almacenamiento termico
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INDICE
RESUMEN…………………………………………………………… 3
INTRODUCCIÓN……………………………………………………. 3
DEFINICIÓN…………………………………………………………. 4
CLASIFICACIÓN……………………………………………………...4
CALOR SENSIBLE………………………………………………….. 6
CALOR LATENTE…………………………………………………….7
ALMACENAMIENTO TERMOQUÍMICO……………………………9
APLICACIÓN DE LA TECNOLOGÍ…………………………………13
CONCLUSIÓN……………………………………………………......18
BIBLIOGRAFÍA………………………………………………………..18
RESUMEN
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En el presente reporte conoceremos de forma general los distintos sistemas de
almacenamiento térmico, sus características y los principios básicos en los cuales
se basan. Abordaremos algunos de los métodos de manera puntual como son la
energía por calor sensible, por cambio de fase, por reacciones químicas, etc., y
algunas de las tecnologías que se usan para su aplicación. De forma breve se
revisarán los proyectos actuales y las perspectivas sobre las tecnologías de
almacenamiento térmico.
INTRODUCCIÓN
La energía eléctrica juega un papel muy importante en el desarrollo de
nuestra civilización, tanto en la actualidad como en el futuro inmediato, gracias a la
facilidad de sus transformaciones recíprocas con las otras formas de energía y de
su transporte a cualquier distancia con pérdidas muy pequeñas. La energía
eléctrica se transforma directamente en otras formas de energía como son la
mecánica, térmica, luminosa y química, con rendimientos muy elevados,
cualquiera que sea la cantidad de energía que interviene en la transformación. La
electricidad es, pues, una de las formas más apropiadas para la distribución de
energía constituyendo en consecuencia, lo que se denomina un vector energético.
De forma general se considera que para aumentar el rendimiento de la
producción de energía eléctrica es necesario realizar instalaciones de grandes
dimensiones y como consecuencia es necesario realizar transportes masivos de
energía eléctrica. Sin embargo, en la actualidad se está incrementando de forma
importante la Generación Distribuida o Generación Dispersa, con unidades de
generación relativamente pequeñas (hasta unas decenas de MW) que tienen
rendimientos comparables a los de las grandes centrales y están situadas cerca
de los consumidores.
Debido a la disminución de las reservas de combustibles fósiles y los
problemas ambientales que el uso excesivo de estos conlleva, nos hemos visto en
la necesidad de optar por otras fuentes de energía, capaces de satisfacer las
necesidades energéticas actuales. Uno de los principales problemas a los que se
enfrentan los sistemas de suministro energético es la dificultad y los costos de
almacenar energía durante los periodos de baja demanda para luego poderla
utilizar durante los picos de demanda. Esto es particularmente relevante para los
sistemas de suministro mediante energías renovables, si se pretende que
constituyan una competencia realista a las energías convencionales. Los
mecanismos existentes para el almacenaje de energía y de cómo estos podrían
extenderse en el futuro para trabajar a mucha mayor escala son: almacenamiento
hidroeléctrico, almacenamiento de aire comprimido, almacenamiento en baterías,
almacenamiento cinético, almacenamiento en ultracondensadores, etc..
Generalmente la energía es requerida precisamente cuando no hay radiación
solar; es decir, en la noche.
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La principal razón para el almacenamiento de energía térmica es la
conservación de un bien valioso que, de otra manera, se pierde o no es
aprovechable en un momento posterior. Aunado a este, existen otros motivos para
almacenar energía térmicamente, como son, aumentar la eficiencia en procesos,
quizás de los más aplicados como es el calentamiento de agua; la climatización en
edificaciones (para alcanzar el confort térmico), y otro motivo es el de hacer de la
energía térmica almacenada energía transportable.
