Desarrollo de un sistema sostenible de almacenamiento de energía solar térmica en condiciones de alta montaña empleando el cambio de fase de materiales autóctonos

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dc.contributor.advisorKafarov, Viatcheslav Victorovich
dc.contributor.advisorMahkamov, Khamid
dc.contributor.authorLizcano González, Víctor Alexis
dc.contributor.evaluatorCioccolanti, Lucca
dc.contributor.evaluatorJiménez Inocencio, Favio Yovany
dc.contributor.evaluatorQuiroga Méndez, Jabid Eduardo
dc.contributor.evaluatorGuerrero Amaya, Hernando
dc.contributor.evaluatorMorales Medina, Giovanni
dc.date.accessioned2025-06-06T19:40:35Z
dc.date.available2025-06-06T19:40:35Z
dc.date.created2025-06-06
dc.date.issued2025-06-06
dc.description.abstractLa generación de calor representa el 50% de la demanda mundial de energía y el 40% de las emisiones de CO2. El uso de la energía solar térmica podría satisfacer esta demanda mediante la aplicación de tecnologías como los sistemas solares térmicos con almacenamiento de calor en materiales de cambio de fase (LHSTES). Este trabajo presenta las etapas para el diseño, construcción y puesta en marcha del primer equipo LHSTES en Colombia que suministra agua caliente y calefacción a una vivienda (hotel) ubicada en una zona de páramo. Las etapas de desarrollo incluyeron análisis de la disponibilidad de radiación solar, síntesis de materiales de cambio de fase (PCM) a partir de productos renovables autóctonos, estudio experimental para la mejora de las propiedades térmicas de los PCM, diseño e implementación de un sistema de medición y control, diseño y construcción de un novedoso intercambiador de calor para el tanque de almacenamiento del PCM, construcción y puesta en marcha del LHSTES, evaluación del desempeño del sistema en condiciones reales y elaboración de recomendaciones para la implementación de esta tecnología en Colombia. Los principales resultados incluyen el uso de estearina de palma hidrogenada como PCM con un elevado calor latente de fusión, la mejora en la conductividad térmica de este PCM mediante el uso de aditivos y matrices de soporte, el adecuado desempeño de un intercambiador de calor tipo carcasa-serpentín con sección transversal cuadrada, un algoritmo de control que elimina la necesidad de intervención humana para la operación del sistema, la capacidad del sistema de suministrar calefacción durante la noche y finalmente la posibilidad de integrar esta tecnología, en diversos sectores de la industria, el comercio y el sector residencial colombiano.
dc.description.abstractenglishHeat generation accounts for 50% of the world's energy demand and 40% of CO2 emissions. About 50% of this heat is consumed in industrial processes and about 46% is used for heating and hot water. The use of solar thermal energy could meet this demand through the application of technologies such as solar thermal systems with heat storage in phase change materials (LHSTES). This work presents the stages for the design, construction and commissioning of the first LHSTES equipment in Colombia that supplies hot water and heating to a house (hotel) located in a high mountain area. The development stages included the analysis of solar radiation availability, the synthesis of phase change materials (PCM) from Colombian indigenous renewable products, the experimental study for the improvement of the thermal properties of PCM, the design and implementation of a measurement and control system, the design and construction of a novel heat exchanger for the PCM storage tank, the construction and commissioning of the LHSTES, the evaluation of the system performance under real conditions, and the elaboration of recommendations for the implementation of this technology in Colombia. The main results include the use of hydrogenated palm stearin as PCM with a high latent heat of fusion, the improvement in the thermal conductivity of this PCM through the use of additives and support matrices, the adequate performance of a shell-coil type heat exchanger with square cross section, the design of a control loop that eliminates the need for human intervention for the operation of the system, the ability of the system to provide heating during the night and finally the possibility of integrating this technology in various sectors of industry, commerce and the Colombian residential sector.
dc.description.cvlachttps://scienti.minciencias.gov.co/cvlac/visualizador/generarCurriculoCv.do?cod_rh=0001620420
dc.description.degreelevelDoctorado
dc.description.degreenameDoctor en Ingeniería Química
dc.description.orcidhttps://orcid.org/0000-0002-2552-2329
dc.format.mimetypeapplication/pdf
dc.identifier.instnameUniversidad Industrial de Santander
dc.identifier.reponameEscuela de Ingeniería Química
dc.identifier.repourlhttps://noesis.uis.edu.co
dc.identifier.urihttps://noesis.uis.edu.co/handle/20.500.14071/45787
dc.language.isospa
dc.publisherUniversidad Industrial de Santander
dc.publisher.facultyFacultad de Ingeníerias Fisicoquímicas
dc.publisher.programDoctorado en Ingeniería Química
dc.publisher.schoolEscuela de Ingeniería Química
dc.rightsinfo:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.accessrightsinfo:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.coarhttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2
dc.rights.creativecommonsAtribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)
dc.rights.licenseAtribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 Colombia (CC BY-NC-ND 2.5 CO)
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.subjectMaterial de cambio de fase
dc.subjectAlmacenamiento de calor
dc.subjectAutomatización
dc.subject.keywordPhase Change Material
dc.subject.keywordHeat Storage
dc.subject.keywordAutomation
dc.titleDesarrollo de un sistema sostenible de almacenamiento de energía solar térmica en condiciones de alta montaña empleando el cambio de fase de materiales autóctonos
dc.title.englishDevelopment of a sustainable solar thermal energy storage system for high mountain conditions using the phase change of local materials
dc.type.coarhttp://purl.org/coar/resource_type/c_db06
dc.type.hasversionhttp://purl.org/coar/version/c_b1a7d7d4d402bcce
dc.type.localTesis/Trabajo de grado - Monografía - Doctorado
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