Almacenamiento de Energia Termica

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Tema: Almacenamiento y transporte de energía térmica Ingeniería Electromecánica Integrantes: Castillo Ramírez José Roberto Aragón Moreno Laura Fernanda Alcantar Ramírez Edgar Ortiz Barrio Víctor Gabriel Aragón Venzor Miguel Ángel Maestra: Claudia Lizeth De Los Ríos Rentería

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Reporte de almacenamiento de la energia termica

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  • Tema:

    Almacenamiento y transporte de energa trmica

    Ingeniera Electromecnica

    Integrantes:

    Castillo Ramrez Jos Roberto

    Aragn Moreno Laura Fernanda

    Alcantar Ramrez Edgar

    Ortiz Barrio Vctor Gabriel

    Aragn Venzor Miguel ngel

    Maestra: Claudia Lizeth De Los Ros Rentera

  • Qu es la energa trmica?

    La energa trmica interviene en los procesos calorficos que consiste en dos

    cuerpos de diferentes temperaturas se ponen en contacto, la energa que se

    transmite de cuerpo a cuerpo producto de las diferencias de temperaturas es lo

    que se denomina energa trmica.

    As mismo, la energa trmica puede ser adquirida a travs de diferentes medios

    como: la naturaleza o el sol, reacciones exotrmicas a travs de la combustin

    de algn combustible, la reaccin nuclear que puede originarse por la fisin que

    es cuando la misma se origina en el ncleo atmico o por la fusin cuando varios

    ncleos atmicos presentan una carga similar, se unen para dar lugar a un ncleo

    ms pesado con la liberacin de una gran cantidad de energa. La energa trmica se expresa en caloras (Cal) o kilocaloras (Kcal).

    La energa trmica se obtiene por una reaccin de fisin o fusin nuclear, a travs

    de energa elctrica, por rozamiento (o friccin), con la combustin de diferentes

    combustibles o aprovechndose directamente desde la naturaleza o del Sol.

    Almacenamiento de Energa Trmica

    El almacenamiento pertenecen una serie de tecnologas que almacenan energa trmica (calor), para luego utilizarla cuando sea necesario. La base de estos sistemas consta de la capacidad latente de ciertos materiales de absorber, para luego mantener calor durante el tiempo. Tambin se basan en la reversibilidad de las reacciones termoqumicas. Estos sistemas pueden ser utilizados para balancear la demanda de energa durante el da y la noche. Los depsitos de calor deben de mantenerse a una temperatura mayor o menos a la del ambiente. Estos sistemas son utilizados junto a plantas generadores de energas renovables en pases como Alemania, Espaa, EEUU y Escandinavia. La energa trmica es normalmente acumulada por medio de un colector solar, que enva este calor hacia los depsitos de calor. Esta tecnologa es denominada Energa Solar por Concentracin (CSP) y utiliza elementos pticos en forma de espejos para concentrar la energa solar, convirtindola en energa trmica a temperaturas de entre 300-600C. Esta energa trmica se utiliza para alimentar turbinas, generalmente de vapor o de aire caliente, que producen electricidad.

  • Refrigeracin solar trmica

    La idea de utilizar la energa trmica recibida del sol para refrigerar se recibe casi

    siempre con entusiasmo pues en general la demanda de refrigeracin crece con la

    temperatura ambiente, y sta a su vez crece con la irradiacin, o sea con la

    energa disponible. Dicho de otra forma, en verano se precisa refrigerar ms y es

    precisamente cuando hay ms energa solar disponible.

    La tecnologa utilizada en estos sistemas, la refrigeracin por absorcin, se basa

    en la capacidad de absorber calor de ciertos pares de sustancias, como el agua y

    el bromuro de litio o el agua y el amonaco. Su funcionamiento se basa en las

    reacciones fsico-qumicas entre un refrigerante y un absorbente, accionadas por

    una energa trmica -que en el caso de la energa solar es agua caliente.

