5/14/2018 ALMACENAMIENTO DE ENERGIA (EXPOSICI N DE PLANTAS T RMICAS) - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/almacenamiento-de-energia-exposicion-de-plantas-termicas
UNIVERSIDAD DE ORIENTE
NÚCLEO DE ANZOÁTEGUI
ESCUELA DE INGENIERÍA Y CIENCIAS APLICADAS
DEPARTAMENTO DE MECÁNICA
PLANTAS TERMICAS ALMACENAMIENTO DE ENERGIA
Revisado por: Realizado por:
Prof. Anabelis Rodríguez Johnny Bolívar C.I.18210527
Carlos Meta
Daniel Ramos
Barcelona, 27 de Febrero del 2012
5/14/2018 ALMACENAMIENTO DE ENERGIA (EXPOSICI N DE PLANTAS T RMICAS) - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/almacenamiento-de-energia-exposicion-de-plantas-termicas
RESUMEN
El almacenamiento de energía comprende una serie de métodos por los cuales la
humanidad busca conservar en la medida de lo posible una cierta cantidad de
energía para liberarla cuando sea necesario en la misma forma en que serecolecto o en otra diferente.
El almacenamiento de energía es un proceso de suma complejidad que lleva unos
miles de millones de años haciéndose, tanto por la mano del hombre como por el
universo que nos rodea. En esto existe una relación ya que la energía presente en
la creación del universo ha sido puesta en libertad en forma de estrellas como el
sol y ahora parte de esta energía está siendo utilizada por los seres humanos que
a su vez la almacenan mediante diversos métodos.
En este trabajo explicaremos la razón por la cual se almacena la energía y los
diferentes métodos de almacenamiento utilizados para tal fin, con esto se buscara
que el estudiante pueda obtener un conocimiento básico sobre el almacenamiento
de energía y su papel en la sociedad moderna.
5/14/2018 ALMACENAMIENTO DE ENERGIA (EXPOSICI N DE PLANTAS T RMICAS) - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/almacenamiento-de-energia-exposicion-de-plantas-termicas
INDICE
INTRODUCCIÓN
SISTEMA DE ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA
BOMBEO HIDRÁULICO
ALMACENAMIENTO DE AIRE COMPRIMIDO
ALAMCENAMIENTO DE ENERGIA POR VOLANTES DE INERCIA
ALMACENAMIENTO EN BATERIA ELÉCTRICA
ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA MAGNETICA POR SUPERCONDUCCIÓN
ALMACENAMIENTO POR CALOR SENCIBLE
ALMACENAMIENTO POR CALOR LATENTE
ALMACENAMIENTO POR REACCIONES QUÍMICAS
5/14/2018 ALMACENAMIENTO DE ENERGIA (EXPOSICI N DE PLANTAS T RMICAS) - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/almacenamiento-de-energia-exposicion-de-plantas-termicas
INTRODUCCIÓN
La necesidad de almacenamiento de energía se debe a que la demanda
de energía eléctrica en un sistema de servicios públicos se caracteriza
por fluctuaciones de energía que pueden ser horarias, diarias y estacionales,mientras que el suministro de ese sistema, en la mayoría de los casos, tiene una
capacidad fija. Por esta razón debe haber un exceso razonable de energía que
compense estas fluctuaciones y que permita garantizar el suministro, incluso, en
situaciones de paradas de planta programadas por mantenimiento y paradas no
programadas debido a la ocurrencia de anormalidades en el sistema.
Un ejemplo de fluctuaciones de energía eléctrica lo podemos observar en la figura
1.1 y 1.2 donde se puede mostrar la diferencia entre el consumo de día y noche,entre días de semana y fines de semana y entre verano e invierno de una ciudad
(Madison, Wisconsin). Como se puede observar, el consumo más alto es a las 6
de la tarde, que es la hora donde se comienzan a encender las luces de la calle y
de las casas, y los equipos como aire acondicionado o calefacción. De lunes a
viernes hay mayor fluctuación que en los fines de semana debido a que son los
días de mayor actividad. Y en invierno, debido mayormente a la calefacción, hay
mayor consumo de electricidad que en verano. Para una región industrial o
comercial se producen fluctuaciones más grandes.
