Estudo numérico da mudança de fase de PCMs em cavidades cilíndricas

• Autor(a) principal: Estrázulas, Jutaí Juarez
• Data de Publicação: 2015
• 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/4910
• topic: ACCNPQ::Engenharias::Engenharia Mecânica; Armazenamento térmico; PCM; CFD; Fluent; Thermal energy storage

Inúmeras aplicações residenciais, comerciais e industriais voltadas ao gerenciamento térmico tem seus custos operacionais reduzidos quando um sistema de armazenamento de energia térmica é incorporado. Tal tipo de sistema pode, por exemplo, absorver energia térmica oriunda de fonte solar, de reaproveitamento de calor de processo industrial ou mesmo proveniente de energia elétrica (nos horários em que esta é menos onerosa), e liberá-la em um horário em que estas fontes de calor não estejam presentes e em que a energia elétrica, se utilizada, seria mais onerosa.Os PCMs (Phase Change Materials), devido ao seu alto calor latente de fusão, são materiais que representam uma alternativa viável à implementação de sistemas de armazenamento de energia térmica. No entanto, inúmeros PCMs ainda não tiveram suas características e propriedades fluidodinâmicas investigadas suficientemente. Assim, este trabalho apresenta um estudo numérico da mudança de fasede PCMs da família RT,em cavidades cilíndricas, visando o armazenamento térmico de energia através de calor latente (LHTES). O estudo foi realizado através de simulação numérica por CFD, com o software ANSYS Fluent. O modelo numérico adotado é bidimensional e é composto pelas equações da conservação da massa, quantidade de movimento e energia. Além destas, foi utilizada a técnica de modelamento entalpia-porosidade. A malha computacional é do tipo hexaédrica, com refinamento junto às paredes da geometria e na região de interface entre o PCM e o ar. O modelo implementado foi validado com resultados numéricos e experimentais da literatura, obtendo-se bons resultados. Foi avaliado o processo de fusão de cinco diferentes tipos de PCMs (RT 4, RT 35, RT 35HC (alta capacidade), RT 55 e RT 82), cada um deles com três intervalos de temperatura (T=10, 20 e 30 °C).Além disto, para T=10 ºC, os PCMS RT 27, RT 35, RT 35 HC e RT 82 foram testados para cinco diferentes valores de constante C (Mushy Zone), totalizando trinta diferentes situações. Paraos PCMs RT 4, RT 35, RT55 e RT82, aumentando-se o T de 10 oC para 20 oC e de 10 oC para 30 oC, para frações líquidas entre 0,4 e 0,8, a redução média dos tempos de fusão foide, aproximadamente, 55,8% e 71,8% e os incrementos médios no fluxo de calor foram de 63% e 111 %, respectivamente. Para o RT35HC, as reduções médias nos tempos de fusão foram de 51,6% e de 67,8%, para a mesma faixa de fração líquidae mesmos T. O RT35HC, quando comparado com o RT 35, possui calor latente de fusão 41,1% maiore os seus tempos de fusão são entre 100% à 134% superiores, dependendo do T utilizado.