Materiais de mudança de fase em processos de aquecimento: propriedades

Abstract

Os sistemas que requerem o armazenamento de energia calorífica têm vindo a ser utilizados num número crescente de aplicações. A utilização dos materiais de mudança de fase (PCM) para o armazenamento de energia é uma das formas mais eficientes de atingir esse propósito, dado que têm uma elevada capacidade para o armazenamento ou libertação de calor latente. E, é neste contexto, que surge a presente dissertação, na qual é proposta o estudo de algumas propriedades dos materiais de mudança de fase (PCM) para o aquecimento de fluidos em escoamento, nomeadamente, o aquecimento de fluidos requeridos numa situação de assistência médica (principalmente, soros e plasmas). Para se conhecer essas propriedades utilizou-se a calorimetria diferencial de varrimento (DSC), que é uma técnica que se caracteriza por registar a diferença entre a quantidade de calor necessária para variar a temperatura da amostra e a de uma referência, em função da temperatura e, permitir resultados precisos para as diversas propriedades térmicas que, no caso deste trabalho, são a gama de temperaturas em que ocorre a fusão e a cristalização do material de mudança de fase (PCM) e o calor latente envolvido no processo de mudança de fase. Devido aos constrangimentos de segurança inerentes ao contexto da aplicação, apesar de existir uma grande variedade de PCM que fundem e cristalizam na gama de temperaturas pretendidas, só foram estudados materiais que pudessem ter real interesse no âmbito da aplicação a desenvolver, o que acaba por limitar a diversidade dos resultados obtidos. Apesar disso, conseguiu-se alcançar o principal objetivo deste trabalho, que consistia em identificar o melhor PCM passível de ser utilizado nesta aplicação e, ainda, compreender as virtudes e defeitos característicos deste tipo de materiais.

Systems that require heat energy storage are being used in an increasing number of applications. The use of phase change materials (PCM) for energy storage is one of the most effective ways to achieve this purpose, since they have a high capacity to store or release latent heat. And, it is in this context that this thesis arises, in which is proposed the study of some phase change materials properties for heating fluids in a flow, namely heating fluids required in medical care (mainly, serums and plasmas). To cognize these properties was used differential scanning calorimetry (DSC), a technique characterized by recording the difference between the quantity of heat needed to change the temperature of a sample and of a reference as a function of temperature, and to allow accurate results for different thermal properties that, in the case of this work, are the temperature range at which occurs melting and crystallization of the phase change material and the latent heat involved in phase change process. Due to the safety constraints inherent to the context of this application, despite existing a wide variety of PCM that melt and crystallize in the desired temperature range, were only studied materials that could have real interest in the application to develop. Nevertheless, the main objective of this work, which was to identify the best PCM liable to be used in this application, could be achieved. Furthermore, it was also possible to understand the virtues and characteristic defects of this type of materials.