Por lo tanto el objetivo del almacenamiento de energía es contrarrestar las
desventajas que se derivan de las fluctuaciones en la demanda de energía
eléctrica, asegurando una salida continua de energía, esto se hace de una manera
simple. Cuando la demanda es inferior a la capacidad, la energía se almacena, y
cuando la demanda es superior a la capacidad, la energía se libera, lo que
significa que el sistema capaz de proporcionar picos de energía eléctrica a cortoplazo a ciertas horas del día, y por consiguiente, de suministrar energía eléctrica
confiable, eficiente y económica.
5/14/2018 ALMACENAMIENTO DE ENERGIA (EXPOSICI N DE PLANTAS T RMICAS) - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/almacenamiento-de-energia-exposicion-de-plantas-termicas
SISTEMAS DE ALMACENAMIENTO DE ENERGIA
a. Sistemas de almacenamiento electro-mecánicos
- Bombeo hidráulico
- Aire comprimido
- Energía por volantes
b. Sistemas de almacenamiento de conexión directa
- Baterías
- Bobinas superconductoras
c. Sistemas de almacenamiento térmicos
- De calor sensible
- De calor latente
- De reacciones químicas
BOMBEO HIDRAULICO
PRINCIPIO Y FUNCIONAMIENTO DEL BOMBEO HIDRAULICO
El bombeo hidrául ico se basa en un principio senci llo: “La presión
ejercida sobre la superficie de un fluido se transmite con igual intensidad en
todas las direcciones”. Aplicando este principio es posible inyectar desde la
superficie un fluido a alta presión que va a operar el pistón motor de la
unidad de subsuelo en e l fondo del pozo . El pistón motor esta
mecánicamente ligado a otro pistón que se encarga de bombear el aceiteproducido por la formación. Los fluidos de potencia más utilizados son agua y
crudos livianos que pueden provenir del mismo pozo. En cuanto a su función,
podemos considerar dos posibilidades extremas de bombas: las que dan un gran
caudal a pequeña presión y las que dan un pequeño caudal a alta presión. La
misión del primer tipo será evidentemente llenar rápidamente las conducciones y
5/14/2018 ALMACENAMIENTO DE ENERGIA (EXPOSICI N DE PLANTAS T RMICAS) - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/almacenamiento-de-energia-exposicion-de-plantas-termicas
cavidades del circuito (como ocurre al hacer salir un cilindro que trabaje en vacío).
Las del segundo tipo servirán para hacer subir y mantener la presión en el circuito.
Claro que en la mayoría de los casos no se van a usar dos bombas y hay
que buscar un compromiso entre estos extremos. Ot ra s co nsi de ra ci on es
l l evan a l a neces idad de cons t ru i r bombas que tengan
características determinadas. Así, para obtener una velocidad constante en un
cilindro, nos hará falta una bomba de caudal constante. Si queremos después
mantener el cilindro en posición - para lo que nos basta compensar las fugas -
no necesitaremos todo el caudal, por lo que nos puede interesar una bomba
capaz de trabajar a dos caudales constantes: uno alto y otro bajo. Otro tipo de
problemas exigirá bombas de caudal regulable en uno o en dos sentidos, bombas
de potencia constante, etc. BOMBEO HIDRÁULICO Los sistemas de Bombeo Hidráulico transmiten su potencia mediante el uso de un
fluido presurizado que es inyectado a través de la tubería. Este fluido conocido
como fluido de potencia o fluido motor, es utilizado por una bomba de subsuelo
que actúa como un transformador para convertir la energía de dicho fluido a
energía potencial o de presión en el fluido producido que es enviado hacia lasuperficie. Los fluidos de potencia más utilizados son agua y crudos livianos que
pueden provenir del mismo pozo.
