Reformular o futuro energético: protótipo virtual para análise da armazenagem de calor latente

Abstract

A dependência de energia proveniente de fontes não renováveis é uma crescente preocupação para o ser humano. Neste sentido, o estudo de novos mecanismos e modos de armazenar energia é cada vez mais relevante para que a energia proveniente de fontes renováveis esteja disponível quando necessária. Os materiais de mudança de fase são os mais utilizados para o armazenamento de energia sob a forma de calor latente. Assim, a presente dissertação tem por objetivo desenvolver um protótipo virtual, com o intuito de estudar estes materiais, com recurso ao método das diferenças finitas. Numa primeira fase, foi necessária a validação do método utilizado sendo que, para o efeito, utilizaram-se resultados experimentais de um trabalho prá tico realizado anteriormente. Uma vez validado o método, deu-se início aos ensaios numéricos onde, primeiramente, se efetuaram estudos com o objetivo de determinar a melhor geometria para o protótipo em estudo. Uma vez determinada a melhor geometria, estudaram-se diferentes caudais mássicos e, seguidamente, com a melhor geometria e melhor caudal mássico, diferentes PCMs. Terminados estes ensaios numéricos avaliaram-se, individualmente, as diferentes propriedades termofísicas do material. Estes estudos permitiram concluir que cada um destes parâmetros (geometria, caudal mássico e PCM) têm grande influência na transferência de calor entre o PCM e o fluido operante. Contudo, a maior influência para essa transferência está assente nas propriedades termofísicas do PCM, principalmente, na sua baixa condutividade térmica.

The dependence on non-renewable energy sources it’s a major concern to society. With this problem in mind, the study of new thermal energy storage is vital to assure that the renewable energy is supplied when in demand. Phase change materials are the most used in latent heat energy storage, therefore, the present work, in order to create a numeric model aiming to study this materials, applies the finite difference method. Firstly, the model must be validated and, to achieve this purpose, a comparision with experimental re sults, obtained from an experience previously made, and the results produce by the model was performed. Once the method was validated, the numerical studies took place. Initially, this studies evaluated the best geometry, after this study took place, the best mass flow rate, in the heat transfer between the PCM and the fluid, was determined using the geometry previously selected. The next step was to study different types of PCM, with the same purpose as before. Once determined the best geometry, mass flow rate and PCM, the evaluation of different thermal-physical properties was made, bearing in mind that each property was evaluated individually. These different studies allowed us to conclude that each parameter (geometry, mass flow rate and PCM) influences the heat transfer behavior between the PCM and the fluid. However, it’s the PCM thermal-physical properties that makes the biggest influence, especially, its low thermal conductivity