Análise paramétrica do processo de solidificação de PCM em cápsulas esféricas para uso em sistemas de armazenamento térmico: estudo numérico

• Autor(a) principal: SILVA, Nadilson Alves da
• Data de Publicação: 2008
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFPE
• dARK ID: ark:/64986/00130000083gr
• Texto Completo: https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/5094
• topic: Armazenamento Térmico; Análise numérica; Material de Mudança de Fase

As tecnologias de armazenamento de energia térmica são utilizadas como um meio de aproveitamento da energia que está disponível em um determinado período de tempo, para utilizá-la posteriormente. Isto só é possível devido à capacidade de manter esta energia armazenada de maneira a evitar perdas e que possa ser recuperada em um período de tempo posterior. Este deslocamento da energia no tempo é importante, pois possibilita o aumento de eficiência energética da planta ou sistema e promove uma utilização mais adequada da energia disponível em algum ponto do processo e que poderia estar sendo desperdiçada se não fosse armazenada. No processo de armazenamento térmico são amplamente utilizados dois métodos: o de armazenamento de energia na forma de calor sensível e o armazenamento de energia na forma de calor latente. A seleção de qual método deve ser utilizado deve ser feita de acordo com alguns critérios, tais como capacidade de armazenamento, dimensões do equipamento de armazenamento, temperaturas de carregamento e descarregamento, variação permissível de temperatura, entre outros. Sabe-se que o conceito de calor latente é mais atraente devido à grande capacidade de armazenamento e as temperaturas constantes durante o carregamento e descarregamento do sistema. Existem diversos tipos de sistemas de armazenamento de energia que utilizam o conceito de calor latente, com características apropriadas para cada aplicação e destinadas à obtenção de máxima eficiência. Entre estes, sistemas com material de mudança de fase encapsulado apresentam algumas vantagens construtivas e operacionais. Uma das principais características de um armazenador de calor latente é o processo de mudança de fase que sofre o material usado para armazenar a energia térmica, de modo que a compreensão do processo de transferência de calor no fenômeno de solidificação/fusão é essencial para avaliar exatamente o desempenho térmico destes equipamentos. Neste trabalho foi estudado o processo de solidificação no interior de cápsulas esféricas com o objetivo de otimizar o processo. O estudo é baseado numa análise paramétrica numérica de forma a investigar quais são as melhores condições de solidificação do material no interior da cápsula. O processo de solidificação dentro das cápsulas é tratado usando um modelo condutivo unidimensional com mudança de fase com condições de contorno convectivas na superfície externa da cápsula. As equações diferenciais resultantes são resolvidas numericamente pelo método de diferenças finitas. O modelo apresentado é validado comparando os seus resultados com dados obtidos experimentalmente, disponíveis na literatura. São avaliados o efeito do tamanho da cápsula, temperatura do fluido de carregamento, velocidade do fluido de carregamento e tipo de material de mudança de fase sobre o tempo de solidificação completa e energia térmica armazenada na cápsula