Los equipos de superficie comprenden:
a. Tanques de almacenamiento, tanques de lavado, separadores y/o
tratadores: cuando se utiliza petróleo como fluido de potencia en un
sistema abierto, dicho fluido se obtiene de tanques de almacenamiento o deoleoductos, de donde se suministran al sistema de bombeo o de
distribución. Si se está en un sistema cerrado, el fluido de potencia, bien
sea agua o petróleo es manejado en un circuito cerrado, el cual debe
disponer de su propio tanque de almacenamiento y equipos de limpieza de
5/14/2018 ALMACENAMIENTO DE ENERGIA (EXPOSICI N DE PLANTAS T RMICAS) - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/almacenamiento-de-energia-exposicion-de-plantas-termicas
sólidos, estos equipos operan independientemente de las operaciones en
las estaciones de producción.
b. Bomba multiplex o triplex: son bombas de acción reciprocante y constan
de un terminal de potencia y un terminal de fluido. El terminal de potencia
comprende entre otras partes el cigüeñal, la biela y los engranajes. El
terminal de fluido está formado por pistones individuales, con válvulas de
retención a la entrada y a la descarga.
c. Válvulas de control: en general se usan varios tipos de válvulas de control
para regular y/o distribuir el suministro de fluido de potencia a uno o más
pozos.
d. Múltiples de control: se utilizan para dirigir los fluidos directamente a cada
uno de los pozos. Una válvula de control de presión constante, regula lapresión del flujo y la cantidad de fluido de potencia que se requiere en cada
pozo, cuando se usa una bomba reciprocante.
e. Lubricador: es una pieza de tubería extendida con una línea lateral para
desviar el flujo de fluido cuando se baja o se extrae la bomba del pozo.
También se utiliza para controlar la presencia de gases corrosivos que
pueden obstaculizar la bajada de la bomba o su remoción del pozo.
Es un sistema utilizado para el almacenamiento de energía a gran escala. Es el
más desarrollado y utilizado de todos los sistemas de almacenamiento. El principio
detrás del bombeo hidráulico es sencillo y se explica mediante la ecuación de la
energía potencial.
Donde: EP = Energia potencial
g= Aceleración gravitacional
m= Masa
H= Altura
5/14/2018 ALMACENAMIENTO DE ENERGIA (EXPOSICI N DE PLANTAS T RMICAS) - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/almacenamiento-de-energia-exposicion-de-plantas-termicas
Cuando la demanda de energía es baja, se aprovecha el excedente de energía de
la planta eléctrica para aumentar la energía potencial de estos sistemas. Existen
dos tipos de sistemas de bombeo hidráulico:
Bombeo Hidráulico Sobre el Suelo
Este tipo de bombeo comienza en un depósito o reservorio. El agua que sale del
depósito superior se convierte en una corriente, debido a una pendiente en
descenso, que va hacia un embalse como se muestra en la figura 1.3.
A partir del depósito superior el agua se desvía por medio de una tubería colocada
sobre la roca hasta un generador eléctrico el cual se encuentra lo más cerca
posible del depósito inferior para aprovechar al máximo la energía cinética. A la
cabeza de la tubería por lo general hay una casa de válvulas que contiene las
válvulas de compuerta principal que entrara en funcionamiento automático en caso
de que explote la tubería por sobrepresión. Existe un tanque de compensación de
presión el túnel creado en caso de haber una reducción de la carga, si esta
presión es superior a una cantidad predeterminada, el agua simplemente se
derramara sobre el borde del tanque de compensación. El tanque de
compensación también se puede utilizar cuando la carga de la turbina aumente
repentinamente.
Bombeo Hidráulico Subterráneo
Es un sistema hecho primordialmente para superar el inconveniente de una
topografía inadecuada. El depósito superior puede estar cerca o en el nivel del
suelo. El depósito inferior se coloca bajo tierra, en cavernas naturales, minas
antiguas u otras cavidades. En la figura 1.4 se muestra este sistema.
