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Sistema para almacenar energía térmica con placas de hormigón

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Micah Hale, izquierda, Panneer Selvam, centro, y Matt Strasser, derecha, mostrando el sistema termoclino de almacenamiento de energía térmica con placas de hormigón desarrollado en la Universidad de Arkansas.

Un grupo de ingenieros, investigadores de la Universidad de Arkansas (EE.UU.), ha desarrollado un sistema de almacenamiento de energía térmica que funciona como una alternativa viable a los actuales métodos para almacenar energía obtenida a partir de módulos solares.

Incorporar el diseño probado por estos investigadores en el funcionamiento de una planta solar de concentración incrementaría significativamente su producción anual de energía, al tiempo que reduciría de manera drástica sus costes de funcionamiento.

Los actuales métodos de almacenamiento utilizan sales fundidas, aceites, o lechos de roca, como medios para almacenar la energía térmica. Aunque estos materiales son relativamente eficientes conservando el calor, también son caros de realizar y causan daños en los tanques de almacenamiento. Específicamente, el uso de la roca empaquetada, el método más utilizado y menos costoso, conduce a lo que podemos llamar “trinquete térmico” (thermal ratcheting), que es el estrés que sufren las paredes del tanque debido a la expansión y contracción por los ciclos térmicos.

“El método convencional y más eficaz de almacenamiento de energía obtenida a partir de colectores solares satisface los objetivos, a nivel de eficiencia, del Departamento de Energía (DOE) de los EE.UU.” comentó Panneer Selvam, profesor de ingeniería civil. “Sin embargo, hay problemas asociados con este método. El material de relleno utilizado en este sistema estresa y degrada las paredes del tanque de almacenamiento. Eso crea ineficiencias que no se calculan, ni se tienen en cuenta, pero que pueden conducir a la ruptura catastrófica del tanque”.

Como una alternativa, el profesor Selvam y el estudiante de doctorado Matt Strasser, han diseñado, realizado y probado un sistema estructurado termoclino que utiliza placas de hormigón colocadas en paralelo, en lugar de rocas, dentro del tanque de almacenamiento.

Las placas de hormigón se realizaron con una mezcla especial desarrollada por Micah Hale, profesor asociado de ingeniería civil, y fueron capaces de soportar temperaturas de hasta 600 grados centígrados. El proceso de almacenamiento toma el calor de los colectores solares térmicos, lo transfiere a través de unos tubos de acero a las placas de hormigón (que lo almacenan), hasta que es necesario utilizarlo para hacer funcionar un generador eléctrico.

Los estudios realizados sobre modelos indican que este tipo de placas de hormigón conducen el calor con una eficiencia del 93,9 %, que es un valor superior a los requerimientos del DOE, y sólo un poco menor que la obtenida con el sistema de lecho de rocas. Además, el almacenamiento de energía utilizando por este sistema cuesta sólo 0,78 dólares por kilovatio-hora, un coste muy inferior a los objetivos del DOE, que eran conseguir un sistema de almacenamiento térmico que fuese inferior a los 15 dólares por kilovatio-hora.

“Nuestro trabajo demuestra que el hormigón es comparable en términos de eficiencia con el sistema termoclina de lecho de rocas”, comentó Selvam. “Pero el beneficio real del sistema con losas de hormigón es que es más barato de realizar, y que tiene la posibilidad única de conducir y almacenar el calor sin que las paredes del compartimento de almacenamiento sufran daños. Este factor por sí solo va a aumentar la productividad y reducirá los costes de las plantas de concentración de energía solar”.

Fuente e imagen:  Universidad de Arkansas

Tags: Ahorro económico, Almacenamiento térmico, Colectores solares térmicos, DOE, EE.UU., Energía solar térmica, Módulos solares, Planta solar de concentración, Termoclina

Categoría: Energía, General, Solar, Térmica