DEFINICIÓN
El almacenamiento de energía consiste en reservar parte de la energía
producida, en cualquiera de sus formas, para su posterior uso en el tiempo en
alguna operación de interés. A este tipo de sistema de almacenamiento
pertenecen una serie de tecnologías que almacenan energía térmica (calor), para
luego utilizarla cuando sea necesario. La base de estos sistemas constan de la
capacidad latente de ciertos materiales de absorber, para luego mantener calor
durante el tiempo. También se basan en la reversibilidad de las reacciones
termoquímicas. Estos sistemas pueden ser utilizados para balancear la demanda
de energía durante el día y la noche. Los depósitos de calor deben de mantenerse
a una temperatura mayor o menor a la del ambiente. Estos sistemas son utilizados
junto a plantas generadoras de energías renovables en países como Alemania,
España, EEUU y Escandinavia.
CLASIFICACIÓN
Hay tres tipos de almacenamiento térmico: el almacenamiento sensible, el
almacenamiento latente y el almacenamiento termoquímico.
El almacenamiento térmico puede realizarse a bajas o altas temperaturas,
dependiendo de las tecnologías implementadas y/o el propósito de las mismas.
En el almacenamiento térmico a bajas temperaturas, que comprende entre
los 0°C y los 200°C, se utilizan materiales como el aire, el agua y el hormigón.
Generalmente se utilizan para climatización, tanto para enfriamiento como
calentamiento de espacios. En el caso del almacenamiento térmico a altas
temperaturas se consideran temperaturas mayores a los 200°C llegando incluso a
los 1000°C, esta última utilizado principalmente en procesos industriales.
Generalmente se utilizan las sales como material de almacenamiento
térmico. Chile es el principal productor de nitratos en el mundo, por lo que sería el
pais con mas ventaja para el uso de este tipo de tecnologías. Además, es el único
que posee depósitos de nitratos con leyes económicas en el Desierto de Atacama;
en otros desiertos del mundo existen nitratos, pero no en concentraciones
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económicas-. Otros materiales utilizados para almacenamiento térmico son el
vapor de agua, los cerámicos y los aceites, estos últimos se utilizan para altas
temperaturas. Sin embargo existen muchos más materiales que están siendo
evaluados.
VENTAJAS
● Los sistemas de almacenamiento térmico tienen el potencial de incrementar el uso efectivo de la energía térmica y de facilitar el control de la producción térmica a gran escala. Suelen ser especialmente útiles para la corrección de la discordancia entre demanda y producción de energía.
● Para balancear la demanda de energía durante el día y la noche. ● El almacenamiento térmico se usa en tecnologías limpias como en
las centrales termosolares sustituyendo así el uso de combustibles fósiles.
SISTEMAS PASIVOS.
Se usan esencialmente en el acondicionamiento calorífico de edificios, tanto que lo
que sirve de colector como el sistema de almacenamiento se encuentran
incorporados en los distintos componentes del mismo edificio, como: paredes,
pisos, recipientes con agua y techos. Debido a que en estas edificaciones las
temperaturas de almacenamiento son bajas, usualmente menores de 40 °C, se
requiere de grandes volúmenes del material que ejercen como almacén. Un
ejemplo de esto, es la diversidad de componentes que se encuentran integrados
en un edificio de gran volumen, pueden absorber energía durante las horas de sol
y posteriormente cederla durante la tarde o noche (efecto isla de calor). Para
poder calcular la capacidad de almacenamiento de un material determinado,
necesitamos conocer sus propiedades como la densidad y el calor específico.
Como ejemplo podemos mencionar algunos de los materiales más usados en la
construcción como el ladrillo con una densidad (kg/m3) y calor específico (KJ/Kg
°C) de 2244 y 0840, el concreto con 2244 y 0.960, etc.
Con datos como estos que se representan en tablas, podemos calcular el calor
sensible (Qs) pudiendo encontrar que una superficie de concreto de 120 m2 y 15
cm de espesor con un volumen de 18 m3 que incrementa su temperatura en 5 °C
durante las horas de sol, puede almacenar aproximadamente 194 MJ de energía
que podrían ser suficientes para suministrar toda la carga térmica de una casa
habitación bien aislada térmicamente.
SISTEMAS ACTIVOS.
