Malgutasun energetikoa energia berde baterako trantsizioaren giltzarri bihurtu da. Energia termikoak kontsumo industrialaren % 50 baino gehiago hartzen duenez eta energia-iturri berriztagarriek kudeagarritasun-arazoak sortzen dituztenez, biltegiratze termikoko sistema industrialak irtenbide errentagarri eta etorkizun handikoak dira behar hori asetzeko.

Energia termikoa ohe trinkotuetan biltegiratzea finkatutako teknologia bat da, energia kantitate esanguratsuak modu errentagarrian biltegiratzeko duen gaitasunagatik ezaguna, material merke eta zabalari esker. Hala ere, askotan zalantzan jartzen da sistema horien epe luzerako bideragarritasuna, haien bizitza baliagarriak sortzen duen kezkagatik. Diseinu arretatsurik gabe, ziklo termiko errepikatuek tentsio mekanikoak eragin ditzakete, eta horrek materialaren akatsa edo andelaren haustura eragin dezake; batzuetan, aurreikusitakoa baino askoz lehenago gertatzen da hori.

Erronka horri aurre egiteko, CIC energiGUNEk zenbakizko tresna aurreratuak garatu eta baliozkotu ditu esperimentalki, printzipio termikoak, mekanikoak eta mugimendukoak barne hartzen dituztenak. Diseinu-tresna horiek biltegiratze-materialaren portaera termikoa eta mekanikoa doitasunez modelatu eta iragartzeko gai dira, bai eta tangarekin duten interakzioa ere, sistemaren balio-bizitza osoan, eta funtsezko eginkizuna betetzen dute teknologia horren lehiakortasuna hobetzeko.

Arazoa

Karga termikoko prozesuan, biltegiratze-andela eta betelan-partikulak dagozkien espantsio termikoko koefizienteen arabera hedatzen dira. Depositua betegarria baino gehiago hedatzen denean, baoak sor daitezke ohe trinkotuaren barruan, eta partikula batzuk beherantz mugiarazten dira goiko geruzen pisuaren azpian. Deskarga-prozesuan sistema hozten denean, andela uzkurtu egiten da, eta jatorrizko neurrira itzultzen saiatzen da. Hala ere, uzkurdura hori oztopatu egiten du berotzean sortutako partikulen antolaera trinkoagoak. Desoreka horrek tentsio gehigarriak eragiten ditu tangaren hormetan eta partikulen artean, berrantolaketaren eta marruskaduraren ondorioz.

Partikulen pisuaren eta marruskaduraren efektu konbinatuak handiak badira, litekeena da deposituak jatorrizko neurriak guztiz ez berreskuratzea, eta hondar-tentsioak uztea bai partikuletan bai andelaren hormetan, baita giro-tenperaturan ere. Tentsio mekaniko horiek ez dira konstanteak: hurrengo berotze-zikloetan desagertzen dira, baina berriro ager eta areagotu daitezke, partikulak denboraren poderioz sortu berri diren hutsuneetan metatzen jarraitzen badute. Tentsioen metaketa zikliko horrek diseinu sendoaren garrantzia azpimarratzen du, sistemaren iraunkortasuna eta bizitza-luzetasuna bermatzeko.

Prozesu termikoen geldotasuna dela eta, ezinbestekoa da zenbakizko erremintak egitea, betelaneko materialaren portaera doitasunez modelatu eta iragartzeko eta biltegiratze-tangaren paretekin duten interakzioa iragartzeko. Hala ere, arazo konplexu hori konpontzeko, beharrezkoa da lege termikoak, mekanikoak eta mugimendukoak integratzea, eta, horren ondorioz, prozesua oso zorrotza da konputazioaren ikuspegitik. Kalkuluak sinplifikatzeko, askotan hainbat suposizio egin behar dira. Zoritxarrez, suposizio horiek baliozkotzeko datu esperimentalik ez izateak emaitzen fidagarritasuna ahultzen du, eta horrek hutsune kritiko bat sortzen du, eta hutsune hori bete egin behar da teknologia aurreratzeko.

Soluzioa

Arazo hori konpontzeko, CIC energiGUNEko ikertzaileek material betegarriaren propietateen karakterizazio zehatza egiten hasi ziren, eta zenbakizko eredu multifisiko berritzaile eta oso zehatz bat garatu zuten. Eredu honek dinamika termikoa, mekanikoa eta mugimendukoa integratzen ditu, Elementu Diskretuen Metodoaren (DEM) eta Fluido Konputazionalen Dinamikaren (CFD) ikuspegiak konbinatuz. Eskaera konputazionalak minimizatzeko, kasu espezifikoak aplikatu ziren, bakoitza arreta handiz baliozkotua AZTERLAN Ikerketa Metalurgikoko Zentroarekin lankidetzan, ikuspegi esperimental berritzaile baten bidez. Eskala txikiko prototipo bat eraiki zen, eta materialaren mugimendua gainbegiratu zen X izpien tomografia konputerizatuko teknika aurreratuen bidez. Horrek ereduaren zehaztasuna eta fidagarritasuna bermatu zituen.

Materialaren mugimendua eta lotutako tentsioak zorrotz kontrolatu ziren 520 ziklo termikotan zehar. Datu esperimental horietatik abiatuta, eredua doitu egin zen % 95etik gorako zehaztasun aparta lortzeko. Tresna aurreratu horrekin, orain posible da sistemaren zati bakoitzeko tentsio mekanikoak fidagarritasunez aurreikustea, bere bizi-ziklo osoan zehar. Gaitasun horrek diseinu guztiz optimizatua ahalbidetzen du, biltegiratze-sistemaren errendimendu, iraunkortasun eta fidagarritasun handiena bermatuz.

Ereduaren gaitasunak laster frogatuko dira kasu erreal batean. LIFE HI4S proiektuaren esparruan, hondar-beroa berreskuratzeko instalazio pilotu bat eraiki da ArcelorMittalen, eta ohe trinkoan biltegiratzeko 1 MWh-ko sistema bat du, deformazioak kontrolatzeko sistema batekin hornitua. Aurreikuspenen arabera, datozen asteetan jarriko da martxan planta pilotua, eta emaitzei esker, ereduaren eraginkortasuna baliozkotu ahal izango da benetako funtzionamendu-baldintzetan.


CIC energiGUNEn, oso konprometituta gaude abangoardiako energia termikoa biltegiratzeko materialen eta sistemen ikerketarekin eta garapenarekin, industriaren eskaera aldakorrei erantzuteko egokituta. Sistemen Ingeniaritzako gure taldea aitzindaria da oraindik metodologia berritzaileetan eta sistema horien errendimendua, fidagarritasuna eta eraginkortasuna hobetzeko zenbakizko tresnak hobetzen. Berrikuntza zientifikoaren mugak bultzatuz, ezagutza eta tresna aurreratuak eskaini nahi ditugu, energia berderako trantsizioa bizkortzeko eta etorkizun iraunkorrago bat eraikitzeko funtsezko zeregina beteko dutenak.

EgileaDaniel Bielsa, CIC energiGUNEko biltegiratze termikoko Teknologia koordinatzailea.

Cookies on this website are used to personalize content and advertisements, provide social media features, and analyze traffic. You can get more information and configure your preferences HERE