Diseño de un sistema de acumulación térmica y controladores para aplicaciones de calefacción con termas solares, en la región altoandina - Puno

Abstract

La presente investigación tiene como objetivo diseñar un acumulador térmico controlado usando PCM para aplicación en sistemas de calefacción de ambientes en la región Puno. Esta investigación nace a partir de la necesidad de implementar dispositivos que almacenen energía térmica obtenida por colectores o termas solares, que puedan transferir calor hacia un sistema de calefacción y que sean capaces de liberar ese calor almacenado durante la noche. Se ha diseñado un tanque acumulador que contiene PCM en su interior con el que se logra obtener autonomía de operación del sistema de calefacción. Se ha utilizado la herramienta SIMULINK de Matlab para la obtención y comparación de resultados, para ello se ha modelado matemáticamente y obtenido las funciones de transferencia del sistema de calefacción usando el diseño de un tanque con PCM y otro con agua. Los resultados son: el tanque con PCM tarda 3h para llegar a la Temperatura de operación frente a 1h del tanque con agua. Durante el periodo de operación, para una Temperatura menor a 90°C del fluido caloportador el tanque con PCM requiere regulación de variables para así mantener la temperatura de confort. Durante la etapa de enfriamiento, el tanque con agua logra mantener la temperatura de confort solo por un tiempo de 38 min, mientras que el tanque con PCM por de 5 horas y 40 min. El controlador PID diseñado para la etapa de operación logra mantener la temperatura de confort en 21°C a través de la regulación de caudal del fluido calefactor y la potencia del calefactor eléctrico. Finalmente, se concluye que, el diseño del tanque acumulador usando PCM y controlando sus parámetros de operación permite su aplicación en sistemas de calefacción de ambientes en la región Puno.