Análise paramétrica do processo de mudança de fase com nanopartículas em uma unidade de armazenamento de energia com configuração de placas paralelas

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Leitão, Antonio Bruno de Vasconcelos, 1985-
Data de Publicação: 2020
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Texto Completo: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1640288
Resumo: Orientador: Kamal Abdel Radi Ismail
id UNICAMP-30_2fa8af5bcff130c3fff711172c0c09d1
oai_identifier_str oai::1158109
network_acronym_str UNICAMP-30
network_name_str Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
repository_id_str
spelling Análise paramétrica do processo de mudança de fase com nanopartículas em uma unidade de armazenamento de energia com configuração de placas paralelasParametric analysis of the phase change process with nanoparticles in an energy storage unit with parallel plate configurationSolidificaçãoNanopartículasArmazenamentoSolidificationNanoparticlesStorageOrientador: Kamal Abdel Radi IsmailTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia MecânicaResumo: Os bancos de gelo são importantes no equilíbrio da demanda por eletricidade, pois acumulam a energia na forma de frio nos períodos fora do horário de pico para ser utilizada nos períodos de maior consumo, em especial nos horários de pico. Essa acumulação energética é uma tecnologia bem aceita e está em expansão em diversos campos de aplicações de engenharia e construção. Por estes motivos, o presente estudo realiza uma análise paramétrica dos processos de mudança de fase com nanopartículas misturadas ao material de mudança de fase (PCM) através do desenvolvimento de um modelo térmico baseado em condução pura para os processos de solidificação e fusão em um sistema de armazenamento térmico com configuração de placas paralelas. Para a solução desse modelo, as equações resultantes são discretizadas usando a aproximação por diferenças finitas e abordagem totalmente implícita com passo de tempo variável. O código computacional foi testado, otimizado e validado em relação a outros resultados numéricos e experimentais disponíveis e mostrou boa concordância entre eles. Verifica-se que a diminuição da temperatura na superfície da placa durante a solidificação e seu crescimento durante o processo de fusão, respectivamente, reduz o tempo para a mudança de fase completa. Por sua vez, o aumento da distância entre as placas planas contribui para um maior tempo de mudança de fase completa. Um método promissor para o melhoramento dessas unidades de armazenamento térmico é o uso de uma mistura do PCM com nanopartículas de óxido de alumínio (Al2O3). Os efeitos da concentração volumétrica das nanopartículas sobre a posição da interface, velocidade da interface, tempo para os processos completos de solidificação e fusão, energia armazenada no carregamento e energia recuperada pelo descarregamento foram avaliados e discutidos. A inclusão dessas nanopartículas no PCM aumentou a condutividade térmica efetiva da mistura contribuindo para o aumento da taxa de solidificação e fusão. Por outro lado, o efeito de redução de calor latente devido ao aumento dos valores da concentração de Al2O3 é muito pequeno para desequilibrar o efeito de melhoramento do desempenho térmico como a redução do tempo para a mudança de fase completa nos processos de carregamento e descarregamento da unidade de armazenamento térmicoAbstract: Ice banks are important in balancing the demand for electricity because they accumulate energy in the form of cold during off-peak periods to be used during periods of high consumption, especially during peak hours. This energy accumulation is a well accepted technology and is expanding in several fields of engineering and building applications. For these reasons, the present study performs a parametric analysis of the phase change processes with nanoparticles mixed with the phase change material (PCM) through the development of a thermal model based on pure conduction for the solidification and melting processes in a thermal storage system with parallel plate configuration. For the solution of this model the resulting equations are discretized using the finite difference approximation and totally implicit approach with variable time step. The computational code was tested, optimized and validated against available numerical and experimental results and showed good agreement between them. It is found that the decrease in temperature on the plate surface during solidification and its growth during the melting process, respectively, reduces the time for the complete phase change. Therefore, the increasing of the distance between the flat plates contributes to a longer time of complete phase change. A promising method for improving these thermal storage units is the use of a mixture of PCM with aluminum oxide nanoparticles (Al2O3). The effects of the volumetric concentration of the nanoparticles on the interface position, interface velocity, time for complete solidification and melting processes, stored energy in the charge and recovered energy by the discharge were evaluated and discussed. The inclusion of these nanoparticles in the PCM increased the effective thermal conductivity of the mixture, contributing to the increase in the solidification and melting rate. However the effect of reducing latent heat due to the increase in Al2O3 concentration values is too small to unbalance the effect of enhancement thermal performance such as reducing the time for the complete phase change in the charge and discharge processes of the thermal storage unitDoutoradoTérmica e FluídosDoutor em Engenharia Mecânica[s.n.]Ismail, Kamal Abdel Radi, 1940-Sedano, Carlos Teofilo SalinasHenriquez Guerrero, Jorge RecartePadilha, AlcidesScalon, Vicente LuizUniversidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia MecânicaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia MecânicaUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASLeitão, Antonio Bruno de Vasconcelos, 1985-20202020-11-19T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdf1 recurso online (202 p.) : il., digital, arquivo PDF.https://hdl.handle.net/20.500.12733/1640288LEITÃO, Antonio Bruno de Vasconcelos. Análise paramétrica do processo de mudança de fase com nanopartículas em uma unidade de armazenamento de energia com configuração de placas paralelas. 