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 o efeito, é necessário um dispositivo de armazenamento de energia térmica, conhecido como reservatório-tampão.
O depósito estratificado funciona armazenando água fria e quente (retorno) num único depósito. Durante o carregamento, a água refrigerada é bombeada para a secção inferior do reservatório através das redes ligadas ao reservatório, enquanto uma quantidade igual de água quente é extraída da secção superior. Durante a descarga, a água refrigerada é extraída do fundo, enquanto uma quantidade igual de água quente é enchida a partir do topo. Durante as operações de carga e descarga, ocorre um fenómeno natural conhecido como estratificação térmica , o que significa que 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 gradualmente 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 tanque tampão. Quanto mais eficiente for o tanque tampão, 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 que o fluxo laminar evite 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. Eis as principais etapas do cálculo:
- Balanço energético do depósito de armazenamento: Em primeiro lugar, é necessário 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 reservatório e os ganhos ou perdas de energia dos permutadores de calor no interior do reservatório.
- Perda de calor: A perda de calor do depósito de armazenamento deve ser calculada em função da sua conceção, do isolamento e da 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 de água que circula no circuito: Para ter em conta as alterações de temperatura da água que sai do cilindro, é necessário conhecer o caudal de água que circula no circuito. Este caudal pode ser influenciado por muitos factores, 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 for 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 tendências de temperatura.
Em função destes diferentes factores e da dinâmica do circuito de água, pode ser efectuada uma modelização matemática para calcular a variação da temperatura ao longo do tempo. Esta modelização pode ser complexa, exigindo equações diferenciais para ter em conta todas as variáveis e fenómenos físicos envolvidos.
