Almacenamiento de calor latente (LHS)
Un enfoque común para el almacenamiento de energía térmica es utilizar materiales conocidos como materiales de cambio de fase (PCM). Estos materiales almacenan calor cuando experimentan un cambio de fase , por ejemplo, de sólido a líquido, de líquido a gas o de sólido a sólido (cambio de una forma cristalina a otra sin un cambio de fase físico).
El cambio de fase ” sólido a líquido ” es el más utilizado, pero también es interesante el cambio de sólido a sólido. Estos materiales se pueden usar como una forma efectiva de almacenar energía térmica (energía solar, electricidad fuera del pico, calor residual industrial). En comparación con los sistemas de almacenamiento de calor sensible, el almacenamiento de calor latente tiene las ventajas de una alta densidad de almacenamiento (debido al alto calor de fusión latente ) y la naturaleza isotérmica del proceso de almacenamiento. El calor de fusión o el calor de evaporación es mucho mayor que la capacidad calorífica específica. La comparación entre el almacenamiento de calor latente y el almacenamiento de calor sensible muestra que en el almacenamiento de calor latente las densidades de almacenamiento son típicamente de 5 a 10 veces más altas.
En general, los efectos de calor latente asociados con el cambio de fase son significativos. El calor latente , conocido también como la entalpía de vaporización (cambio de fase de líquido a vapor) o entalpía de fusión (cambio de fase de sólido a líquido), es la cantidad de calor agregado o eliminado de una sustancia para producir un cambio en fase. Esta energía descompone las fuerzas de atracción intermoleculares, y también debe proporcionar la energía necesaria para expandir la sustancia (el trabajo pΔV ). Cuando se agrega calor latente , no ocurre cambio de temperatura.
Material de cambio de fase
Los materiales de cambio de fase (PCM) son materiales de almacenamiento de calor latente. Es posible encontrar materiales con un calor latente de fusión y temperatura de fusión dentro del rango deseado. El PCM que se utilizará en el diseño de sistemas de almacenamiento térmico debe lograr propiedades termofísicas, cinéticas y químicas deseables.
Propiedades termofísicas
- Temperatura de transición de fase adecuada para la aplicación específica.
- Alto calor latente de transición de fase para ocupar el mínimo volumen posible. .
- Temperatura de fusión en el rango de temperatura de funcionamiento deseado.
- Alto calor específico para proporcionar un almacenamiento adicional significativo de calor sensible.
- Alta conductividad térmica para minimizar el gradiente de temperatura y ayudar a la carga y descarga de energía de los sistemas de almacenamiento.
- Pequeños cambios de volumen en la transformación de fase y pequeña presión de vapor a temperaturas de operación para reducir el problema de contención.
Propiedades cinéticas
- Alta velocidad de nucleación para evitar el sobreenfriamiento de la fase líquida.
- Alta tasa de crecimiento de cristales, por lo que el sistema puede satisfacer las demandas de recuperación de calor del sistema de almacenamiento.
Propiedades químicas
- Materiales no tóxicos, no inflamables y no explosivos por razones de seguridad.
- Estabilidad química a largo plazo y ciclo de fusión / congelación reversible completo.
- Sin degradación después de una gran cantidad de ciclos de congelación / fusión.
- Baja corrosividad
Finalmente, el material debe ser abundante, disponible y barato para ayudar a la viabilidad del uso del sistema de almacenamiento.
Hay una gran cantidad de PCM, se pueden dividir en tres grupos:
- PCM orgánicos
- PCM inorgánicos
- PCM eutécticos
Como ejemplo, el almacenamiento de energía térmica se puede utilizar en estaciones de energía solar de concentración (CSP), en las que la principal ventaja es la capacidad de almacenar energía de manera eficiente, lo que permite el envío de electricidad durante un período de hasta 24 horas. En una planta de CSP que incluye almacenamiento, la energía solar se usa primero para calentar la sal fundida o el aceite sintético para almacenar energía térmica a alta temperatura en tanques aislados. Más tarde, la sal fundida caliente se usa para la producción de vapor para generar electricidad mediante un turbogenerador de vapor según los requisitos. El uso de calor latente y calor sensible en la concentración de estaciones de energía solar es posible con el aporte térmico solar de alta temperatura. Diversas mezclas eutécticas de metales, como el aluminio y el silicio (AlSi12) ofrecen un alto punto de fusión (577 ° C) adecuado para la generación eficiente de vapor,
Almacenamiento de energía térmica
En termodinámica , la energía interna (también llamada energía térmica ) se define como la energía asociada con formas microscópicas de energía . Es una cantidad extensa , depende del tamaño del sistema o de la cantidad de sustancia que contiene. La unidad SI de energía interna es el julio (J) . Es la energía contenida dentro del sistema, excluyendo la energía cinética de movimiento del sistema como un todo y la energía potencial del sistema. Las formas microscópicas de energía incluyen aquellas debidas a la rotación , vibración, traslación e interacciones.entre las moléculas de una sustancia. Ninguna de estas formas de energía se puede medir o evaluar directamente, pero se han desarrollado técnicas para evaluar el cambio en la suma total de todas estas formas microscópicas de energía.
Además, la energía se puede almacenar en los enlaces químicos entre los átomos que forman las moléculas. Este almacenamiento de energía a nivel atómico incluye energía asociada con estados orbitales de electrones, espín nuclear y fuerzas de unión en el núcleo.
La energía térmica también se puede almacenar de manera muy efectiva. Hoy en día, la situación en los mercados energéticos es diferente. El aumento de los precios de las fuentes de energía convencionales y la conciencia ambiental han contribuido a aumentar el uso de energías renovables y la eficiencia energética. El almacenamiento de energía térmica forma un componente clave de una planta de energía para mejorar su capacidad de envío, especialmente para concentrar plantas de energía solar (CSP). El almacenamiento de energía térmica (TES) se logra con tecnologías muy diferentes. Hay tres métodos utilizados y que aún se están investigando para almacenar energía térmica.
- Almacenamiento de calor sensible (SHS)
- Almacenamiento de calor latente (LHS)
- Almacenamiento termoquímico
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