    Instalaciones solares de este tipo requieren equipos e instalaciones especiales en

    las que cada vez hay ms experiencia pero que conviene tener un importante

    respaldo tanto en el diseo como en la ejecucin, puesta en marcha y explotacin

    de la instalacin.

    Nuestra visin de energa trmica

  • Es conocido que el consumo elctrico mundial, tanto en el sector industrial como

    en el residencial, presenta una tendencia al alza desde hace ms de una dcada.

    Especficamente en Mxico, en el perodo de 1995 a 2005 el consumo de energa

    per cpita de electricidad en el sector residencial aument de 311 a 414 kW-h

    anuales por habitante. Este aumento del consumo elctrico en el sector residencial

    es producido por una saturacin de los equipos electrodomsticos existentes en

    las viviendas del pas.

    Es importante saber que en Mxico el 75% de la electricidad se genera a base de

    combustibles fsiles utilizados en centrales termoelctricas, las cuales consumen

    gas natural, combustleo o carbn, por lo que un aumento en el consumo de

    electricidad trae consigo un incremento en la generacin de dixido de carbono y

    otros gases contaminantes dainos para el medio ambiente.

    No es posible detener dichos incrementos en el consumo elctrico, puesto que

    estn directamente vinculados a la calidad de vida de la poblacin, por lo tanto es

    necesario realizar investigaciones sobre el uso de energas alternativas que

    conlleven a soluciones que permitan reducir los impactos ambientales que se

    presentan.

    A nivel mundial, han surgido diversas soluciones al problema antes mencionado, entre ellas se encuentra la alternativa solar trmica, la cual aprovecha la energa calorfica del sol que se recibe en forma de radiacin; en la actualidad existen aproximadamente 25 plantas generadoras de energa que utilizan esta tecnologa en pases como Espaa, Estados Unidos, Francia y Alemania ms otras 90 en construccin.

    Energa trmica solar

    Se entiende por energa solar trmica, a la transformacin de la energa radiante solar en calor o energa trmica. La energa solar trmica se encarga de calentar el agua de forma directa alcanzando temperaturas que oscilan entre los 40y 50 gracias a la utilizacin de paneles solares (siempre temperaturas inferiores a los 80C). El agua caliente queda almacenada para su posterior consumo: calentamiento de agua sanitaria, usos industriales, calefaccin de espacio, calentamiento de piscinas, secaderos, refrigeracin, etc. Por tanto, la energa solar trmica utiliza directamente la energa que recibimos del Sol para calentar un fluido. La diferencia con la energa solar fotovoltaica es que

  • sta aprovechado las propiedades fsicas de ciertos materiales semiconductores para generar electricidad a partir de la radiacin solar.

    En su almacenamiento tenemos que distinguir dos tipos de sistemas:

    Sistemas de almacenamiento en medio nico. El medio utilizado para almacenar la energa trmica es el mismo fluido que circula por los colectores solares. La eficacia de este tipo de sistemas es superior al 90%.

    Sistemas de almacenamiento en medio dual. El almacenamiento de calor tiene lugar en un medio diferente al fluido de trabajo que se calienta en los colectores solares.

    Dispositivos de concentracin

    Son los llamados sistemas de "receptor central" La radiacin solar se capta por

    medio de un conjunto de espejos curvos (heliostatos), que reflejan la luz del sol

    concentrndola en un nico punto o foco. Los espejos siguen el movimiento del sol

    durante el da controlndolo mediante programas informticos, ya que el

    movimiento del sol vara con la latitud, la poca del ao y el da. El foco funciona

    como receptor del calor que lo transfiere al fluido de trabajo (agua, aceite, aire,

    sales, etc.) que es el encargado de transmitir el calor a otra parte de la central

    termo solar. Generalmente, el calor es transmitido a un depsito de agua, que a

    altas temperaturas se evapora, hecho ste que es aprovechado para hacer mover

    una turbina.

    Los receptores centrales tienen caractersticas positivas: tienen ratios de

    concentracin de 300 a 1500, por lo que son altamente eficientes pudiendo operar

    a temperaturas entre 500 y 1500C.