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Pese a que el agua no es precisamente un elemento estructural de un edificio,
puede emplearse para almacenar energía en el mismo. La ventaja del agua sobre
el concreto o ladrillo es que tiene una gran capacidad calorífica y por lo tanto tiene
más capacidad de almacenamiento por unidad de volumen, que los materiales
anteriormente mencionados en los sistemas pasivos.
La particularidad principal de los sistemas activos es que estos utilizan un
fluido de trabajo en movimiento que puede ser agua, aire, aceites o algún otro
fluido. Los principales elementos que intervienen en estos sistemas son: el
colector solar, la unidad de almacenamiento, sistemas de conversión y control y el
lugar donde se hace la descarga de energía.
Comúnmente, el medio de almacenamiento es agua si por el colector se
hace circular este líquido. Las temperaturas alcanzadas en este tipo de sistemas
oscilan entre los 50 y 100 °C.
CALOR SENSIBLE
El calor sensible es el calor que está habitualmente asociado con el cambio en
temperatura de la masa de una sustancia. La energía calorífica (Qs) almacenada
en tal sustancia viene dada por:
Donde:
*Cp= calor específico de la sustancia
(J/kg ºC)
*M= masa (kg)
*T1 y T2= temperaturas inicial y final (ºC).
El calor específico Cp es un parámetro físico medido en unidades de calor
por temperatura por masa, sustancias con la capacidad de absorber la energía
calorífica con un incremento relativamente pequeño en temperatura, por ejemplo
el agua tiene un calor específico alto, mientras que aquellos que se calientan con
sólo una pequeña entrada de calor ejemplo el plomo, tienen un calor específico
bajo; es decir, el almacenamiento de calor sensible es mejor con materiales que
poseen un calor específico alto.
ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA EN FORMA DE CALOR SENSIBLE
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El agua es único entre los químicos que teniendo un calor específico
anormalmente alto de 4,186 J/kgK, y por lo tanto tiene una densidad
razonablemente alta.
El almacenamiento térmico por calor sensible en líquidos, no
necesariamente es a través del agua. Diversos líquidos como los aceites
minerales o ya sea aquellos que son gaseosos deben tener temperaturas mayores
a 100°C.
Los sistemas de almacenamiento de calor sensible del líquido están
fuertemente caracterizados no solamente por la elección del fluido de
transferencia de calor, sino también por la arquitectura del sistema.
Dentro de sus aplicaciones, de forma breve podemos mencionar la
climatización con muros macizos de alto Cp, tanque de agua para almacenar calor
solar para aplicaciones de agua caliente sanitaria, centrales térmicas con turbina
de vapor, para aquellos que utilizan T>500°C se emplean metales fundidos no
tóxicos ni caros, intercambiadores de calor, etc.
CALOR LATENTE
El calor latente es la cantidad de calor que absorbe o genera una unidad de masa de un material durante una variación de fase. Así pues, existe un calor latente de licuefacción (cuando el hielo se transforma en agua), un calor latente de evaporación (cuando el agua se convierte en vapor) y un calor latente de sublimación (cuando el hielo se transforma en vapor). En cada una de estas variaciones de fase se añade calor, mientras que en las variaciones inversas (transformación de vapor en líquido, de líquido en sólido o de vapor en sólido) se produce una eliminación o pérdida de calor.
ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA EN FORMA DE CALOR LATENTE
Las transiciones entre las fases sólida, líquida y gaseosa de un material implican grandes cantidades de energía. La energía necesaria para la transición se conoce como transferencia de calor latente. Recientemente, los investigadores de energía alternativa han estado buscando maneras de que esta transferencia de calor latente se pueda utilizar para almacenar la energía hasta que se necesite. Por ejemplo, un estudio del Departamento de Energía (DOE, por sus siglas en inglés) está considerando si la energía solar concentrada podría utilizar sales fundidas para el almacenamiento de energía térmica.
