Sistema de medida de la resistencia térmica de termosifones de hasta 10kW

Resumen: El almacenamiento energético es un desafío fundamental en la actualidad, ya que resulta imprescindible para incrementar la penetración de fuentes de energía renovable en las redes eléctricas. En este contexto, se propone el concepto de una batería basada en el calor latente de silicio, desarrollada en el Instituto de Energía Solar, que presenta dos ventajas clave: una alta densidad energética en términos de kilovatios-hora por unidad de volumen, y el uso de un material abundante y económico como el silicio. La batería se configura como un sistema híbrido que genera electricidad mediante células termofotovoltaicas y aprovecha el calor residual. Es esencial extraer el calor de la batería, el cual alcanza temperaturas de hasta 1200 ºC, y transferirlo a un intercambiador de calor de baja o media temperatura. Para cumplir con este requisito, el diseño actual de la batería incorpora termosifones, que son dispositivos especialmente diseñados para facilitar la transferencia de calor. El presente proyecto fin de grado (PFG) se centra en la caracterización de la resistencia térmica de termosifones con capacidad de hasta 10 kW. La resistencia térmica es un parámetro crucial para evaluar el desempeño y la eficiencia de los termosifones en la extracción y transferencia de calor. La medición de dicha resistencia se llevará a cabo mediante un sistema de medida diseñado específicamente para este propósito. El sistema de medida consta de un baño de agua caliente en el que se introduce el evaporador del termosifón, mientras que un enfriador chiller se conectar al condensador del termosifón para extraer el calor. Un sistema de control regula la potencia calorífica aplicada entre 0 y 10 kW, y un conjunto de sensores y sistema de adquisición de datos miden las magnitudes de interés, principalmente la diferencia de temperatura entre la entrada y la salida del termosifón. Además, se emplea un caudalímetro para medir el flujo de fluido térmico que enfría el condensador. Mediante el análisis de los datos obtenidos, se determinará la resistencia térmica de los termosifones y se evaluará su desempeño en términos de transferencia de calor. En resumen, este proyecto se enfoca en generar un banco de pruebas para la caracterización de termosifones con el objetivo de comprender y mejorar su capacidad para extraer calor desde una batería basada en el calor latente de silicio. El sistema de medida utilizado permitirá obtener datos precisos sobre la resistencia térmica de los termosifones, lo cual contribuirá al desarrollo de sistemas de almacenamiento energético más eficientes y viables para aumentar la penetración de fuentes renovables en la red eléctrica. Abstract: Energy storage is a key challenge today that is essential to increase the penetration of renewable energy sources in electricity grids. In this context, the concept of a battery based on the latent heat of silicon, developed at the Solar Energy Institute, is proposed, which has two fundamental advantages: a high energy density in terms of kilowatt-hours per volume unit, and the use of an abundant and inexpensive material such as silicon. The battery is configured as a hybrid system that generates electricity through thermophotovoltaic cells and takes advantage of the residual heat. It is essential to extract the heat from the battery, which reaches temperatures of up to 1200 degrees Celsius, and transfer it to a low or medium heat exchanger. To meet this requirement, the current battery design incorporate a thermosiphon, a device specially designed to facilitate heat transfer. This Final Degree Project (PFG) focuses on the characterization of the thermal resistance of thermosiphons with a capacity of up to 10 kW. Thermal resistance is a crucial parameter for evaluating the performance and efficiency of thermosiphons in heat extraction and heat transfer. The measurement of thermal resistance shall be carried out by means of a measurement system specifically designed for this purpose. The measurement system consists of a hot water bath in which the thermosiphon evaporator is inserted, while a chiller is connected to the thermosiphon condenser to extract the heat. A control system regulates the heat power applied between 0 and 10 kW, and a set of sensors and a data acquisition system measure the magnitudes of interest, mainly the temperature difference between the thermosiphon inlet and outlet. In addition, a flow meter is used to measure the thermal fluid flow through the thermosiphons. By analyzing the data obtained, the thermal resistance of the thermosiphons will be determined and their performance in terms of heat transfer will be evaluated. In summary, this project focuses on generating a test bench for the characterization of thermosiphons with the aim of understanding and improving their ability to extract heat from a battery based on the latent heat of silicon. The measurement system used will provide accurate data on the thermal resistance of thermosiphons, which will contribute to the development of more efficient and viable energy storage systems to increase the penetration of renewable sources in the electricity grid.