Analisi sperimentale delle prestazioni di serbatoi di accumulo termico latenti basati su PCM macro-incapsulati e confronto con serbatoi di accumulo sensibili

La crescente diffusione delle fonti rinnovabili richiede soluzioni efficaci per l’accumulo dell’energia, al fine di compensarne l’intermittenza e migliorare la flessibilità nei sistemi energetici.In questo contesto, i sistemi di accumulo termico (TES) rappresentano una tecnologia strategica, in particolare nella configurazione latente, in cui si impiegano materiali a cambiamento di fase (PCM) per aumentare la densità energetica. Questa tesi sperimentale studia le prestazioni di un sistema di accumulo termico da 62 litri in due diverse configurazioni: una sensibile, serbatoio con solo acqua, e una latente, ottenuta aggiungendo 56 moduli di PCM inorganico (ATS 50) macro-incapsulato in contenitori in polipropilene. Le prove, condotte presso il laboratorio di Fisica Tecnica dell’Università di Bologna, sono state eseguite variando due parametri: la portata in massa del fluido termovettore e la differenza di temperatura tra la temperatura iniziale dell’accumulo e la temperatura di ingresso del fluido. I risultati mostrano che l’integrazione del PCM determina un incremento dell’energia termica accumulata fino a +88%, in particolare alle basse portate. Al contrario, all’aumentare della portata si osservano riduzioni della potenza media erogata, fino al -30%, e un allungamento della durata della fase di scarica fino a +153%. Questo comportamento è attribuibile al fatto che, con portate più elevate, il coefficiente di scambio termico tra acqua e PCM peggiora, poiché il fluido attraversa l’accumulo più rapidamente e non consente un trasferimento di calore efficace. Questo comporta una diminuzione della potenza, di conseguenza, per rilasciare la stessa quantità di energia è necessario più tempo.In conclusione, i materiali a cambiamento di fase si confermano una soluzione promettente per incrementare la capacità di accumulo e prolungare l’autonomia dei sistemi, pur richiedendo ottimizzazioni nella progettazione e nella gestione per una integrazione efficiente in impianti reali.