Numerical simulation of combined heat transfer phenomena (conduction, convection, and radiation). Application to he optimisation of thermal systems

Thermal systems interchanging heat and mass by conduction, convection, radiation (solar and thermal ) occur in many engineering applications like energy storage by solar collectors, window glazing in buildings, refrigeration of plastic moulds, air handling units etc. Often these thermal systems are composed of various elements for example a building with wall, windows, rooms, etc. It would be of particular interest to have a modular thermal system which is formed by connecting different modules for the elements, flexibility to use and change models for individual elements, add or remove elements without changing the entire code. A numerical approach to handle the heat transfer and fluid flow in such systems helps in saving the full scale experiment time, cost and also aids optimisation of parameters of the system. In subsequent sections are presented a short summary of the work done until now on the orientation of the thesis in the field of numerical methods for heat transfer and fluid flow applications, the work in process and the future work.

Desconnexió de la xarxa

Treball de recerca realitzat per un alumne d'ensenyament secundari i guardonat amb un Premi CIRIT per fomentar l'esperit cientí­fic del Jovent l'any 2009. Aquest treball es planteja com un repte la necessitat de connexió a una xarxa de subministrament elèctric i d'aigua. L'objectiu del treball ha estat comprovar si, tan tècnicament com econòmica, es pot aconseguir l'autosuficiència d'una casa de muntanya del Vallès Oriental tot aprofitant els recursos que ens ofereix el medi, però sense haver de renunciar al nivell de vida al qual ens hem acostumat durant els darrers anys. Després d'una recollida de dades i valoració del consum energètic mínim que volem imposar, hem dissenyat una instal·lació capaç d'aprofitar les energies renovables de l'entorn i de satisfer les nostres necessitats. La instal·lació inclou plaques fotovoltaiques, col·lectors solars, cisternes per a la recollida d'aigua, bombes, etc. Finalment, s'inclou un pressupost d'aquesta instal·lació, que indica que els diners que caldria invertir són massa. Es demostra, doncs, que l'autosuficiència d'aquesta casa és tècnicament viable, però econòmicament inviable (o gens rendible).

Cap a l'autosuficiència energètica: barri La Plana, Sitges

En el present estudi s’ha analitzat si és possible l’autosuficiència energètica al barri projectat de La Plana de Sitges a partir de fonts renovables d’energia. S’ha realitzat un anàlisi de l’oferta potencial del barri de La Plana, format per habitatges unifamiliars i plurifamiliars, serveis i equipaments i s’ha comparat el potencial de producció energètica dels recursos renovables locals a cada subsistema i pel sistema de La Plana. Diferenciant si són una Oferta estàndard (4.000 MWh/a) seguint la Normativa d’ecoeficiència de Sitges o bé una Oferta renovable (19.000 MWh/a) segons un Ecobarri proposat en aquest projecte a partir d’energia solar fotovoltaica i tèrmica. En l’estudi de la demanda, diferenciant entre una Demanda estàndard (39.000 MWh/a), respon al total de La Plana seguint el consum d’un habitatge tipus de la mitjana catalana (ICAEN, 2002) i una Demanda eficient (20.800 MWh/a) seguint un model de baix consum projectat en un Ecobarri de Barcelona. (Vallbona, 2009). Per analitzar de forma detallada les variables d’oferta i demanda, s’han proposat quatre escenaris diferents on es valoren l’autosuficiència energètica del sistema de la Plana i aspectes ambientals d’emissions derivades de la utilització de l’energia. El primer escenari és l’estàndard i és el resultat d’analitzar conjuntament una oferta i una demanda estàndard. Al segon escenari conflueixen una Oferta Estàndard i una Demanda Eficient. En el tercer escenari coincideixen una Oferta Renovable i una Demanda Estàndard. El quart i últim escenari respon a la proposta d’Ecobarri on l’Oferta és renovable i la Demanda eficient. Tanmateix, s’ha realitzat un estudi sobre els aspectes econòmics de La Plana que s’estimen en uns beneficis per la venda de l’energia d’uns 5 milions d’euros anuals i uns costos d’instal·lació de 80 milions d’euros. Finalment s’ha constatat que és possible assolir una autosuficiència del 90% a l’escenari Ecobarri (oferta renovable - demanda eficient). Mitjançant la instal·lació de sistemes de captació solar a les cobertes, cobrint el 100% de la demanda d’ACS, i captadors solars FV, ambdues estratègies són viables i representen beneficis econòmics i una reducció d’emissions de l’ordre de 13.700 Tn CO2 equivalents anuals que suposen un estalvi del 88% respecte un escenari d’oferta i demanda estàndard.

