Análisis de factibilidad técnica de sistemas solares térmicos de gran envergadura en base a bombas de calor asistidas por radiación directa (SST PT)

Abstract

Gran cantidad de energía es utilizada para la producción de agua caliente y para calefacción. Es común que esta energía provenga de fuentes contaminantes como carbón, leña o combustibles fósiles; tanto de consumo domiciliario, como comercial. Dichas tecnologías poseen una gran huella de carbono, lo cual sumado al cambio climático hace necesario evaluar otras fuentes de energía para la producción de calor; como lo es la energía solar. Existe una tecnología que utiliza el calor del sol en forma de paneles solares termodinámicos (PST), que funcionan bajo el principio de bombas de calor de expansión súbita y los cuales son ampliamente utilizados para la producción de agua caliente de uso sanitario y calefacción en recintos domiciliarios. Este trabajo busca contribuir a esta tecnología realizando un estudio de sistemas PST a gran escala con el fin de ser implementado a nivel industrial. El objetivo general de este trabajo es evaluar la factibilidad técnica de bombas de calor asistidas por radiación solar empleando más de 40 paneles solares termodinámicos en el circuito primario, para la producción de Agua Caliente Sanitaria (ACS) y Agua Caliente para Calefacción (ACC); generando una metodología de análisis de sistemas de gran tamaño. Los objetivos específicos son evaluar el estado del arte de la tecnología PST, sus componentes y aplicaciones; desarrollar una metodología de cálculo y análisis de sistemas diseñados y desarrollar ingenierías conceptuales con P&ID, Lay-out y planos de detalles principales; y aplicar metodologías desarrolladas a 5 casos de estudio. La metodología para desarrollar los objetivos específicos se basa en: Evaluar el estado del arte de los PST; Desarrollar una metodología de diseño y análisis de acuerdo con la literatura; aplicar la metodología desarrollada a 5 casos de estudio seleccionados. Los principales resultados del trabajo se centran en 4 partes: Condiciones de operación; diseño a gran escala, en forma de diámetros de tuberías y distribución de PST; calor disponible; y coeficiente de rendimiento de los casos estudiados. En conclusión, se encontró una clara relación entre el tamaño del sistema y el coeficiente de rendimiento. A medida que se aumenta el tamaño el sistema reduce el coeficiente de rendimiento debido a las pérdidas de carga acumulativas, al punto que es más factible considerar dos sistemas de menor tamaño que un sistema de mayor tamaño (considerando el mismo calor total disponible) debido al tamaño de las pérdidas.