TRANSFERENCIA DE CALOR LATENTE
En el punto en donde una de las sustancias está lista para cambiar el estado o fase (sólido a líquido, líquido a gaseoso, etc.), el calor se transfiere de una
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sustancia sin un cambio de temperatura correspondiente a la otra sustancia. Este proceso de desprendimiento o absorción de calor sin cambiar la temperatura se conoce como "transferencia de calor latente".
TIPOS
La cantidad de calor que debe ser añadido a un líquido para cambiarlo a un gas (es decir, el agua en vapor de agua) se llama el "calor latente de vaporización", mientras que la cantidad de calor que debe ser añadido a un sólido para transformar en líquido (hielo a agua) es el "calor latente de fusión". La cantidad de energía que debe ser añadida para cambiar la fase de un gramo de una sustancia es mucho mayor que la energía necesaria para elevar la temperatura de un gramo de la misma sustancia en un grado Celsius. La energía necesaria para elevar un gramo en un grado se llama el "calor específico" de la sustancia. El agua tiene un calor específico de 1 caloría/gramo ° C y un calor de fusión de 79,7 cal/gramo.
BENEFICIOS
Muchas fuentes de energía alternativa están limitadas porque no pueden proporcionar una producción de energía constante. Los generadores solares sólo producen cuando el sol está brillando, y las turbinas eólicas, obviamente, sólo funcionan cuando el viento sopla. Los sistemas de almacenamiento de calor latente de energía térmica (LHTES, por sus siglas en inglés) podrían almacenar y descargar grandes cantidades de energía a medida que las sustancias se funden y solidifican.
SALES ORGÁNICAS
Almacenamiento en forma de calor latente de solidificación de sales inorgánicas. La gran ventaja que presenta este sistema es que las sales no deben circular, ahorrandose coste de bombeo. Además, la cantidad de sales necesaria para almacenar la misma cantidad de energía es mucho menor. El sistema está actualmente en desarrollo, y habrá que esperar para conocer los resultados definitivos de las pruebas que se están realizando.
Según Arnold Leiter, fundador y antiguo CEO de SkyFuel, quienes experimentan con sales fundidas, con un margen de temperaturas de 275ºC, un metro cúbico de sales fundidas posee 677 megajulios de energía térmica. Si suponemos una eficiencia de ida y vuelta de un 95 % para el almacenamiento y una conversión de energía térmica a eléctrica de un 40 %, esto equivale a almacenar 75 kWh de electricidad”.
La mezcla de sales que se utiliza es SAL SOLAR 60% NaNO3 40% KNO3, trabajan a presión atmosférica, en tanques de gran tamaño. es estable de 240 a 600 °C
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VENTAJAS
● Alta capacidad de almacenamiento. ● El funcionamiento de la turbina no se ve afectado por un repentino cambio
clima. ● La turbina no se detiene durante la noche. ● Menores costes de operación. ● Se optimiza la rentabilidad. ● No se utilizan aceites térmicos, sin líquidos inflamables. ● Menores pérdidas térmicas.
ALMACENAMIENTO TERMOQUÍMICO
Para llegar a acumuladores de una densidad de energía térmica más grande que
los de calor latente, se buscan reacciones físico-químicas o químicas reversibles
que están asociadas con un efecto calorífico pronunciado.
El principio del almacenamiento termoquímico es la separación de enlaces,
que está asociada con la absorción de energía (carga del sistema) y, la
recuperación de esta energía mediante la puesta en contacto y la reacción de los
reactantes anteriormente separados, que se encuentra asociada con la liberación
de energía (descarga del sistema). La principal ventaja de este principio de
almacenamiento de energía térmica es la ausencia de pérdidas térmicas en el
estado de acumulación por separación espacial de los reactantes.
ACUMULADORES DE SORCIÓN
El término sorción comprende tanto la adsorción como la absorción. La absorción
es la incorporación de un medio en otro medio que posee un estado agregado
diferente (por ejemplo: absorción de gases en líquidos, absorción de líquidos en
sólidos). La adsorción es la yuxtaposición de iones o moléculas en la superficie de
otro medio. Los procesos de sorción muestran un efecto térmico que los hace
interesantes para la acumulación de calor.