    Almacenamiento de energa trmica en el subsuelo

    Una tecnologa prometedora para reducir el consumo de combustibles fsiles para la produccin de calor

    Actualmente casi el 50% de la energa consumida en Europa se utiliza para la generacin de calor, tanto con fines domsticos como industriales. La gran mayora de esta energa es producida mediante combustibles fsiles (RHC, Europea Tecnologa Plataforma, 2011). Por varios motivos ser necesario cambiar esta situacin mediante el mayor uso del calor residual y la aplicacin de fuentes renovables como solar trmica, biomasa y geotermia.

    El almacenamiento de energa trmica ser clave para mejorar el aprovechamiento del calor residual de centrales elctricas y tecnologas renovables de produccin de fro y calor. Para evitar el desajuste estacional entre demanda y suministro, el almacenamiento subterrneo de energa trmica (ASET) es una tecnologa muy prometedora. Hay cientos de sistemas en funcionamiento

  • en Europa para aplicaciones de baja temperatura para el almacenamiento de calor y fro. Para almacenamiento de calor de alta temperatura existen an pocos sistemas en funcionamiento, pero se espera que cambie en la prxima dcada debido al gran inters existente en varios pases por esta aplicacin.

    El subsuelo puede ser utilizado para almacenar temporalmente fro o calor. ste posee una alta capacidad calorfica y tambin unas buenas propiedades de aislamiento trmico lo que ofrece la posibilidad de almacenar grandes cantidades de calor y fro durante un largo periodo de tiempo, por ejemplo una estacin climatolgica.

    El Almacenamiento Subterrneo de Energa Trmica (ASET, o UTES por sus siglas en ingls, Underground Thermal Energy Storage) crea un gran rango de posibilidades de ahorro energtico y aplicacin de energas renovables, como el almacenamiento de calor procedente de la energa solar en verano para su uso posterior en invierno para calefaccin de espacios. Otro ejemplo es el almacenamiento de fro procedente del aire exterior durante el invierno para ser utilizado en refrigeracin el verano siguiente.

    ASET-A: Almacenamiento Subterrneo de Energa Trmica en Acuferos. Aquifer Thermal Energy Storage (ATES).

    ASET-B: Almacenamiento Subterrneo de Energa Trmica en Sondeos. Borehole Thermal Energy Storage (BTES).

    El tipo de almacenamiento se clasifica segn la temperatura de almacenamiento,

    como se muestra en la tabla a continuacin.

    La temperatura de almacenamiento depende de la fuente de la energa trmica a almacenar y el uso previsto despus.

  • El rendimiento de almacenamiento de fro y calor a baja temperatura es, durante una temporada, del 70 al 90%. Si se almacena calor a alta temperatura el rendimiento de almacenamiento baja a medida que sube la temperatura.

    Para conseguir las mencionadas eficiencias de almacenamiento se requiere un subsuelo adecuado (estructura geolgica) y un proyecto de una envergadura suficiente. Para el almacenamiento de fro y calor de baja temperatura, se requiere una capacidad de almacenamiento superior a 200 a 300 MWh/ao, para almacenamiento de calor a alta temperatura mayor de 800 a 1000 MWh/ao.

    ASET-A, sistema abierto

  • ASET-B, sistema cerrado

    En el caso de Almacenamiento Subterrneo de Energa Trmica en Sondeos

    (ASET-B), el calor y/o el fro se almacena en el subsuelo utilizando un

    Intercambiador de Calor Terrestre (ICT), que normalmente consiste en una serie

    de tubos de polietileno en forma de U (sondas geotrmicas) que se instalan en el

    interior de los sondeos o perforaciones. La distancia entre los sondeos depende

    del concepto y temperatura de almacenamiento. Para el almacenamiento de calor

    a alta temperatura el campo de sondeos es ms compacto con menor distancia

    entre sondeos, mientras que para conceptos de almacenamiento a baja

    temperatura en combinacin con una bomba de calor geotrmica la distancia entre

    sondeos suele ser mayor.

