica (TES) alimentados por colectores solares térmicos, requieren de un sistema de calentamiento auxiliar (resistencia eléctrica o gas) para poder suplir la demanda de agua caliente de manera continua.  Entre las opciones de optimización, surge la opción de integrar materiales de cambio de fase (PCM) en el tanque de almacenamiento de agua caliente lo cual ha demostrado ser una alternativa que permite construir sistemas autónomos que suplen la demanda durante las 24 horas. Los PCM son capaces de almacenar energía térmica durante los picos de radiación solar con miras a ser utilizada como suministro auxiliar en las condiciones de bajos niveles de radiación; sin embargo, su capacidad y respuesta en las condiciones de clima tropical húmedo aún no han sido estudiadas.

El proyecto a desarrollar consiste en el modelado teórico y simulación numérica del desempeño de un sistema de acumulación de energía térmica mejorado mediante la integración de PCM de diversas formas, tipos y con diversas configuraciones geométricas en cuanto a su ubicación en el interior del tanque de almacenamiento de agua. Dichas simulaciones se realizarán bajo condiciones de clima tropical húmedo utilizando data experimental obtenida de estaciones meteorológicas ubicadas en diversos puntos de interés en nuestro país.  

A nivel metodológico, se proyecta seleccionar PCM con las características más óptimas para la aplicación antes mencionada y evaluar geometrías diversas propuestas en la literatura a integrar en el TES. De igual manera, se modelará la operación del tanque de almacenamiento de caliente a nivel de transferencia de masa, momento y energía (calor) para conocer a mayor profundidad el comportamiento de algunos parámetros relevantes (temperatura, energía acumulada, entre otros) durante la operación del mismo, que sirvan para evaluar el desempeño del sistema. 

Tras la realización de este proyecto se espera obtener resultados que permitan realizar un análisis de viabilidad teórica del sistema en estudio; así como proponer un esquema de diseño y operación de TES mejorados con los PCM más adecuados para la condición climática de nuestro interés, mediante la construcción de un prototipo o modelo demostrativo. Con base en los resultados obtenidos, se redactarán tanto un artículo científico, como una tesis de maestría que reportará los resultados del proyecto.