En acumuladores de adsorción se aprovecha el efecto térmico asociado
con la adsorción y desorción de vapor de agua en superficies de medios
adsorbentes. Los acumuladores de adsorción contienen el adsorbente como
medio de almacenamiento. El acumulador se carga mediante el secado y se
descarga mediante la humidificación del adsorbente.
Durante la desorción o el secado a un alto nivel de temperatura se libera
vapor de la superficie del adsorbente. Este proceso está asociado con la absorción
de energía y corresponde a la carga del sistema.
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Para la descarga, se pone en contacto la superficie seca del adsorbente
con vapor de agua, que resulta en una humidificación de la superficie que está
asociada con la liberación de calor. Este proceso corresponde a la descarga del
sistema.
Los sistemas de acumulación termoquímica tienen dos ventajas principales
en comparación con sistemas convencionales de acumulación de energía térmica:
1. Densidad de energía hasta 10 veces más grande que la acumulación de calor
sensible con agua.
2. Posibilidad de almacenamiento de energía térmica durante periodos muy largos
sin pérdidas de energía.
La acumulación sin pérdidas abre la posibilidad de acumuladores
estacionarios, que permiten el almacenamiento de energía solar en verano y su
uso para la calefacción en invierno.
La gran densidad de almacenamiento permite el desarrollo de sistemas
móviles de almacenamiento que podría recoger calor residual de procesos
industriales y distribuirlo para abastecer consumos de calor más lejanos.
El almacenamiento químico es el menos investigado y desarrollado hasta el
momento, sin embargo, es el que presenta un mayor potencial debido al calor
liberado cuando se produce la reacción.
Este tipo de sistemas dependen principalmente del calor procedente del
campo solar para desarrollar reacciones químicas reversibles, por lo que el medio
de almacenamiento ha de tener la habilidad de disociarse completamente en el
rango de temperaturas del campo solar. Las reacciones que se dan en el período
de carga son endotérmicas mientras que en los períodos de descarga se obtienen
reacciones exotérmicas. La cantidad de energía almacenada depende
principalmente del calor liberado en la reacción y el grado de conversión, dado
por:
Donde es la fracción reaccionada y es el calor de reacción por unidad de
masa, siendo la unidad de masa del medio de almacenamiento.
El almacenamiento termoquímico presenta notables ventajas frente a los
demás tipos de almacenamiento debido a que los productos químicos tras la
reacción de disociación presentan un potencial estimable ya que pueden ser
almacenados indefinidamente a temperatura ambiente reduciendo
considerablemente las pérdidas térmicas. Además, los procesos exotérmicos
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ocurren a temperatura constante si el calor es extraído a una razón que evite el
calentamiento espontáneo. Pero desafortunadamente, el almacenamiento
termoquímico presenta una serie de impedimentos técnicos como son las
limitaciones en la transferencia de calor, la inestabilidad cíclica, problemas de
reversibilidad en las reacciones y el elevado coste. Asimismo, durante el
almacenamiento termoquímico puede haber pérdidas ligadas al almacenamiento
de gases que pueden estar restringidos por reacciones cinéticas.
Algunos medios de almacenamiento termoquímico se encuentran en la siguiente
tabla:
Este tipo de almacenamiento sólo ha sido probado en plantas piloto a
pequeña escala en laboratorios, por lo que aún queda un largo camino de
desarrollo y maduración de la tecnología en cuestión del aprovechamiento del
potencial que presenta.
En este documento se hablará de las dos opciones principales dentro de
esta tipología de almacenamiento térmico: mediante las reacciones de óxidos
metálicos y metales (SnOx/Sn) y con las reacciones del amoníaco.
En las reacciones óxido metálico/metal (SnOx/Sn), de acuerdo con la
literatura, la reacción es posible y técnicamente factible, considerando la siguiente
reacción:
La energía solar concentrada incrementa la temperatura del reactor. La
reacción (R1 ) tiene lugar a 980K y el SnO2 se reduce con CH4 . A estas
temperaturas, el SnO2 se encuentra en estado sólido (polvo), flotando esté en la
superficie del Sn líquido en un reactor solar. Esto simplifica considerablemente el
concepto y construcción del reactor solar.