  • Caldera, mquina para generar energa trmica

    La caldera, en la industria, es una mquina o dispositivo de ingeniera diseado

    para generar vapor. Este vapor se genera a travs de una transferencia de

    calor a presin constante, en la cual el fluido, originalmente en estado lquido, se

    calienta y cambia su fase a vapor saturado.

    La caldera es un caso particular en el que se eleva a altas temperaturas un set

    de intercambiadores de calor, en la cual se produce un cambio de fase. Adems,

  • es recipiente de presin, por lo cual es construida en

    parte con acero laminado a semejanza de muchos

    contenedores de gas...

    Estanque de acumulacin: es el estanque de

    acumulacin y distribucin de vapor.

    Planta termoelctrica

    Una central termoelctrica es una instalacin empleada en la generacin de

    energa elctrica a partir de la energa liberada en forma de calor, normalmente

    mediante la combustin de combustibles fsiles como petrleo, gas natural o

    carbn. Este calor es empleado por un ciclo termodinmico convencional para

    mover un alternador y producir energa elctrica.

    En las centrales trmicas se obtiene energa elctrica de la siguiente manera:

    El combustible se inyecta a la caldera junto con el aire y all arde produciendo calor (energa qumica pasa a energa calorfica)

    El calor evapora el agua que es forzada por una bomba a circular por los tubos de la caldera.

    El vapor pasa por la turbina hacindola girar. La energa termo mecnica del vapor produce energa mecnica.

    La turbina hace girar al generador, as se transforma la energa mecnica en energa elctrica.

    Combustin interna

    Cuando un combustible se quema produce energa trmica.

    La cmara de combustin es un cilindro, por lo general fijo, cerrado en un extremo

    y dentro del cual se desliza un pistn muy ajustado al cilindro. La posicin hacia

    dentro y hacia fuera del pistn modifica el volumen que existe entre la cara interior

    del pistn y las paredes de la cmara. La cara exterior del pistn est unida por

    una biela al cigeal, que convierte en movimiento rotatorio el movimiento lineal

    del pistn.

    En los motores de varios cilindros, el cigeal tiene una posicin de partida,

    llamada espiga de cigeal y conectada a cada eje, con lo que la energa

    producida por cada cilindro se aplica al cigeal en un punto determinado de la

  • rotacin. Los cigeales cuentan con

    pesados volantes y contrapesos cuya inercia reduce la irregularidad del

    movimiento del eje. Un motor alternativo puede tener de 1 a 28 cilindros.

    El equilibrio trmico se alcanza cuando, al poner juntos dos cuerpos de distinta temperatura, el de mayor temperatura cede parte de su energa al de menor y se igualan. Principio de la conservacin de la energa: la energa no se crea ni se destruye, slo se transforma.

    Ventajas y desventajas del uso del almacenamiento de la energa trmica

    Ventajas

    Son las centrales ms baratas de construir (teniendo en cuenta el precio

    por megavatio instalado), especialmente las de carbn, debido a la simplicidad

    (comparativamente hablando) de construccin y la energa generada de forma

    masiva.

    Las centrales de ciclo combinado de gas natural son mucho ms baratas

    (alcanzan el 50%) que una termoelctrica convencional, aumentando la energa

    trmica generada (y por tanto, las ganancias) con la misma cantidad de

  • combustible, y rebajando las emisiones citadas ms arriba en un 20%, quedando

    as en 0,35 kg de CO2, por kW producido.

    La energa trmica se puede aprovechar en un motor trmico;

    La tecnologa actual en energa nuclear da lugar a residuos radiactivos que

    deben ser controlados. Adems deben tenerse en cuenta la utilizacin de terreno

    de las plantas generadoras de energa

    Desventajas

    El uso de combustibles calientes genera emisiones de gases de efecto y

    de lluvia cida a la atmsfera, junto a partculas volantes que pueden

    contener metales pesados.

    Al ser los combustibles fsiles una fuente de energa finita, su uso est

    limitado a la duracin de las reservas y/o su rentabilidad econmica.