Simulació numèrica de fenòmens de transferència de calor i dinàmics de fluids transitoris

The work carried out during the 4 year research activity can be barely classified in two main lines. On the one hand, a considerable effort is taken to address issues related with the verification of multi-dimensional and transient solutions that are obtained by numerical simulations. Within the studied cases, we can consider cases of piston-cylinder ows within geometries similar to those of hermetic reciprocating compressors.This issue is mentioned in Part I. On the other hand, numerical simulations of different phenomena have been performed. More emphasis has been given to the natural convection ow within enclosures. This is explained in Part II. The case extensively studied has been the natural convection ow. The natural convection ow within enclosures has attracted the attention of many researchers due to its potential to model numerous applications of engineering interest, such as cooling of electronic devices, air ow in buildings, heat transfer in solar collectors, among others. The natural convection studies corresponding to the parallelepipedic enclosures can be classified into two elementary classes: i) heating from a horizontal wall (heating from below); ii) heating from a vertical wall. The characteristic example of the former case is the Rayleigh-B_enard ow, however this research is on the cavities heated from the side. This configuration is referred commonly as the differentially heated cavity.

Proyecto de ejecución para las obras de concesión de dominio público para la reforma y adecuación de la central térmica y de la red de saneamiento en un hospital de 350 camas

El Hospital Punta de Europa en Algeciras (Cádiz), centro sanitario del Servicio Andaluz de Salud, desea optimizar la gestión de sus instalaciones de generación de energía térmica (vapor, agua caliente sanitaria y agua caliente de calefacción) y adecuarlas a la normativa vigente así como la sustitución de bajantes del edificio, para lo cual sacará a concurso público la licitación para la concesión de dominio público de dichas instalaciones. Para definir el alcance y condiciones de la citada concesión, el Hospital Punta de Europa (Algeciras) del Servicio Andaluz de Salud ha solicitado a Pedro Alonso Martín el estudio para la reforma y adecuación de las instalaciones productoras de energía térmica del citado Hospital. El objetivo principal de este trabajo es hacer un estudio, propuesta y valoración de las actuaciones necesarias para la reforma y mejora de la explotación de las instalaciones generadoras de energía térmica y de la red saneamiento interior del Hospital Punta de Europa de Algeciras (Cádiz). Las actuales instalaciones de generación térmica consumidoras de energía del hospital dentro del alcance de este Proyecto son: Generación de vapor (lavandería y esterilización). Producción de agua caliente sanitaria (ACS). Producción de agua caliente de calefacción. La mayoría de los equipos productores de energía datan del año 1975, por lo que en la mayoría de los casos se ha cumplido su plazo de amortización y periodo de vida útil. Se hace necesaria la instalación de gas natural, debido a que se tendrá que abastecer a todas las calderas de la central térmica. El diseño del sistema de producción de agua caliente sanitaria garantiza el máximo confort y economía del usuario, compatible con el máximo ahorro energético y la protección del medio ambiente, cubriendo las necesidades de agua caliente sanitaria mediante la combinación de un sistema de calderas a gas con los colectores solares.

Proyecto de ejecución para las obras de concesión de dominio público para la reforma y adecuación de la central térmica y de la red de saneamiento en un hospital de 350 camas

El Hospital Punta de Europa en Algeciras (Cádiz), centro sanitario del Servicio Andaluz de Salud, desea optimizar la gestión de sus instalaciones de generación de energía térmica (vapor, agua caliente sanitaria y agua caliente de calefacción) y adecuarlas a la normativa vigente así como la sustitución de bajantes del edificio, para lo cual sacará a concurso público la licitación para la concesión de dominio público de dichas instalaciones. Para definir el alcance y condiciones de la citada concesión, el Hospital Punta de Europa (Algeciras) del Servicio Andaluz de Salud ha solicitado a Pedro Alonso Martín el estudio para la reforma y adecuación de las instalaciones productoras de energía térmica del citado Hospital. El objetivo principal de este trabajo es hacer un estudio, propuesta y valoración de las actuaciones necesarias para la reforma y mejora de la explotación de las instalaciones generadoras de energía térmica y de la red saneamiento interior del Hospital Punta de Europa de Algeciras (Cádiz). Las actuales instalaciones de generación térmica consumidoras de energía del hospital dentro del alcance de este Proyecto son: Generación de vapor (lavandería y esterilización). Producción de agua caliente sanitaria (ACS). Producción de agua caliente de calefacción. La mayoría de los equipos productores de energía datan del año 1975, por lo que en la mayoría de los casos se ha cumplido su plazo de amortización y periodo de vida útil. Se hace necesaria la instalación de gas natural, debido a que se tendrá que abastecer a todas las calderas de la central térmica. El diseño del sistema de producción de agua caliente sanitaria garantiza el máximo confort y economía del usuario, compatible con el máximo ahorro energético y la protección del medio ambiente, cubriendo las necesidades de agua caliente sanitaria mediante la combinación de un sistema de calderas a gas con los colectores solares.

