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Design construtal de uma atleta em cada cavidade retangular contendo PCM

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Autor Becker, Fábio;
Lattes do autor http://lattes.cnpq.br/8529366296347363;
Orientador Oliveski, Rejane de Césaro;
Lattes do orientador http://lattes.cnpq.br/2395367769553765;
Co-orientador Rocha, Luiz Alberto Oliveira;
Lattes do co-orientador http://lattes.cnpq.br/2535324018884724;
Instituição Universidade do Vale do Rio dos Sinos;
Sigla da instituição Unisinos;
País da instituição Brasil;
Instituto/Departamento Escola Politécnica;
Idioma pt_BR;
Título Design construtal de uma atleta em cada cavidade retangular contendo PCM;
Resumo A utilização de energia térmica é uma forma eficiente de armazenamento de energia e pode ser aplicada em várias áreas, tais como indústria automotiva, de construção civil, plantas de energia solar e em componentes eletrônicos. Das possíveis formas de armazenamento térmico, o calor latente é o mais atrativo, por apresentar alta capacidade de armazenamento de energia em temperatura constante. Muitos estudos concentram-se na utilização de materiais de mudança de fase (PCM - Phase Change Material) como forma de armazenamento de energia. Porém, devido a sua baixa condutividade térmica, faz-se necessária a implementação de técnicas de aprimoramento da transferência de calor. Dentre as possíveis técnicas existentes, a utilização de aletas é a mais difundida. Assim, torna-se importante a análise da melhor dimensão das mesmas, para que o processo na qual estão inseridas, possa ser otimizado. Este trabalho tem como objetivo a verificação da influência da razão de aspecto de uma aleta em uma cavidade retangular, contendo PCM ácido láurico, em processo de fusão. Os resultados foram obtidos através de simulação numérica por CFD, utilizando-se o método dos volumes finitos. O modelo matemático é baseado nas equações da conservação da massa, quantidade de movimento e conservação da energia, sendo o processo de mudança de fase baseado no modelo entalpia-porosidade. O modelo matemático foi validado com resultados experimentais da literatura e as malhas computacionais foram verificadas pelo método GCI. Foram simuladas 09 razões de aspecto da aleta e 09 frações entre área da cavidade e área da aleta, totalizando 78 configurações. Com estes resultados foi aplicado o método Design Construtal para determinar a razão de aspecto ótima para cada fração de área, a qual minimiza o tempo total do processo de fusão do PCM. Em todas as frações de área analisadas, constatou-se que, quanto maior a razão de aspecto da aleta, maior foi o tempo total do processo de fusão. Já para um mesmo valor de razão de aspecto constatou-se que quanto maior a fração de área, menor foi o tempo total do processo.;
Abstract The use of thermal energy is an efficient form of energy storage and can be applied in various areas such as automotive industry, building industry, solar power plants and electronic components. Of the possible forms of thermal storage, latent heat is the most attractive, because it presents high energy storage capacity at constant temperature. Many studies focus on the use of Phase Change Material (PCM) as a form of energy storage. However, due to its low thermal conductivity, it is necessary to implement techniques of heat transfer enhancement. Among the possible existing techniques, the use of fins is the most widespread. Thus, it is important to analyze the best dimension of them, so that the process in which they are inserted, can be optimized. This work aims to verify the influence of the aspect ratio of a fin in a rectangular cavity, containing PCM lauric acid, in the process of melting. The results were obtained through numerical CFD simulation, using the finite volume method. The mathematical model is based on the equations of mass conservation, amount of movement and conservation of energy, being the phase change process based on the enthalpy-porosity model. The mathematical model was validated with experimental results from the literature and the computational meshes were verified by the GCI method. We simulated 09 fin aspect ratios and 09 fractions between cavity area and fin area, totalizing 78 configurations. With these results the Construtal Design method was applied to determine the optimum aspect ratio for each area fraction, which minimizes the total time of the PCM fusion process. In all the fractions of area analyzed, it was found that the larger the aspect ratio of the fin, the longer the total time of the fusion process. For the same value of aspect ratio, it was found that the larger the fraction of area, the smaller the total time of the process.;
Palavras-chave Materiais de mudança de fase (PCM); Simulação numérica; Design construtal; Razão de aspecto; Phase change materials (PCM); Numerical simulation; Design construtal; Aspect ratio;
Área(s) do conhecimento ACCNPQ::Engenharias::Engenharia Mecânica;
Tipo Dissertação;
Data de defesa 2019-03-27;
Agência de fomento CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior;
Direitos de acesso openAccess;
URI http://www.repositorio.jesuita.org.br/handle/UNISINOS/8660;
Programa Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica;


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