Simulación de sistemas que incluyen acumuladores de piedras

Abstract

Los acumuladores de piedras son utilizados en múltiples aplicaciones relacionadas con el uso de la energía solar, como ser calentamiento y/o enfriamiento habitacional, secado de diversos productos agrícolas, etc (1,2,3). Sus mayores ventajas son: sencillez de construcción y funcionamiento y una mayor eficiencia de colección para el conjunto acumulador-colector con respecto a sistemas que utilicen acumuladores de cambio de fase (4). La mayor desventaja radica en que la energía acumulada por unidad de volumen es baja respecto a otros métodos.

El análisis del comportamiento técnico con fines de diseño requiere la solución de dos ecuaciones diferenciales parciales acopladas. Para el caso más sencillo, en que la temperatura del aire a la entrada del lecho es constante en el tiempo, y la temperatura del lecho es uniforme en el instante inicial, se dispone de soluciones en forma de series, las que se han graficado con todo detalle (5). Sobre esta base se puede formular un diseño del acumulador (6), aunque sólo tendrá un carácter aproximado, puesto que la temperatura de entrada varía de acuerdo a lo que entrega el colector, y la temperatura inicial del lecho será la obtenida en el período previo de trabajo del acumulador, la cual sólo excepcionalmente será constante.

El análisis de datos experimentales de sistemas solares de aire, así como su diseño, requiere una simulación detallada del funcionamiento. Con este fin, en las secciones que siguen se describe un algoritmo para la obtención de la solución de las ecuaciones por vía computacional, teniendo en cuenta condiciones variables en la temperatura del gas y del lecho. Los pro­gramas se han desarrollado en forma tal que permiten un acompañamiento a los programas correspondientes para otros elementos solares, permitiendo la simulación de sistemas completos.

Como ejemplo de aplicación se reproducen las curvas experimentales obtenidas durante el calentamiento y posterior enfriamiento de un lecho de piedras utilizado para medir el coeficiente de transferencia térmico, y se comparan con las obtenidas mediante el cálculo numérico.

Finalmente, se detalla el cálculo de acumuladores de piedras con flujo radial y se discute su posible utilización en relación con el acondicionamiento a corto plazo de algunos tipos de tas.