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Title: Simulación de un intercambiador de calor para el almacenamiento de energía térmica mediante el uso de materiales de cambio de fase: simulación de un intercambiador de calor para el almacenamiento de energía térmica a media temperatura.
Authors: Costales Espinosa, Jenny Dámaris.
Keywords: QUÍMICA
INTERCAMBIADOR DE CALOR
MATERIAL DE CAMBIO DE FASE
SIMULACIÓN CFD
ANSYS
Issue Date: Mar-2023
Publisher: Quito : EPN, 2023.
Citation: Costales Espinosa, J.D. (2022). Simulación de un intercambiador de calor para el almacenamiento de energía térmica mediante el uso de materiales de cambio de fase: simulación de un intercambiador de calor para el almacenamiento de energía térmica a media temperatura. 42 páginas. Quito : EPN.
Abstract: Solar energy is one of the most widely used energy alternatives, but there are problems for its use such as the intermittency between its periods of availability. which is why energy storage is a key factor for its application. There are three types of thermal energy storage: sensible heat, thermochemical or latent heat, in which the material changes phase. Phase change systems can be studied with computational fluid dynamics (CFD) that uses numerical methods to solve these problems. There are several CFD simulation programs, some examples are Ansys and COMSOL with friendly graphical interfaces and free student versions and OpenFoam with a free version, but without a graphical interface. 5 preliminary tests were carried out in COMSOL on the transfer of heat in solids and fluids; and 5 preliminary tests in Ansys. The complete initial exchanger geometries were done first in SolidWorks and then in Inventor; however, the final geometry was generated and simulated in the Ansys program. The phase change could not be simulated in COMSOL, which is why it was decided to change the program to Ansys where all the preliminary tests were successful. The final heat exchanger simulation lasted 4 hours and a water outlet temperature of 314 K and a final liquid fraction of the phase change material of 0.0586 were obtained. Convergence of energy, velocity, and continuity curves is achieved after 2400 seconds with a residual value of 1x10-3 or less.
Description: La energía solar es una de las alternativas energéticas más empleadas, sin embargo, el problema de su implementación es la intermitencia entre sus períodos de disponibilidad. Por lo que el almacenamiento de energía es un aspecto clave para su aplicación. Existen tres principales tipos de almacenamiento de energía térmica: por calor sensible, termoquímico o por calor latente, este último involucra el cambio de fase del material. Los sistemas con cambio de fase se pueden estudiar con la dinámica de fluidos computacional (CFD) que emplea métodos numéricos para la resolución de estos problemas. Los programas para realizar simulaciones CFD son Ansys y COMSOL con interfaces gráficas amigables y versiones estudiantiles gratis y OpenFoam con versión gratuita, pero sin interfaz gráfica. Se realizaron 5 pruebas preliminares en COMSOL analizando la transferencia de calor en sólidos y fluidos; y 5 pruebas preliminares en Ansys. Las geometrías se realizaron primero en SolidWorks y en Inventor; sin embargo, la geometría definitiva se generó y se simuló en el programa Ansys. El cambio de fase no fue posible simular en COMSOL razón por la cual se decidió cambiar de programa a Ansys donde todas las pruebas preliminares resultaron exitosas. La simulación del intercambiador de calor definitivo duró 4 horas y se obtuvo una temperatura de salida del agua de 314 K y una fracción líquida final del material de cambio de fase de 0,0586. Las curvas de energía, velocidad y continuidad llegan a converger después de 2400 segundos con un valor de residuales de 1x10-3 o inferiores.
URI: http://bibdigital.epn.edu.ec/handle/15000/23769
Type: bachelorThesis
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