Diseño y Análisis de Componentes de un sistema de almacenamiento de energía termoquímico basado en Calcium looping

Abstract

El objetivo de este proyecto fin de máster consiste en avanzar en nuevos métodos para el almacenamiento de energía termoquímica, con el propósito de contribuir también a la integración de energías renovables en la industria. Este trabajo se ha desarrollado en el periodo 2024-2025, un tiempo en el que es muy importante buscar soluciones y mejoras de procesos que pueden estar ya diseñados o necesiten ser diseñados para solucionar algunos problemas, siempre con el objetivo de maximizar su rendimiento y eficiencia. El sistema bajo estudio se enmarca en la línea de investigación en el grupo de máquinas y motores térmicos de la universidad de Sevilla, basándose en el diseño de un prototipo y sistemas auxiliares así como el estudio de condiciones que son necesarios para un proyecto en el que se almacena energía a través de un reactor con dos reacciones reversibles sobre el carbonato cálcico, calcinación y carbonatación. En este proceso se almacena energía al formarse los enlaces químicos en la calcinación y se libera al romperse el carbonato cálcico en la carbonatación. Este trabajo ha abordado una serie de diseños mecánicos de sistemas del prototipo y elementos auxiliares del sistema. Para llevarlos a cabo, se ha contado con la ayuda de programas que facilitan el trabajo de diseño y análisis de estos, entre ellos ANSYS, FUSION 360, SOLID EDGE y PYTHON. Con estas herramientas, se han realizado diferentes prediseños y se han llevado a cabo simulaciones numéricas para identificar diversos aspectos mecánicos, térmicos y fluidodinámicos que son interesantes comentar para su posterior implementación en el proyecto.

The objective of this master's thesis is to advance in new methods for the storage of thermochemical energy, with the purpose of also contributing to the integration of renewable energies in industry. This work has been conducted in the period 2024-2025, a time in which it is especially important to look for solutions and improvements to processes that may already be designed or need to be designed to solve some problems, always with the aim of maximizing their performance and efficiency. The system under study is part of the line of research in the group of thermal machines and engines of the University of Seville, based on the design of a prototype and auxiliary systems as well as the study of conditions that are necessary for a project in which energy is stored through a reactor with two reversible reactions on calcium carbonate. calcination and carbonation. In this process, energy is stored when chemical bonds are formed in calcination and released when calcium carbonate is broken in carbonation. This work has addressed a series of mechanical designs of prototype systems and auxiliary elements of the system. To carry them out, they have had the help of programs that facilitate the design and analysis work of these, including ANSYS, FUSION 360, SOLID EDGE and PYTHON. With these tools, different pre-designs have been carried out and numerical simulations have been carried out to identify various mechanical, thermal and fluid-dynamic aspects that are interesting to comment on for their subsequent implementation in the project.