El agua va desde el depósito superior hasta una turbina que hace mover uno o
varios generadores que producen la energía eléctrica. Una parte de esta energía
eléctrica es suministrada por la estación para el consumo, mientras que el resto
se utiliza para conducir el agua de regreso desde el depósito inferior hasta el
depósito superior. O también se puede utilizar el proceso inverso, que se hace
5/14/2018 ALMACENAMIENTO DE ENERGIA (EXPOSICI N DE PLANTAS T RMICAS) - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/almacenamiento-de-energia-exposicion-de-plantas-termicas
cuando el consumo de energía es bajo, donde un excedente de la energía de la
planta pone en funcionamiento la bomba que a su vez aumenta la presión del
embalse en la parte inferior lo suficiente compa para hacer ascender el liquido y
mover la turbina que hace funcionar el generador, produciendo la energía
eléctrica.
Las pérdidas de energía en estos sistemas incluyen las pérdidas por motor,
bomba, turbina, generador fugas en tuberías y equipos, caudal ascendente y
descendente, y evaporación del líquido durante el almacenamiento.
La eficiencia del sistema de bombeo hidráulico, también llamada eficiencia de
respuesta, se define como la producción total de energía dividida por la cantidad
total de energía durante un ciclo. En la mayoría de las plantas, la eficiencia estaalrededor de u 65%.
ALMACENAMIENTO DE AIRE COMPRIMIDO
Los sistemas de aire comprimido son análogos a los sistemas de bombeo
hidráulico. Mientras que en los periodos de baja demanda se utiliza el excedente
de energía eléctrica de las plantas para aumentar la energía potencial o la presión
hidrostática del agua. Aquí se utiliza ese excedente para comprimir aire
almacenado en embalses tales como acuíferos, cavernas de sal o cavernas de
roca dura
La energía almacenada se libera durante los períodos de mayor demanda por la
expansión del aire a través de una turbina de aire. La eficiencia de los sistemas de
aire comprimido es similar a la de los sistemas de bombeo hidráulico.
Embalses: El aire comprimido los depósitos es sujeto a las fluctuaciones
repetidas de la presión, la humedad y la temperatura. Los efectos de tales
fluctuaciones no se han determinado aún. Los embalses suelen ser múltiples y
operan en un sistema paralelo. Existen tres tipos de embalses como son: minas de
sal, acuíferos, y cavernas de roca dura.
5/14/2018 ALMACENAMIENTO DE ENERGIA (EXPOSICI N DE PLANTAS T RMICAS) - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/almacenamiento-de-energia-exposicion-de-plantas-termicas
Minas de sal: Las investigaciones realizadas hasta el momento indica que son
estables bajo cargas de almacenamiento de aire comprimido para la duración
de vida de las plantas. Las principales preocupaciones son la geometría de la
caverna, el tamaño y espaciado y las fugas de aire.
Figura 1.1. Planta de generación de energía por aire comprimido.
Acuíferos: Estos son formaciones de roca porosa en las cuales se almacena aire
y oxigeno a altas temperaturas. Entre los efectos no deseados esta la fatiga
cíclica producida por el movimiento de la roca porosa, y la generación y transporte
de las partículas finas.
Cavernas de roca dura: Debido a su tamaño estas requieren de compensación
de agua de embalses de superficie para mantener la presión del aire y por lo tantoson más costosos. Sin embargo, se cree que son más estables en ausencia
de severas fluctuaciones de temperatura.
5/14/2018 ALMACENAMIENTO DE ENERGIA (EXPOSICI N DE PLANTAS T RMICAS) - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/almacenamiento-de-energia-exposicion-de-plantas-termicas
Figura 1.2. Diagrama de almacenamiento por aire comprimido.
Sistemas Adiabáticos E Híbridos
Cuando el aire se comprime para su almacenamiento, su temperatura aumentará
(ya que es un gas compresible) de acuerdo con la relación.