Projecte d'energia solar tèrmica

El proyecto consiste en el diseño de una instalación solar térmica para producción de agua caliente sanitaria (ACS) en un edificio de nueva construcción en la localidad de Mollerussa (Lleida). Se han estudiado las necesidades térmicas de ACS en atención a las características constructivas y funcionales del edificio, dando cumplimiento a la normativa vigente. Conocida la demanda energética esperada, se han analizado los datos climatológicos y de temperatura de red de agua fría propios del emplazamiento, y se ha propuesto un campo de captación compuesto por captadores planos y los distintos subconjuntos que componen la instalación: acumulación, transferencia térmica, trazado hidráulico, regulación y control, y energía auxiliar. Con ello se ha llevado a cabo una simulación energética mediante la herramienta TSOL, software de simulación solar recomendado por entidades de reconocido prestigio, para comprobar que se han alcanzado los objetivos del sistema propuesto. Por último, se ha realizado un estudio del beneficio medioambiental que supone la instalación proyectada, indicando el ahorro energético para el usuario y las toneladas equivalentes de dióxido de carbono evitadas.

Disseny de la instal·lació solar tèrmica d'aigua calenta sanitària, en una casa del municipi d'Alpicat

Aquest projecte té per objecte justificar les condicions tècniques i econòmiques d'una instal·lació de col·lectors solars tèrmics que aprofitaran l'energia irradiada pel Sol per escalfar l'aigua sanitària que s'utilitzarà en una casa unifamiliar. Aquest projecte inclourà un estudi de viabilitat econòmica sobre l'estalvi energètic i la inversió inicial realitzada i el temps d'amortització de la mateixa instal·lació.

Avantprojecte d'una instal·lació solar tèrmica de baixa temperatura a la província de Lleida

Disseny d'una instal·lació de col·lectors solars tèrmics per aigua calenta sanitaria i calefacció en una casa de Lleida. Aprofitant l'instal·lació de calefacció existent, modificant-la per adaptar-la a la nova instal·lació d'energia solar. Realització d'un estudi de viabilitat per determinar el període de retorn de l'instal·lació. Tot seguint les pautes que indica la norma UNE 157001.

Degradació en planta pilot de colorants reactius mitjançant el procés de foto-Fenton assistit amb llum solar: aplicació del procés com a pre-tractament d'un procés biològic

Estudi elaborat a partir d’una estada a la Plataforma Solar de Almería entre desembre del 2006 i gener del 2007. S’ha dut a terme la degradació en planta pilot dels colorants reactius Procion Red H-E7B i Cibacron Red FN-R mitjançant el procés de foto-Fenton aplicat com a tractament únic i com a pretractament d’un procés biològic. El procés de foto-Fenton, assistit amb llum solar, es va realitzar en un fotoreactor solar tipus Col•lector Parabòlic Compost (CPC) i el tractament biològic en un Reactor de Biomassa Immobilitzada (RBI). Com a punt de partida, i amb l’objectiu d’estudiar la reproductibilitat del sistema, es van prendre resultats obtinguts d’experiments realitzats prèviament a escala de laboratori i amb llum artificial. El paràmetre Carboni Orgànic Total (COT) es va emprar com a indicador de l’eliminació dels colorants i dels seus intermedis. En aplicar únicament el procés de foto-Fenton com a tractament, concentracions de 10 mg•l-1 de Fe (II) i 250 mg•l-1 de H2O2 per degradar 250 mg•l-1 Procion Red H-E7B, i de 20 mg•l-1 de Fe (II) i 500 mg•l-1 de H2O2 per degradar 250 mg•l-1 Cibacron Red FN-R, van reproduir els resultants obtinguts al laboratori, amb uns nivells d’eliminació de COT del 82 i 86%, respectivament. A més, l’ús beneficiós de la llum solar en el procés de foto-Fenton, juntament amb la configuració del CPC, van incrementar la velocitat de degradació respecte als resultats previs, permetent la reducció de la concentració de Fe (II) de 10 a 2 mg•l-1 (Procion Red H-E7B) i de 20 a 5 mg•l-1 (Cibacron Red FN-R) sense pèrdues d’efectivitat. D’altre banda, el sistema combinat foto-Fenton/tractament biològic en planta pilot, unes concentracions d’oxidant de 225 mg•l-1 H2O2 per Cibacron Red FN-R i 65 mg•l-1 H2O2 per Procion Red H-E7B van ser suficients per generar solucions intermèdies biodegradables i alimentar així el RBI, millorant inclús els resultats obtinguts prèviament al laboratori.

