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Título: Simulación de un intercambiador de calor para almacenamiento de energía térmica mediante el uso de materiales de cambio de fase : Simulación de un intercambiador de calor de tubos y coraza para el almacenamiento de energía térmica de alta temperatura.
Autor: Zapata Yanez, María Salomé
Director: Riofrío Almeida, María Cristina
Palabras clave: DINÁMICA DE FLUIDOS
INTERCAMBIADOR DE CALOR
MATERIALES DE CAMBIO DE FASE
TEMEPRATURA ALTA
Fecha de publicación: 27-sep-2023
Editorial: Quito : EPN, 2023.
Citación: Zapata Yanez, M.S.(2023).Simulación de un intercambiador de calor para almacenamiento de energía térmica mediante el uso de materiales de cambio de fase : Simulación de un intercambiador de calor de tubos y coraza para el almacenamiento de energía térmica de alta temperatura.48 páginas. Quito : EPN.
Resumen: Simulation has become a fundamental technique to reproduce and analyze behaviors without the need to bring them to reality. This is very useful in the engineering field. In the present work, the simulation of a shell and tube heat exchanger with potassium carbonate as phase change material (PCM) to store thermal energy from combustion gases (charge) with the objective of preheating air for the combustion process (discharge) was carried out, for which a computational fluid dynamics program was used, where ANSYS Fluent was selected as the simulation program through literature review and tests of use. Subsequently, the geometry of the heat exchanger was built based on the sizing performed in the curricular integration work presented by Quishpe (2022), the computational meshing was performed, the initial and boundary conditions were configured, and finally the simulation was started in the same program. The geometry of a shell and tube heat exchanger consisting of 24 tubes, 8 baffles and two passes through the shell was made, and an unstructured mesh consisting of 279233 nodes and a quality of 0.82 was obtained. With what was obtained in the unloading process a preheated air at 1203.2 K with a 75% phase change of solidification in 8 h. It was also determined that if the mass flow of the air is increased to triple the original value, a phase change of 88% of the PCM is obtained. For the loading process, a 99.7% melting phase change was obtained in 16 h, with a power yield of 35.80 kW. It was also determined that for the charging process the heat exchange time could be reduced to 12 h without significantly affecting the phase change. Both processes obtained residual values that make the simulation reliable. Experimental tests are recommended to verify the results.
Descripción: La simulación se ha convertido en una técnica fundamental para reproducir y analizar comportamientos sin necesidad de llevarlos a la realidad. Esto resulta muy útil dentro del campo de la ingeniería. En el presente trabajo se realizó la simulación de un intercambiador de calor de tubos y coraza con carbonato de potasio como material de cambio de fase (PCM) para almacenar energía térmica producto de gases de combustión (carga) con el objetivo de precalentar aire para el proceso de combustión (descarga), para lo cual se utilizó un programa de dinámica de fluidos computacional, en donde mediante revisión bibliográfica y pruebas de uso se seleccionó ANSYS Fluent como programa de simulación. Posteriormente, se construyó la geometría del intercambiador de calor la cual se basó en el dimensionamiento realizado en el trabajo de integración curricular presentado por Quishpe (2022), se realizó el mallado computacional, se configuraron las condiciones iniciales y de borde, finalmente se inició la simulación en el mismo programa. Se realizó la geometría de un intercambiador de calor de tubos y coraza que consta de 24 tubos, 8 deflectores y dos pasos por la coraza, así también se obtuvo una malla no estructurada que consta de 279233 nodos y una calidad de 0,82. Con lo que se obtuvo en el proceso de descarga un aire precalentado a 1203,2 K con un 75% de cambio de fase de solidificación en 8 h así también se determinó que si el flujo másico del aire se incrementa al triple del valor original, se obtiene un cambio de fase del PCM del 88%. Para el proceso de carga se obtuvo en 16 h un 99,7% de cambio de fase de fusión, con una potencia cedida de 35,80 kW. Se determinó así también que para el proceso de carga se podría reducir el tiempo de intercambio de calor a 12 h sin afectar de manera significativa el cambio de fase. Ambos procesos obtuvieron valores residuales que hacen de la simulación confiable. Se recomienda realizar pruebas experimentales para realizar la comprobación de resultados.
URI: http://bibdigital.epn.edu.ec/handle/15000/24852
Tipo: Trabajo de Integración Curricular
Aparece en las colecciones:TIC - Química

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