    Sus emisiones trmicas y de vapor pueden alterar el microclima local.

    Afectan negativamente a los ecosistemas fluviales debido a los vertidos de

    agua caliente en stos.

    La obtencin de energa trmica implica un impacto ambiental. La

    combustin libera CO2 y otras emisiones contaminantes. y los riesgos de

    contaminacin por accidentes en el uso de los materiales implicados, como los

    derrames de petrleo o de productos petroqumicos derivados.

    El nivel de radiacin flucta de una zona a otra y de una estacin del ao a

    otra, en nuestra zona vara un 20% de verano a invierno.

    Se debe complementar este mtodo de convertir energa con otros.

    Los lugares donde hay mayor radiacin, son lugares desrticos y alejados,

    (energa que no se aprovechara para desarrollar actividad agrcola o industrial,

    etc.).

    Transporte o transferencia de energa trmica

    La transferencia de calor es el paso de energa trmica desde un cuerpo de

    mayor temperatura a otro de menor temperatura. Cuando un cuerpo, por ejemplo,

    un objeto slido o un fluido, est a una temperatura diferente de la de su entorno u

    otro cuerpo, la transferencia de energa trmica, tambin conocida como

    transferencia de calor o intercambio de calor, ocurre de tal manera que el cuerpo y

    su entorno alcancen equilibrio trmico. La transferencia de calor siempre ocurre

    desde un cuerpo ms caliente a uno ms fro.

    El equilibrio trmico se alcanza cuando, al poner juntos dos cuerpos de distinta temperatura, el de mayor temperatura cede parte de su energa al de menor y se igualan.

  • Principio de la conservacin de la energa: la energa no se crea ni se destruye, slo se transforma.

    Mtodos de transferencia

    Conduccin: Es la transferencia de calor que se produce a travs de un medio

    estacionario -que puede ser un slido- cuando existe una diferencia de

    temperatura.

    Conveccin: La conveccin es una de las tres formas de transferencia de calor

    y se caracteriza porque se produce por medio de un fluido (lquido o gas) que

    transporta el calor entre zonas con diferentes temperaturas. La conveccin se

    produce nicamente por medio de materiales fluidos. Lo que se llama

    conveccin en s, es el transporte de calor por medio del movimiento del fluido,

    por ejemplo: al trasegar el fluido por medio de bombas o al calentar agua en

    una cacerola, la que est en contacto con la parte de abajo de la cacerola se

    mueve hacia arriba, mientras que el agua que est en la superficie, desciende,

    ocupando el lugar que dej la cacerola caliente.

    Radiacin: se puede atribuir a cambios en las configuraciones electrnicas de

    los tomos o molculas constitutivas. En ausencia de un medio, existe una

    transferencia neta de calor por radiacin entre dos superficies a diferentes

    temperaturas, debido a que todas las superficies con temperatura finita emiten

    energa en forma de ondas electromagnticas.

  • Bibliografa y pginas de referencia

    http://imandst.com/es/-solar-termica-electrica

    http://imandst.com/es/-refrigeracion-solar-termica

    http://web.ing.puc.cl/power/alumno12/almacena/Almacenamiento_Termico.html

    http://www.miliarium.com/Bibliografia/Monografias/Energia/EnergiasRenovables/EnergiaSolarTermica.asp

    http://revista.aiim.es/Articulos/22_Almacenamiento%20de%20energ%C3%ADa%20t%C3%A9rmica.aspx

    http://www.fenercom.com/pages/pdf/formacion/09-10-2013-Almacenamiento%20de%20Energia%20IV/04-Almacenamiento-Subterraneo-de-Energia-Termica-IFTEC

    Incropera, Frank P. (1999). Fundamentos de transferencia de calor. (4a. ed. edicin). Mxico: Prentice Hall. p. 912

    http://www.significados.com/energia-termica/

    http://curiosidades.batanga.com/2010/09/26/que-es-la-energia-termica

    http://www.fing.edu.uy/if/solar/proyectos/mono_JA_Miguez.pdf