L'energia solar fotovoltaica com una alternativa en els espais urbans

Estudi realitzat per avaluar la possibilitat i viabilitat d’instal·lació de panells solar fotovoltaics als terrats de les comunitats de veïns del Districte de l’Eixample de Barcelona. La seva finalitat és conscienciar a la població sobre la problemàtica actual del canvi climàtic fent ús de la ciutat com a element clau per a fomentar l’estalvi de consum energètic i la reducció d’emissions de diòxid de carboni (CO2). Els resultats obtinguts ens donen un valor aproximat de la superfície i potència necessària pels habitants de la ciutat de Barcelona i Catalunya, per tal de cobrir el seu consum d’electricitat d’ús domèstic amb energia solar fotovoltaica, així com una comparativa amb els resultats obtinguts en el Districte de l’Eixample en les dimensions: socio-econòmica, mediambiental i política.

L'energia solar fotovoltaica

Treball de recerca realitzat per alumnes d'ensenyament secundari i guardonat amb un Premi CIRIT per fomentar l'esperit cientí­fic del Jovent l'any 2009. Després d'una breu introducció sobre l'energia solar, l'estudi analitza quin és el procés de fabricació que se segueix per fer les plaques solars fotovoltaiques policristal·lines i monocristal·lines i quin és el seu funcionament. És a dir, com és possible obtenir energia elèctrica gràcies a la llum del Sol. També es descriuen les instal·lacions autònomes i les connectades a la xarxa, així com els elements que les integren. S'inclou, a més, un punt explicant quins són els factors que condicionen l'obtenció d'energia i els avenços més recents en aquest camp de la tecnologia. Per finalitzar la part teòrica, s'analitza una instal·lació fotovoltaica situada a Cervera i la seva producció. Pel que fa al treball de camp, es va construir un seguidor solar.

L'energia solar a Cerdanyola del Vallès

Treball de recerca realitzat per alumnes d'ensenyament secundari i guardonat amb un Premi CIRIT per fomentar l'esperit cientí­fic del Jovent l'any 2009. Aquest treball intenta resoldre la qüestió de si l'energia solar arribarà a ser una energia alternativa que esdevingui un substitut del petroli en el futur. Aquest projecte informa de totes les característiques i propietats de les plaques solars, explicant els avantatges que fan que sigui un recurs energètic molt net, segur i, encara que en un principi es pugui veure car, finalment arriba a amortitzar el preu inicial fins aconseguir un estalvi monetari, que és el que atreu al màxim de compradors. El projecte parla de les característiques de les plaques solars fotovoltaiques explicant així tots els materials pels quals és formada, la seva estructura per capes i el procés de transformació de llum en electricitat. Conté, també, una part pràctica extensa i elaborada: s'ha demanat a diversos ciutadans, sobretot de Cerdanyola del Vallès i també de Barcelona, sobre el tipus de contacte que tenen amb aquesta energia renovable i si no és així, saber quin altre tipus de font energètica utilitzen. També conté una entrevista a un professional del món de l'energia solar. I, finalment, s'ha realitzat el disseny, muntatge i funcionament d'un cotxe elèctric solar.

Anàlisi i disseny d'un programari de Gestió Remota d'un Parc Modular d'Energia Solar

Anàlisi i disseny d'una aplicació per gestionar de manera remota l'activitat d'un parc d'energia solar fotovoltaica.

Projecte d’instal·lacions d’aigua calenta sanitària per a un hotel de quatre estrelles a Platja d’Aro amb aportació d’energia solar

En el present projecte final de carrera s’han dissenyat i pressupostat les instal·lacions de fontaneria, energia solar i gas natural per abastir d’aigua les dependències d’un hotel. L’hotel es troba situat a municipi de Platja d’Aro, a la província de Girona. La seva categoria és de quatre estrelles i això comporta un nivell alt de qualitat en els serveis oferts, en aquest cas el subministrament d’aigua freda i aigua calenta sanitària (ACS) als seus clients