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Al añadir CH4 se produce la disociación del SnOx , y el Sn líquido a 980 K
aproximadamente es almacenado en un tanque. En períodos nublados o
nocturnos, el Sn pasa a través de un intercambiador de calor. El Sn frío se envía al
tanque donde se añade vapor de agua, teniendo lugar la reacción (R2 ). De esta
manera, el SnO2 puede recuperarse para volver a comenzar el proceso.
El punto crítico de este mecanismo es el comportamiento cinético de las
anteriores reacciones. Aunque la reacción es factible con energía solar,
técnicamente aún no está lo suficientemente desarrollado, siendo necesario aun
aumentar la labor investigativa en este campo (Gil et al.(2010)).
La Universidad Nacional Australiana (ANU) está desarrollando una serie de
experimentos con un sistema solar a circuito cerrado en un concentrador de disco
parabólico para probar un sistema de almacenamiento termoquímico mediante la
reacción endotérmica de disociación del amoníaco en el proceso de carga y la
reacción exotérmica inversa en el proceso de descarga, tal y como se
esquematiza en la siguiente figura.
En las investigaciones se ha hecho uso de un receptor parabólico de 20 m
2 con una capacidad de 15 kW sol . Los reactores, en los que tienen lugar las
distintas reacciones para la carga o liberación de energía, son unidades catalíticas
de lecho fluido y utilizan materiales catalíticos dentro de los estándares
comerciales.
El propósito principal de esta experiencia es demostrar la viabilidad de esta
tecnología basada en el empleo del amoníaco como medio de almacenamiento
solar térmico, y la posibilidad de aplicarla en instalaciones de colectores cilindro-
parabólicos.
Los resultados obtenidos hasta el momento muestran que los reactores
solares son fácilmente controlables, puesto que la temperatura del reactor receptor
de la radiación del concentrador se encuentra siempre dentro del rango de
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temperaturas la reacción endotérmica tiene lugar, sin que haya posibilidad de que
se produzcan reacciones distintas a las deseadas. Otras ventajas del proceso son
la posibilidad de utilizar un tanque de almacenamiento común (no se precisa de un
diseño específico de este para el proceso) y el proceso Harber-Bosch 1 cuenta
con unos 100 años de experiencia industrial.
APLICACIONES DE LA TECNOLOGÍA.
Introducción gráfica del Calor Latente y el Calor sensible para entender qué tecnologías tienen estos principios, y por supuesto el calor Termoquímico.
A-B: Calor Sensible B-C: Calor Latente C-D: Calor Sensible D-E: Calor Latente
(Solido) (Solido y Liquido) (Liquido) (Liquido y Gas) (Gas)
Fusión, de estado sólido a líquido. Sublimación, de sólido a gas o a la inversa, sin pasar por el estado líquido. Vaporización o evaporación, de líquido a gas. Condensación, de vapor a líquido. Solidificación, de líquido a sólido.
Tecnologías:
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Calentador solar. o De tubos al vacio.
Actualmente son los más utilizados para el calentamiento de agua en los hogares. Como puedes ver en la foto el calentador, está formado de varios tubos, cada tubo de cristal en el interior es de cobre que es por donde pasa el agua. A diferencia de los planos son un poco más eficientes ya que gracias a la forma de los tubos absorben el calor del sol desde muchas direcciones. Una de las mayores ventajas es que gracias a su diseño se reduce al máximo la dispersión de calor hacia el exterior. Dependiendo del tamaño y el diseño con este tipo de calentadores se pueden alcanzar temperaturas entre los 50° y los 100°C.
