El 40% del consumo total de energía en Europa se produce en los edificios, por lo que reducir dicho consumo cobra una importancia cada vez mayor. La integración de las energías renovables en el abastecimiento energético de los edificios es un paso para avanzar hacia este objetivo. El grupo de investigación de la UPV/EHU ENEDI ha desarrollado un dispositivo modular basado en parafinas que permite el almacenamiento de energía térmica reduciendo el volumen total del sistema en un 50% con respecto al almacenamiento con agua, tradicionalmente utilizado en edificación.
El almacenamiento de energía térmica es una estrategia habitual de los sistemas de producción de energía en los que el periodo de producción y consumo de esta no coinciden. Ocurre, por ejemplo, en la producción de agua caliente mediante paneles solares térmicos, donde el agua caliente se produce durante las horas de sol, en las que su demanda es menor, y también en los casos de cogeneración residencial, donde el calor y la electricidad se generan simultáneamente, pero no así la demanda. En ambos casos, el almacenamiento del calor permite desvincular la producción de la demanda, flexibilizando la integración de dichas tecnologías en los edificios, donde es habitual que los periodos de producción de energía no coincidan con los de su consumo.
Tradicionalmente se han empleado tanques de agua para almacenar el calor. «Funcionan bien -explica Álvaro Campos, investigador del proyecto-, y el agua es muy barata, pero se requieren grandes volúmenes para conseguir un almacenamiento significativo de calor, lo que limita su integración en las viviendas, donde la disponibilidad de espacio es muy reducida».
El grupo de investigación de la UPV/EHU ENEDI ha desarrollado un prototipo con un % 50 menos de volumen y más flexible en su diseño, con forma prismática, fácil de integrar en edificios y con un óptimo uso del espacio. Su naturaleza modular permite, además, variar el diseño con facilidad.
El sistema se basa en el empleo del calor latente del cambio de fase sólido-líquido de unos materiales conocidos como PCMs (Phase Change Materials). «Estos materiales tienen la capacidad de que cuando los calentamos, llegados a su temperatura de cambio de fase, empiezan a cambiar de estado, y posibilitan, manteniendo la temperatura prácticamente constante, almacenar una cantidad de energía muy elevada; así, conseguimos mucha más densidad energética, con menores pérdidas de calor al ambiente», explica Campos.
El dispositivo utiliza una parafina comercial que se funde en torno a 60 ºC, «muy estable y con una larga vida útil», precisa Campos. La parafina se encapsula en el interior de placas de aluminio, que se disponen formando canales entre ellas. El proceso de carga y descarga térmica se realiza haciendo circular agua a través de dichos canales, con lo que el agua caliente cede calor a las placas durante el proceso de carga, fundiendo el material encapsulado, y, a la inversa, se hace circular agua fría por los canales, de manera que se recupera el calor almacenado y se solidifica la parafina. La propuesta de Campos resuelve uno de los problemas que presentan los PCMs, que, debido a su baja conductividad térmica, suelen necesitar periodos muy largos para ceder el calor acumulado. «Nuestro diseño se basa en placas metálicas muy finas, que permiten extraer el calor con una velocidad similar a la de los tanques de agua», concluye.
Según Campos, uno de los mayores atractivos del sistema radica en su naturaleza compacta y modular. Los tanques de agua deben ser cilíndricos y esbeltos (delgados y altos) para que su funcionamiento sea óptimo. «Nosotros podemos conseguir formas mucho más compactas, prismáticas, integrables en cualquier esquina, incluso dentro de un falso techo», comenta. «Todo ello hace que nuestra propuesta sea más que una alternativa al tanque de agua, ya que ofrece la posibilidad de instalar un dispositivo de almacenamiento de energía térmica en lugares y en aplicaciones donde antes, por falta de espacio, no era viable la instalación de un tanque de agua», añade Campos.
Actualmente se está trabajando en la fabricación de un prototipo a escala real que se integrará en la instalación experimental del Laboratorio de Control de Calidad en la Edificación (LCCE) del Gobierno Vasco, «para estudiar cómo responde el equipo bajo condiciones de operación real».
Campos se muestra optimista sobre la competitividad del dispositivo: «Tenemos algo que puede ofrecer las suficientes ventajas técnicas para que, independientemente del precio final, sea una propuesta atractiva». El grupo trabaja ya con otros posibles PCMs que permitan una mayor capacidad de almacenamiento y tengan un menor coste; entre otros, con ácidos grasos y otros materiales orgánicos.
Información complementaria
Alvaro Campos Celador es doctor en Ingeniería, investigador y profesor de la Universidad del País Vasco-Euskal Herriko Unibertsitatea y miembro del grupo de investigación consolidado ENEDI (Energética en la edificación) de dicha universidad. Dirige el equipo Jose María Sala Lizarraga, catedrático de Termodinámica del Departamento de Máquinas y Motores Térmicos de la UPV/EHU en la Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Bilbao. La investigación se ha llevado a cabo, principalmente, en la Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica de Minas y de Obras Públicas de la UPV/EHU y en el Laboratorio de Control de Calidad en la Edificación del Gobierno Vasco, cuya Área Térmica gestiona en la actualidad el propio grupo ENEDI. Dicha investigación se inscribe dentro del proyecto microTES (ENE2012-38633-C03), en el que también participan la Universidad de Oviedo y la Universidad de la Rioja.
Referencias bibliográficas
1. A. Campos-Celador, G. Diarce, J. Terés-Zubiaga, T. Bandos, A. García-Romero, L.M. López, J.M. Sala, Design of a Finned Plate Latent Heat Thermal Energy Storage System for Domestic Applications, Energy Procedia, 48 (2014) 300-308
2. Campos-Celador, G. Diarce, I. González-Pino, J.M. Sala, Development and comparative analysis of the modeling of an innovative finned-plate latent heat thermal energy storage system, Energy 58 (2013) 438-447.
Patentes
Fruto de esta investigación, hay actualmente una patente internacional en tramitación: Conjunto de almacenamiento térmico latente, de tipo modular (WO 2014016456 A1)
Inventores: ÁLVARO CAMPOS CELADOR, JOSÉ MARÍA SALA LIZARRAGA, LUIS ALFONSO DEL PORTILLO VALDÉS. http://www.google.com/patents/WO2014016456A1?cl=es
