Estudo de armazenamento térmico
EOLIOS optimiza os depósitos de armazenamento térmico:
- Conceção, análise, otimização
- Distribuição da temperatura
- Espessura da termoclina
- Estudo da compartimentação
- Estudo de transição
- Otimização energética
- Otimizar as bombas de calor
- Cálculo das perdas de carga
- Fluxo laminar
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Estudo do reservatório térmico
Armazenamento térmico através de um depósito tampão
Um reservatório de acumulação é uma tecnologia amplamente comprovada para armazenar o excesso de energia térmica (quente ou fria) durante as horas de vazio.
Este tipo de reservatório térmico pode ser combinado com sistemas de arrefecimento (bombas de calor) para utilizar esta energia armazenada nas horas de ponta, minimizando assim os custos de consumo e atenuando os picos de procura.
Como funciona
Armazenamento térmico de água
No caso de um sistema de armazenamento de água refrigerada, o sistema armazena energia térmica sob a forma de água refrigerada.
Para tal, é necessário um dispositivo de armazenamento de energia térmica conhecido como depósito de compensação.
O depósito de armazenamento estratificado funciona armazenando água refrigerada e água quente (de retorno) num único depósito.
Durante a carga, a água refrigerada é bombeada para a secção inferior do depósito através das redes ligadas ao depósito de armazenamento, enquanto uma quantidade igual de água quente é extraída da secção superior.
Durante a descarga, a água refrigerada é extraída da parte inferior, enquanto uma quantidade igual de água quente é reabastecida a partir da parte superior.
Durante as operações de carga e descarga, ocorre um fenómeno natural chamado estratificação térmica, ou seja, a água quente (baixa densidade) permanece no topo enquanto a água fria (alta densidade) se deposita no fundo do tanque.
Armazenamento térmico ao longo do tempo
Como otimizar um depósito de armazenamento térmico?
Otimização da altura da termoclina
Como resultado da estratificação térmica, forma-se uma região de transição (gradiente de temperatura) chamada termoclina entre as regiões quente e fria, com uma temperatura entre o fornecimento de água refrigerada e o retorno de água refrigerada.
Esta zona quente tem pouco valor energético.
A termoclina move-se progressivamente para cima e para baixo durante a carga e para cima e para baixo durante a descarga.
A espessura da termoclina representa a ineficiência do depósito de compensação. Quanto mais eficiente for o depósito de compensação, mais fina será a termoclina.
O desempenho do tanque-tampão depende apenas da estratificação térmica, que é influenciada por estes factores:
- Perda de temperatura no ambiente devido à condução.
(Isolamento incorreto) - Conceção do depósito. (Altura e diâmetro conforme necessário – para uma melhor estratificação)
- Conceção da entrada e da saída do difusor.
(Isto permite um fluxo laminar para evitar a mistura de regiões de fluido, promovendo assim a estratificação) - Implementação da compartimentação física e seleção de difusores específicos para promover o fluxo laminar.
Otimização através de simulação CFD
A EOLIOS ajuda-te a conceber os teus tanques de armazenamento através da simulação da dinâmica de fluidos computacional (CFD).
- A distribuição da temperatura do tanque pode ser mapeada.
- Previsão da espessura da termoclina, que pode ser optimizada com simulações de ensaios.
- Conceção, análise e otimização de balões
- Visualização da física do fluxo de fluido através do tanque tampão
- Conceção e otimização do número de compartimentos,
- A temperatura, a velocidade e a pressão em qualquer ponto do tanque podem ser previstas a qualquer momento durante o processo.
- A partir de uma determinada condição de projeto, podem ser retiradas outras observações e conclusões.
Simulação CFD de um reservatório térmico de água
Estudo da evolução da temperatura do circuito de água
Vários fenómenos físicos têm de ser tidos em conta ao calcular a evolução da temperatura de um circuito de água à saída de um depósito de armazenamento térmico.
Aqui estão os principais passos do cálculo:
- Balanço energético do depósito de armazenamento: O primeiro passo é efetuar um balanço energético do depósito de armazenamento para determinar a energia trocada entre a água e o depósito.
Este balanço tem geralmente em conta a capacidade térmica da água, as perdas de calor do depósito e os ganhos ou perdas de energia dos permutadores de calor no interior do depósito.
- Perdas de calor: As perdas de calor do depósito de armazenamento devem ser calculadas de acordo com a sua conceção, isolamento e diferença de temperatura entre o interior e o exterior do depósito.
Estas perdas podem variar consoante a superfície de permuta de calor, a condutividade térmica do material e outras condições ambientais.
- Caudal da água que circula no circuito: Para ter em conta as alterações na temperatura da água que sai do reservatório, é necessário conhecer o caudal da água que circula no circuito.
Este caudal pode ser influenciado por vários factores, tais como a potência do permutador de calor, a diferença de temperatura entre a água de entrada e de saída e a resistência hidráulica do circuito.
- Troca de calor com o ambiente : À medida que a água circula através do circuito, também pode perder ou ganhar energia térmica, dependendo das condições ambientais.
Por exemplo, se o circuito de água estiver exposto a um fluxo de ar frio, a água pode arrefecer mais rapidamente.
A troca de calor com o ambiente deve, por conseguinte, ser tida em conta no cálculo das variações de temperatura.
Dependendo destes diferentes factores e da dinâmica do circuito de água, pode ser efectuada uma modelação matemática para calcular a variação da temperatura ao longo do tempo.
Esta modelação pode ser complexa, exigindo equações diferenciais para ter em conta todas as variáveis e fenómenos físicos envolvidos.
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