Donde: T1= Temperatura antes de la compresión
T2= Temperatura después de la compresión
P1= Presión antes de la compresión
5/14/2018 ALMACENAMIENTO DE ENERGIA (EXPOSICI N DE PLANTAS T RMICAS) - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/almacenamiento-de-energia-exposicion-de-plantas-termicas
P2= Presión después de la compresión
n= Exponente politropico para el proceso de compresión irreversible
El calor de la compresión puede ser retenido en el aire comprimido o en otro
medio de almacenamiento y restaurado en el aire antes de expandirse a través
de la turbina. Esto se conoce como almacenamiento adiabático. Si la temperatura
del aire baja, se puede añadir calor adicional por medio de la combustión de
combustibles para mantener la eficiencia de almacenamiento, esto es lo que se
conoce como un sistema hibrido.
En la figura se muestra un sistema sencillo de almacenamiento de energía.
Durante las horas de baja demanda, la energía eléctrica de la planta es utilizada
por un grupo de motores que operan para accionar el compresor (C). El aire
comprimido pasa primero a través de un lecho empacado (P), luego a un depósito
subterráneo de presión constante (R). La presión constante se obtiene
desplazando el agua a un estanque compensación de presión, el agua fluye a
través del lecho recogiendo un nuevo calor sensible. Luego el aire pasa a través
de de la turbina que mueve el generador.
ALMACENAMIENTO DE ENERGIA POR VOLANTE DE INERCIA
Un volante de inercia es un elemento totalmente pasivo que únicamente aporta al
sistema una inercia adicional de modo que le permite almacenar energía cinética.
Este volante continúa su movimiento por inercia cuando cesa el par motor que lo
propulsa. De esta forma, el volante de inercia se opone a las aceleraciones
bruscas en un movimiento rotativo. Así se consiguen reducir las fluctuaciones
de velocidad angular . Es decir, se utiliza el volante para suavizar el flujo deenergía entre una fuente de potencia y su cargA.
5/14/2018 ALMACENAMIENTO DE ENERGIA (EXPOSICI N DE PLANTAS T RMICAS) - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/almacenamiento-de-energia-exposicion-de-plantas-termicas
Ecuaciones:
Donde: Ek= Energía cinética
ω = Velocidad angular
I= Momento de inercia de la masa sobre el eje de rotación.
Figura 1.3 almacenamiento de energía por volante de inercia.
5/14/2018 ALMACENAMIENTO DE ENERGIA (EXPOSICI N DE PLANTAS T RMICAS) - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/almacenamiento-de-energia-exposicion-de-plantas-termicas
Figura 1.4 almacenamiento de energía por volante de inercia.
ALMACENAMIENTO POR BATERIA ELECTRICA
Las baterías o acumuladores son dispositivos utilizados para el almacenamiento
de energía eléctrica usando procedimientos electroquímicos y que posteriormente
la devuelve casi en su totalidad; este ciclo puede repetirse por un determinadonúmero de veces.
Se trata de un generador que no puede funcionar sin que se le haya suministrado
electricidad previamente, mediante lo que se denomina proceso de carga.
El principio de funcionamiento de una batería está basado esencialmente en un
proceso reversible llamado reducción-oxidación (también conocida como redox),
un proceso en el cual uno de los componentes se oxida (pierde electrones) y el
otro se reduce (gana electrones); es decir, un proceso cuyos componentes no
resulten consumidos ni se pierdan, sino que meramente cambian su estado de
oxidación y, que a su vez pueden retornar a su estado original en las
circunstancias adecuadas. Estas circunstancias son, en el caso de los
5/14/2018 ALMACENAMIENTO DE ENERGIA (EXPOSICI N DE PLANTAS T RMICAS) - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/almacenamiento-de-energia-exposicion-de-plantas-termicas
acumuladores, el cierre del circuito externo, durante el proceso de descarga, y la
aplicación de una corriente, igualmente externa, durante la carga.
Un acumulador es, así, un dispositivo en el que la polarización se lleva a sus
límites alcanzables, y consta, en general, de dos electrodos, del mismo o dedistinto material, sumergidos en un electrolito.
