Estudo numérico da mudança de fase de PCMs em cavidades cilíndricas
| Orientador(a) (dc.contributor.advisor) | Oliveski, Rejane de Césaro | |
| Lattes Orientador(a) (dc.contributor.advisorLattes) | http://lattes.cnpq.br/2395367769553765 | pt_BR |
| Autor(a) (dc.contributor.author) | Estrázulas, Jutaí Juarez | |
| Autor(a) Lattes (dc.contributor.authorLattes) | http://lattes.cnpq.br/8187966746050379 | pt_BR |
| Data de Disponibilização (dc.date.accessioned) | 2015-10-26T16:14:39Z | |
| dc.date.available (dc.date.available) | 2015-10-26T16:14:39Z | |
| Data da defesa / Data do evento (dc.date.issued) | 2015-06-12 | |
| Abstract (dc.description.abstract) | Several residential, commercial and industrial applications focused on thermal management have their operating costs reduced when a thermal energy storage system is incorporated to them. This type of system can provide, can, for example, absorb thermal energy from solar source, heat reuse from industrial process or even from electrical power (during the time this is less expensive) and release it at a time that these heat sources are not present and the electrical power, if used, would be more expensive.The Phase Change Materials (PCMs), due to their high latent heat of fusion, are materials that represent a viable alternative to the implementation of thermal energy storage systems. However, many PCMs have not had their characteristics and fluid dynamics properties sufficiently investigated. Thus, this paper presents a numerical study of RT phase change materials family, inside cylindrical cavities, aiming at the thermal energy storage trough latent heat (LHTES). The study was conducted through a CFD numerical simulation, with ANSYS Fluent software. The numeric model adopted is two-dimensional and is composed by mass conservation, movement amount and energy equations. In addition, the enthalpy-porosity modeling technique was used. The computational mesh is hexaedric, with refinement along the walls of geometry and at the interface area between the PCM and air. The model was validated with numerical and experimental results available in the literature, achieving good results. The fusion process of five different PCMs (RT 4, RT 35, RT 35 HC (high capacity), RT 55 and RT 82) was evaluated, each one of them with three temperature ranges (T= 10, 20 e 30 °C). Furthermore, for T=10 °C, the PCMs RT 27, RT 35, RT 35 HC and RT 82 were tested for five different values of C constant (Mushy Zone) totaling thirty different situations. For PCMs RT 4, RT 35, RT 55 and RT 82, increasing T from 10 oC to 20 oC and from 10 oC to 30 oC, for liquid fraction between 0,4 and 0,8, the average reduction in fusion time were, approximately, 55.8% and 71.8% and the average increase in heat flow were 63% and 111% respectively. For RT 35 HC, the average reductions in fusion time were 51.6% and 67.8% for the same liquid fraction range and same T. The RT 35 HC, when compared to RT 35, has latent heat of fusion 41.1% greater and its fusion times are between 100% to 134% greater, depending on T used. | en |
| Resumo (dc.description.resumo) | 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. | pt_BR |
| Agência de fomento (dc.description.sponsorship) | CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior | pt_BR |
| URI (dc.identifier.uri) | http://www.repositorio.jesuita.org.br/handle/UNISINOS/4910 | |
| Idioma (dc.language) | pt_BR | pt_BR |
| Nome da instituição (dc.publisher) | Universidade do Vale do Rio dos Sinos | pt_BR |
| País da Instituição (dc.publisher.country) | Brasil | pt_BR |
| Departamento (dc.publisher.department) | Escola Politécnica | pt_BR |
| Sigla da Instituição (dc.publisher.initials) | Unisinos | pt_BR |
| Programa (dc.publisher.program) | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica | pt_BR |
| Direitos de acesso ao documento (dc.rights) | openAccess | pt_BR |
| Assunto (dc.subject) | Armazenamento térmico | pt_BR |
| Assunto (dc.subject) | PCM | pt_BR |
| Assunto (dc.subject) | CFD | pt_BR |
| Assunto (dc.subject) | Fluent | en |
| Assunto (dc.subject) | Thermal energy storage | en |
| Tema (CNPq) (dc.subject.cnpq) | ACCNPQ::Engenharias::Engenharia Mecânica | pt_BR |
| Título (dc.title) | Estudo numérico da mudança de fase de PCMs em cavidades cilíndricas | pt_BR |
| Tipo de arquivo (dc.type) | Dissertação | pt_BR |
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