Análise numérica da influência de um conjunto de aletas com diferentes inclinações e posições em uma cavidade retangular preenchida por PCM em processo de fusão

• Autor(a) principal: Borahel, Rafael Da Silveira
• Data de Publicação: 2020
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UNISINOS (RBDU Repositório Digital da Biblioteca da Unisinos)
• Texto Completo: http://www.repositorio.jesuita.org.br/handle/UNISINOS/9390
• topic: ACCNPQ::Engenharias::Engenharia Mecânica; Armazenamento de energia térmica; Acúmulo de calor latente; Reservatório térmico aletado; Materiais de mudança de fase (PCM); Ácido láurico; Thermal energy storage; Latent heat accumulation; Finned thermal reservoir; Phase Change Materials (PCM); Lauric acid

Por intermédio da utilização do método dos volumes finitos, conduziu-se no presente trabalho o estudo numérico do processo de fusão de ácido láurico contido em uma cavidade retangular aletada. Na cavidade, duas aletas longitudinais de formato retangular encontram-se acopladas à superfície aquecida do sistema sob diferentes inclinações. Como objetivos, definiu-se: (i) determinar quais os metais mais indicados para serem utilizados no conjunto de aletas; (ii) investigar a possibilidade da modelagem computacional das aletas ser realizada de modo idealizado, onde o perímetro das aletas apresenta temperaturas idênticas a de sua base, (iii) analisar o processo de fusão para uma faixa amostral de diferentes inclinações (θ) utilizadas na instalação das aletas junto à superfície aquecida do sistema; (iv) identificar a existência ou não de uma inclinação mais adequada; (v) compreender os efeitos causados pelas diferentes inclinações sob a transferência de calor por convecção ocorrida no interior sistema; (vi) avaliar o efeito da posição vertical de instalação das aletas sob o processo de fusão por elas intensificado e (vii) determinar o espaçamento mais adequado a ser admitido entre as duas aletas modeladas. Para alcançar os objetivos propostos, simulações numéricas bidimensionais transientes, conduzidas no software comercial ANSYS Fluent 19.2, foram utilizadas para a solução do problema proposto. Neste software, malhas computacionais não estruturadas foram utilizadas para a discretização espacial do problema, enquanto diferentes intervalos de tempo foram testados para a discretização temporal. Como modelo implementado, utilizou-se as equações diferenciais da massa, energia e quantidade de movimento, acrescidas ainda de um modelo de fechamento (método da entalpia-porosidade) utilizado para tratar a fusão do ácido láurico. Resultados obtidos demonstraram que o modelo implementado é adequado para o estudo proposto. Quanto aos resultados referentes ao estudo de caso, os mesmos apontaram que alumínio e cobre são os materiais mais indicados para o conjunto de aletas, enquanto o aço mostrou-se prejudicial. Inclinações utilizadas na instalação das aletas influenciaram o processo de modo distinto, ficando provado que para os estágios mais iniciais e intermediários θ = 90° acelerou consideravelmente a fusão, enquanto valores de θ superiores saíram-se melhor nos estágios mais avançados. Basicamente, não se tem um valor mais adequado de θ, mas sim uma faixa de valores possíveis, os quais variam entre 90 e 115°. Em termos de desempenho, quanto mais inferior a posição de instalação das aletas, mais rapidamente se dá a fusão.