Figura 1.5 almacenamiento por medio de batería eléctrica.
5/14/2018 ALMACENAMIENTO DE ENERGIA (EXPOSICI N DE PLANTAS T RMICAS) - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/almacenamiento-de-energia-exposicion-de-plantas-termicas
ALMACENAMIENTO DE ENERGIA MAGNETICA POR SUPERCONDUCCION
El método de almacenamiento de energía magnética por superconducción
consiste en almacenar energía a través de un campo magnético creado por el
flujo de corriente en una bobina superconductora que ha sido criogénicamenteenfriada a una temperatura por debajo de su temperatura crítica superconductora.
Estos sistemas constan de tres partes: la bobina superconductora, el sistema de
acondicionamiento de potencia y un refrigerador criogénico. Una vez que la bobina
superconductora se carga, la corriente no disminuye y la energía magnética se
puede almacenar por tiempo indefinido.
La energía almacenada puede ser liberada de nuevo a la red mediante la
descarga de la bobina. El sistema de acondicionamiento de energía utiliza
un inversor / rectificador para transformar la corriente alterna (AC) en corriente
continua o de convertir la (CC) en corriente alterna. El proceso del inversor /
rectificador representa aproximadamente el 2-3% de pérdida de energía en cada
dirección. PYMES pierde la menor cantidad de energía eléctrica en el proceso de
almacenamiento de energía en comparación con otros métodos de
almacenamiento de energía. Los sistemas de PYMES son altamente eficientes,
la eficiencia de ida y vuelta es superior al 95%.
Debido a los requerimientos de energía de refrigeración y el alto costo de hilo
superconductor , PYMES se utiliza actualmente para el almacenamiento de
energía corta duración. Por lo tanto, las PYMES es el más dedicado a la mejora
de la calidad de energía .
La energía magnética almacenada por una bobina que transporta una corriente
está dada por un medio de la inductancia de las bobinas veces el cuadrado de la
corriente.
Donde: E = energía se mide en julios
5/14/2018 ALMACENAMIENTO DE ENERGIA (EXPOSICI N DE PLANTAS T RMICAS) - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/almacenamiento-de-energia-exposicion-de-plantas-termicas
L = inductancia medida en henrios
I = corriente se mide en amperios
Figura 1.6. Almacenamiento por superconducción.
Ventajas Sobre Otros Sistemas De Almacenamiento De Energía
Hay varias razones para el uso de almacenamiento de energía superconductora
magnética en lugar de otros métodos de almacenamiento de energía. La ventaja
más importante de las PYME es que el retardo de tiempo durante la carga ydescarga es muy corto. Poder está disponible casi instantáneamente y salida de
potencia muy alto puede ser proporcionada por un breve período de tiempo. Otros
métodos de almacenamiento de energía, tales como hidrobombeo o aire
comprimido tienen un retardo de tiempo sustancial asociado con la conversión de
la energía almacenada de energía mecánica en electricidad. Así, si la demanda de
un cliente es inmediata, las PYME es una opción viable. Otra ventaja es que la
pérdida de energía es inferior a otros métodos de almacenamiento debido a las
corrientes eléctricas encuentran casi ninguna resistencia . Adicionalmente las
partes principales de una PYME son inmóviles, lo que se traduce en una elevada
fiabilidad.
5/14/2018 ALMACENAMIENTO DE ENERGIA (EXPOSICI N DE PLANTAS T RMICAS) - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/almacenamiento-de-energia-exposicion-de-plantas-termicas
ALMACENAMIENTO POR CALOR SENCIBLE
Los sistemas de almacenamiento por calor sensible se basan en el principio según
el cual la fase del material energético que se almacena no cambia durante la
transferencia de calor. Este almacenamiento se lleva a cabo aumentando latemperatura del medio de almacenamiento; por ello, es necesario que dicho medio
tenga una capacidad térmica elevada, estabilidad a largo plazo bajo la oscilación
térmica, compatibilidad con sus contenidos y lo más importante, un bajo coste.
