Mejora del rendimiento térmico de los materiales de cambio de fase utilizando barras conductoras con dinámica de...

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• Ingeniería térmica
• Almacenamiento de energía

Sus antecedentes:

• Los materiales de cambio de fase (PCM) presentan una baja conductividad térmica, lo que dificulta sus tasas de fusión y limita la eficiencia del almacenamiento de energía térmica.
• La aceleración de la fusión del PCM es crucial para mejorar el rendimiento de los sistemas de almacenamiento de energía térmica.

Objetivo del estudio:

• Investigar numéricamente la eficacia de las barras de cobre como potenciadores conductores para acelerar la fusión de los PCM.
• Determinar la configuración óptima de la barra de cobre para maximizar la transferencia de calor y minimizar el tiempo de fusión en una celda hemisférica.

Principales métodos:

• Simulación numérica mediante el método ANSYS/FLUENT 16.
• Implementación de un modelo de entalpía y porosidad para simular el proceso de fusión.
• Análisis de varias longitudes de varillas de cobre (10 mm, 15 mm, 20 mm) y su impacto en el rendimiento de fusión.

Principales resultados:

• Las varillas de cobre redujeron significativamente el tiempo de fusión del PCM; una varilla de 20 mm lo redujo en un 70%.
• Una varilla de 15 mm logró una reducción del 50% en el tiempo de fusión, ofreciendo el 85% de la ganancia máxima de rendimiento.
• La velocidad de fusión aumentó hasta cuatro veces con la integración de la varilla, con rendimientos decrecientes observados más allá de 15 mm.

Conclusiones:

• Las barras de cobre son eficaces potenciadores de la conductividad para acelerar la fusión del PCM.
• Una barra de cobre de 15 mm representa una configuración óptima, equilibrando la mejora del rendimiento con el uso de materiales.
• Los hallazgos proporcionan información para el diseño de sistemas de almacenamiento térmico eficientes que utilizan PCM en energía renovable y recuperación de calor residual.