Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10773/41628
Title: Sistema ativo de armazenamento de frio com materiais de mudança de fase com controlo inteligente
Other Titles: Intelligently controlled active cold storage system with phase change materials
Author: Duarte, Joaquim Maria Matos
Advisor: Ferreira, Jorge Augusto Fernandes
Costa, Vítor António Ferreira da
Keywords: Máquina frigorífica doméstica
Material de mudança de fase
Sistema ativo
Load shifting
Calor latente
Transferência de calor
Defense Date: 7-Dec-2023
Abstract: A energia elétrica desempenha um papel fundamental no mundo interligado e tecnológico dos dias de hoje. A procura de eletricidade tem aumentado continuamente ao longo da última década e não está previsto que abrande, devido a vários fatores como a urbanização e os avanços tecnológicos. Manter uma infraestrutura da rede elétrica robusta e resiliente é necessário para o aumento constante da procura de energia elétrica e para a prevenção de falhas de energia. Isto pode ser alcançado com o planeamento e implementação de estratégias de forma a influenciar os padrões de consumo de eletricidade dos consumidores (Demand Side Management). Tendo isto em conta, nesta dissertação é desenvolvido um protótipo de um sistema ativo de armazenamento de frio com um material de mudança de fase (PCM) numa arca frigorífica doméstica, capaz de transferir o consumo de eletricidade de períodos de elevada procura para períodos de pouca procura (load shifting ). A transferência de energia térmica no protótipo ocorre entre o evaporador da arca e o material de mudança de fase (PCM) através de um fluído intermediário, posto em circulação por uma bomba elétrica. O PCM escolhido foi a solução eutética aquosa de cloreto de amónio (H₂O + NH₄Cl). Foi desenvolvido um modelo para quantificar a transferência de energia térmica no PCM. Os resultados foram bastantes satisfatórios, demonstrando-se numa simulação de um caso de load shifting que o protótipo é capaz de transferir todo o consumo de eletricidade do período de ponta para o período de vazio, tendo por base uma tarifa bi-horária de eletricidade em Portugal. Com o desenvolvimento deste protótipo provou-se que a implementação ativa de uma “bateria térmica” composta por PCM em máquinas frigoríficas domésticas é uma opção válida, em detrimento da utilização de baterias eletroquímicas para load shifting.
Electrical energy plays a fundamental role in today’s interconnected and technological world. The demand for electricity has been steadily increasing over the last decade and it is not expected to slow down, due to various factors such as urbanization and technological advances. Maintaining a robust and resilient electrical grid infrastructure is necessary for the constant increase in demand for electrical energy and the prevention of power outages. This can be achieved by planning and implementing strategies to influence consumers’ electricity consumption patterns (Demand Side Management). Taking this into account, this dissertation develops a prototype of an active cold storage system with a phase change material (PCM) in a domestic freezer, capable of transferring electricity consumption from periods of high demand to periods of low demand (load shifting). The transfer of thermal energy in the prototype occurs between the freezer’s evaporator and the phase change material (PCM) through an intermediate fluid, circulated by an electric pump. The PCM chosen was the aqueous eutectic solution of ammonium chloride (H₂O + NH₄Cl). A model for quantify the thermal energy transferred in the PCM was developed. The results were quite satisfactory, demonstrating in a simulation of a load shifting case that the prototype is capable of transferring all electricity consumption from the peak period to the off-peak period, based on a bi-hourly electricity tariff in Portugal. With the development of this prototype, it was proven that the active implementation of a “thermal battery” composed of PCM in domestic refrigeration machines is a valid option, to the detriment of the use of electrochemical batteries for load shifting.
URI: http://hdl.handle.net/10773/41628
Appears in Collections:UA - Dissertações de mestrado
DEM - Dissertações de mestrado

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