2020. 1 recurso online (202 p.) Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1640288. Acesso em: 3 set. 2024.https://repositorio.unicamp.br/acervo/detalhe/1158109Requisitos do sistema: Software para leitura de arquivo em PDFporreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instname:Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instacron:UNICAMPinfo:eu-repo/semantics/openAccess2021-02-10T10:21:04Zoai::1158109Biblioteca Digital de Teses e DissertaçõesPUBhttp://repositorio.unicamp.br/oai/tese/oai.aspsbubd@unicamp.bropendoar:2021-02-10T10:21:04Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)false
dc.title.none.fl_str_mv Análise paramétrica do processo de mudança de fase com nanopartículas em uma unidade de armazenamento de energia com configuração de placas paralelas
Parametric analysis of the phase change process with nanoparticles in an energy storage unit with parallel plate configuration
title Análise paramétrica do processo de mudança de fase com nanopartículas em uma unidade de armazenamento de energia com configuração de placas paralelas
spellingShingle Análise paramétrica do processo de mudança de fase com nanopartículas em uma unidade de armazenamento de energia com configuração de placas paralelas
Leitão, Antonio Bruno de Vasconcelos, 1985-
Solidificação
Nanopartículas
Armazenamento
Solidification
Nanoparticles
Storage
title_short Análise paramétrica do processo de mudança de fase com nanopartículas em uma unidade de armazenamento de energia com configuração de placas paralelas
title_full Análise paramétrica do processo de mudança de fase com nanopartículas em uma unidade de armazenamento de energia com configuração de placas paralelas
title_fullStr Análise paramétrica do processo de mudança de fase com nanopartículas em uma unidade de armazenamento de energia com configuração de placas paralelas
title_full_unstemmed Análise paramétrica do processo de mudança de fase com nanopartículas em uma unidade de armazenamento de energia com configuração de placas paralelas
title_sort Análise paramétrica do processo de mudança de fase com nanopartículas em uma unidade de armazenamento de energia com configuração de placas paralelas
author Leitão, Antonio Bruno de Vasconcelos, 1985-
author_facet Leitão, Antonio Bruno de Vasconcelos, 1985-
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Ismail, Kamal Abdel Radi, 1940-
Sedano, Carlos Teofilo Salinas
Henriquez Guerrero, Jorge Recarte
Padilha, Alcides
Scalon, Vicente Luiz
Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia Mecânica
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica
UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS
dc.contributor.author.fl_str_mv Leitão, Antonio Bruno de Vasconcelos, 1985-
dc.subject.por.fl_str_mv Solidificação
Nanopartículas
Armazenamento
Solidification
Nanoparticles
Storage
topic Solidificação
Nanopartículas
Armazenamento
Solidification
Nanoparticles
Storage
description Orientador: Kamal Abdel Radi Ismail
publishDate 2020
dc.date.none.fl_str_mv 2020
2020-11-19T00:00:00Z
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
format doctoralThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv https://hdl.handle.net/20.500.12733/1640288
LEITÃO, Antonio Bruno de Vasconcelos. Análise paramétrica do processo de mudança de fase com nanopartículas em uma unidade de armazenamento de energia com configuração de placas paralelas. 2020. 1 recurso online (202 p.) Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1640288. Acesso em: 3 set. 2024.
url https://hdl.handle.net/20.500.12733/1640288
identifier_str_mv LEITÃO, Antonio Bruno de Vasconcelos. Análise paramétrica do processo de mudança de fase com nanopartículas em uma unidade de armazenamento de energia com configuração de placas paralelas. 2020. 1 recurso online (202 p.) Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1640288. Acesso em: 3 set. 2024.
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.relation.none.fl_str_mv https://repositorio.unicamp.br/acervo/detalhe/1158109
Requisitos do sistema: Software para leitura de arquivo em PDF
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
1 recurso online (202 p.) : il., digital, arquivo PDF.
dc.publisher.none.fl_str_mv [s.n.]
publisher.none.fl_str_mv [s.n.]
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
instname:Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
instacron:UNICAMP
instname_str Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
instacron_str UNICAMP
institution UNICAMP
reponame_str Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
collection Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
repository.name.fl_str_mv Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
repository.mail.fl_str_mv sbubd@unicamp.br
_version_ 1809189168639639552

Registros relacionados