El funcionamiento de este sistema es el siguiente, el agua que viene del tinaco o cisterna es almacenada en el tanque del calentador, el cual está aislado térmicamente. Mientras éste se llena al mismo tiempo el agua pasa a llenar los tubos al vacío (un tubo al vacío se define como un tubo de cobre pintado de negro mate aislado por otro tubo pero de cristal, el espacio que hay entre los dos tubos esta al vacío), una vez llenos los tubos con agua ésta se empieza a calentar por medio de la radiación solar mediante el fenómeno del efecto invernadero en pequeña escala dentro de los tubos, esto es, que la radiación que entra por la primera capa de cristal rebota dentro de éste hasta por fin liberarse (como lo que sucede en las grandes ciudades contaminadas, la radiación entra pero no sale tan rápido debido a los gases contaminantes que la regresan de nuevo a la tierra), el calor que se genera dentro, por la cantidad de radiación atrapada, es absorbida por el tubo de cobre, que éste a su vez la cede hacia el agua por convección. Cuando el agua empieza a calentarse se genera un fenómeno físico llamado efecto termosifónico o termosifón, este efecto nos habla sobre la dilatación de los fluidos y su cambio de densidades, más específicamente, el agua que se calienta tiende a subir y el agua fría a bajar (como en los globos aerostáticos, solo que aquí se usa como fluido un gas caliente para elevarse), por supuesto, todo esto dentro de los tubos hasta el tanque aislado, generando un ciclo. Una vez que que el agua esta en el tanque ésta se mantiene en la superficie y es aquí donde se encuentra la salida del agua que va hacia las tuberías de agua caliente del edificio o casa.
El calor sensible comprendido en el sistema, y teniendo como gráfica la tabla al inicio del tema, es de C-D (Líquido), donde el agua que baja del tinaco hacia el tanque y este asu vez hacia los tubos, el agua aún está adquiriendo la energía necesaria para poder evaporarse pero no se está evaporando, absorberá
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calor pero seguirá siendo un líquido. El calor latente que se genera, comprende de D-E (Líquido y Gas) porque el agua ya empieza a evaporarse, pero no es completamente vapor, es una combinación de las dos. Si dejáramos que el sistema con el tiempo evapore toda el agua entonces dejaría de haber un calor latente y el vapor de agua generado no aumentaría más su temperatura, ni aunque le suministráramos altas temperaturas cambiaría, este seguiría igual, porque el agua no tiene otra fase de transformación. El calor termoquímico no esta presente en este sistema ya que no hay reacciones químicas.
o De placa plana.
También son conocidos como colectores solares planos, mucha gente los puede confundir con los paneles solares fotovoltaicos por su parecido.
Sobre los calentadores solares planos, existen además dos tipos, con cubierta y sin cubierta. Los calentadores con cubierta están compuestos básicamente por una cubierta de vidrio y una placa captadora totalmente aislada térmicamente en el interior. Los calentadores sin cubierta son más comunes para calentar el agua caliente de las piscinas, normalmente son de plástico y están expuestos directamente al sol.
Con este tipo de calentadores se pueden alcanzar temperaturas entre 30° y 70°C, aunque dependiendo del diseño se pueden alcanzar hasta los 100°C (punto de ebullición del agua).
El funcionamiento de este sistema es muy parecido al de tubos al vacío pero en este caso el agua que baja del tanque aislado pasa a una rejilla de cobre. Para calentar el agua también se induce un pequeño efecto invernadero. Habíamos explicado que el cristal de los tubos al vacío es el que origina el efecto invernadero, pues en este caso el cristal que generará dicho efecto será un placa de cristal, de ahí el nombre del colector. Más al grano, un colector de placa plana es un termotanque con una caja aislada térmicamente por todos los lados excepto la parte de enfrente, donde se coloca la placa de cristal, dentro de la caja, que además se encuentra toda pintada de negro mate, se encuentra una rejilla de cobre, donde es por esta que circula el agua cuando el efecto termosifón se presenta. Entonces, regresando al funcionamiento el sistema, cuando la radiación solar pasa por la placa de cristal ésta rebota por todas partes hasta salir, la radiación calorífica acumulada dentro de la caja es absorbida por la rejilla de cobre que a su vez la sede hacia el agua por conducción generando el ya mencionado
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efecto termosifónico, de ahí el agua llega hasta el tanque y se almacena hasta que se le dé un uso doméstico.
