Diseño y construcción de un banco de tubos con generación de calor para emulación de estrategias de enfriamiento en un banco de baterías enfriadas por aire.

Abstract

El presente trabajo de titulación tuvo como propósito diseñar un prototipo de banco de tubos con generación de calor para emular el comportamiento térmico de un pack de baterías Li-ion 18650. En la fase de diseño, se desarrollaron los componentes del sistema, desde la base del banco hasta las barras de aluminio que representan las características geométricas de la batería de ion de litio. Para la validación se realizaron pruebas con el objetivo de observar las celdas que alcanzan las temperaturas máximas. Además, se estudiaron tres casos diferentes que se caracterizan por la distancia entre las barras de aluminio. El objetivo principal es desarrollar un sistema que permita investigar el comportamiento de las celdas mediante un método de enfriamiento por aire. El prototipo simula la generación de calor interna de las baterías mediante el uso de niquelinas eléctricas y esto permitió el estudio del método utilizado. La convección forzada con una corriente de aire a 3,1 m/s resultó efectiva en la reducción de temperaturas en los tres diseños, demostrando que el enfriamiento por aire es una estrategia viable. Las simulaciones realizadas en el software Ansys Fluent y las pruebas experimentales demostraron similitud en el perfil de temperatura aunque una diferencia alejada en cuanto a los valores. La construcción del proyecto se llevó a cabo utilizando materiales accesibles en la ciudad y con ayuda del taller mecánico de la carrera de Electromecánica se logró realizar las piezas que fueron diseñadas. En cuanto al componente principal que fueron las niquelinas se optó por adquirirlas fuera de la ciudad debido a las dimensiones requeridas por el prototipo. Palabras claves: Baterías de iones de litio, emular, enfriamiento por aire, prototipo experimental, convección forzada.