Almacenamiento sin cambio de fase o en forma de calor sensible:
- Almacenamiento en un tanque.
- Almacenamiento en dos tanques.
- Almacenamiento en sistema multitanque.
- Almacenamiento en medio sólido.
La energía de almacenamiento por calor sensible puede calcularse de la siguiente
manera
A presión constante:
Donde Δ h: Variación de entropía
m: masa del cuerpoCp: calor especifico a presión constante
T1 – T2: Variación de temperatura
5/14/2018 ALMACENAMIENTO DE ENERGIA (EXPOSICI N DE PLANTAS T RMICAS) - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/almacenamiento-de-energia-exposicion-de-plantas-termicas
A volumen constante
Donde n: moles de la sustancia
Cv: Calor especifico a volumen constante
T1 - T2: Variación de temperatura
ΔU: Variación de energía interna
ALMACENAMIENTO POR CALOR LATENTE
La energía que una sustancia necesita para cambiar de fase, generalmente esmayor que la que se ocupa para tener incrementos de temperatura pequeños en la
misma sustancia. Esto da la pauta para pensar que se puede aprovechar el
cambio de fase de algunas sustancias para utilizarlas como medios de
almacenamiento de energía solar. La idea es que la sustancia absorba la energía
solar de forma directa (sistema pasivo) o mediante un colector solar (sistema
activo) y cambie de fase. Al cambiar de fase la sustancia conserva en forma
latente la energía absorbida. Esta será cedida posteriormente, cuando la sustancia
regrese a su estado original.
La idea es que la sustancia absorba la energía solar de forma directa (sistema
pasivo) o mediante un colector solar (sistema activo) y cambie de fase. Al cambiar
de fase la sustancia conserva en forma latente la energía absorbida. Esta será
cedida posteriormente, cuando la sustancia regrese a su estado original.
Los cambios de fase pueden ser sólido-líquido, líquido-vapor y sólido-sólido. El
cambio de fase líquido-vapor casi no se utiliza debido a que el vapor genera
grandes presiones y en muchos casos no resulta práctico debido a que este tiene
que ser diseñado para soportar presiones altas y por lo tanto se hace más
complicado y costoso. Por esta razón, lo que más se aprovecha son los cambios
de fase líquido-sólido y sólido-sólido.
5/14/2018 ALMACENAMIENTO DE ENERGIA (EXPOSICI N DE PLANTAS T RMICAS) - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/almacenamiento-de-energia-exposicion-de-plantas-termicas
Las sustancias que pueden utilizarse como medios de almacenamiento por
cambio de fase sólido-líquido pueden ser muy variadas (hielo, sustancias
orgánicas, sales hidratadas, compuestos inorgánicos y metales o aleaciones).
Algunas tienen puntos de fusión altos por lo que se haría necesario utilizar
colectores concentradores para poder obtener altas temperaturas y provocar el
cambio de fase.
ALMACENAMIENTO POR REACCIONES QUIMICAS
La energía solar también puede almacenarse por medio de reacciones químicas.
Estas deben ser reacciones endotérmicas reversibles, que se invierten cuando se
requiere que la energía sea liberada. Para que una reacción sea utilizada en el
almacenamiento de la energía solar, se requiere que:
1. La reacción sea reversible.
2. Los reactivos puedan hacer uso de la energía del espectro solar, tanto como
sea posible.
3. La cantidad de energía almacenada en la reacción sea grande.
4. Que los reactivos sean económicos.
En caso de que los productos de la reacción puedan separarse y usarse como
combustibles, no se necesita que la reacción sea reversible. Ejemplo: La energía
solar también puede emplearse en los procesos de fermentación anaeróbica de
algas para la producción de metano (CH4). Este es estable a temperatura
ambiente y al reaccionar con el oxígeno mediante una combustión, libera la
energía almacenada para producir altas temperaturas.