Aprovechamiento del Excedente de Energía Renovable: Almacenamiento Térmico Asistido por Bomba de Calor con Materiales de Cambio de Fase Mejorados con Nanopartículas
Director del proyecto
Dr. Diego Vasco, académico e investigador del Departamento de Ingeniería Mecánica Usach.
Contexto
El aumento en la generación de energía solar y eólica ha abierto nuevas oportunidades para transitar hacia una matriz energética más limpia. Sin embargo, estas fuentes presentan una gran desventaja, su intermitencia, lo que significa que la energía generada no siempre coincide con la demanda de consumo. En paralelo, edificaciones e industrias consumen gran parte de su energía en calefacción y refrigeración. Frente a este escenario, surge la necesidad de contar con sistemas de almacenamiento térmico eficientes que permitan conservar el exceso de energía renovable y utilizarla cuando realmente se necesite.
Problema
Actualmente, las soluciones de almacenamiento energético disponibles tienen importantes limitaciones. Los sistemas basados en agua (almacenamiento sensible) son económicos pero de baja capacidad energética, mientras que las baterías eléctricas permiten almacenar más energía, pero a un alto costo. Además, los sistemas tradicionales requieren grandes volúmenes para almacenar calor, lo que limita su implementación en espacios reducidos o en edificaciones convencionales.
Solución
Este proyecto propone un sistema de almacenamiento térmico de energía que combina tres elementos principales: generación fotovoltaica como fuente renovable, una bomba de calor que transforma esa energía en frío o calor, y tanques de almacenamiento con materiales de cambio de fase mejorados con nanopartículas (NePCMs), que permiten guardar energía térmica de forma eficiente y en volúmenes reducidos. Estos materiales cambian de estado (sólido-líquido) a temperaturas específicas, lo que permite almacenar calor o frío durante más tiempo y liberarlo cuando el usuario lo necesite, asegurando un suministro constante y eficiente.
Objetivos
1. Seleccionar y caracterizar materiales de cambio de fase adecuados, mejorándolos mediante la incorporación de nanopartículas para aumentar su capacidad térmica.
2. Diseñar e implementar tanques de almacenamiento eficientes, con intercambiadores de calor integrados.
3. Integrar el sistema completo (generación solar, bomba de calor y almacenamiento) y probarlo en un entorno real.
4. Identificar actores del mundo productivo y social que puedan beneficiarse de la implementación de esta tecnología.
5. Generar un entorno experimental que permita la formación de estudiantes, la realización de ensayos y el desarrollo de nuevas soluciones energéticas desde la academia.
Beneficios
El proyecto busca ofrecer una solución energética sostenible y accesible que permita aprovechar mejor los excedentes de energía renovable, especialmente en sectores donde el uso de calefacción y refrigeración representa un alto consumo. Al utilizar almacenamiento térmico en forma de calor latente, se logra reducir los costos en comparación con baterías eléctricas, manteniendo un alto rendimiento energético en menor volumen. Esto lo hace especialmente atractivo para edificaciones, hospitales e industrias como la alimentaria, donde los requerimientos térmicos son constantes. Además, la posibilidad de implementar esta solución en contextos reales permitirá avanzar en la reducción de la pobreza energética, disminuir la dependencia de combustibles fósiles, y fomentar el uso eficiente de la energía. A nivel formativo, el sistema tendrá un valor docente y experimental para estudiantes de ingeniería, incentivando el desarrollo de nuevas ideas y tecnologías desde la universidad hacia la sociedad.