El calor sensible y latente es el mismo que en el de tubos al vacio. C-D(Líquido) y posteriormente D-E(Líquido y Gas). De igual manera el calor termoquímico no se presenta porque no hay reacciones químicas.
o De concentración.
Este tipo de calentadores son totalmente diferentes a los dos anteriores. De hecho se utilizan más en las industrias, los calentadores son cóncavos y el objetivo es proyectar la concentración de la energía solar hacia un punto determinado. Son muy eficientes pero sólo con luz solar directa. Generalmente tienen incorporados seguidores solares para una mayor eficiencia.
Son muy utilizados para generadores solares a gran escala o hornos que requieran altísimas temperaturas de hasta 4000ºC.
El funcionamiento de este tipo de sistemas consta de reflejar directamente los rayos del sol hacia un punto (como una lupa), en este caso ese punto es el foco de una parábola cilíndrica hecha de espejos, o un material muy reflejante. En el punto que se ilumina tiende a pasar una tubería por la cual se encuentra un fluido, generalmente una sal o aceite (porque tienden a absorber energía calorífica por arriba del punto de ebullición del agua), cuando el fluido se calienta lo suficiente pasa a otro parte del sistema donde cede el calor absorbido hacia agua evaporándola de inmediato, este vapor mueve unas turbinas para generar electricidad, o en su caso para almacenar agua caliente.
Nota. Cuando se usan sales como fluido estas se funden, lo que en términos prácticos sería que su estado pasa de Solido a Liquido; el aceite estaria de ser un Líquido viscoso a un Líquido no viscoso.
El calor sensible para un sistema que utilice sales como fluido, vendría siendo, según la gráfica inicial, de A-B(Sólido) como un primer paso, pues la sal cuando no está lo suficientemente caliente se encuentra en estado sólido, una vez
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que se calienta lo suficiente ésta se funde pasando de sólido a gaseoso sin pasar por liquido (Sublimacion, gráfica [2]), a esto se le llama calor latente, ya que la sal se encuentra en dos fases sólido y gaseoso, cuando sea solo gaseoso entonces dejará de haber calor latente. De nuevo no encontramos calor termoquímico en el sistema debido a que tampoco se esta generando alguna reacción química.
Un ejemplo muy claro donde encontramos calor termoquímico es en la centrales nucleares de fisión para la generación de electricidad.
La parte termoquímica reside en el calor generado por la reacción nuclear dentro de la planta, este calor, que además hablamos de altas temperaturas, es absorbido por un fluido, el cual dependiendo el tipo de planta nuclear es usado para evaporar agua, el vapor de agua mueve unas turbinas para la generación de electricidad. Otra parte de calor termoquímico dentro de la misma planta es en el sistema de enfriamiento, pues este tipo de plantas, como bien se dijo, trabaja con temperaturas muy altas que si no se controlan puede ocasionar serios problemas a la infraestructura y el personal (Chernobyl, Fukushima).
CONCLUSIÓN
Para el estudio y desarrollo del almacenamiento térmico de energía, el cual cada día está haciéndose presente en varios proyectos comerciales de vanguardia, es necesario el entendimiento de los principios básicos que rigen dichos procesos de almacenamiento con el fin de hacerlos eficientes y rentables, y con ello aprovechar
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cada vez más los recursos energéticos disponibles al ritmo de las fluctuaciones de la demanda; realizar investigación para ello es de vital importancia, puesto que al combatir los problemas de almacenamiento se conseguiría que las fuentes renovables sean la base de la generación de energía a nivel mundial.
BIBLIOGRAFÍA
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http://www.ehowenespanol.com/transferencia-calor-latente-sobre_325006/
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http://digitalgroup.info/wordpress/index.php/archives/548134
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http://www.cemaer.org/tipos-de-calentadores-solares/