Influência da excentricidade e proporção de massa no processo de fusão de PCM em trocadores de calor de múltiplos anéis

Armazenadores térmicos constituem um importante sistema para armazenamento de energia, possuindo ampla faixa de utilização dentro da engenharia. Dentre os tipos existentes, os de calor latente oferecem vantagens em relação aos demais, contudo, ainda possuem algumas limitações para sua aplicação, sendo uma das principais a baixa condutividade térmica dos materiais utilizados para o armazenamento da energia. Neste estudo, é investigada a influência da combinação de diferentes geometrias, excentricidades e proporções de massa entre anéis no processo de fusão de material de mudança de fase (PCM) em um armazenador de energia térmica de múltiplos anéis. O estudo foi realizado por fluidodinâmica computacional considerando um domínio bidimensional. O PCM analisado foi o RT82. Para todos os arranjos analisados foram mantidas constantes a área de troca térmica e a massa de PCM do sistema. O modelo numérico utilizado é composto pelas equações da quantidade de movimento, conservação de massa e energia, acrescidas do modelo de mudança de fase. A validação numérica foi realizada utilizando resultados experimentais retirados da literatura. Os resultados do estudo revelam que a geometria de seção quadrada horizontal proporcionou os menores tempos de fusão do PCM comparando proporção de massa entre anéis e excentricidades equivalentes. O aumento da razão de proporção de massa entre os anéis contendo PCM contribuiu para a redução do tempo total de fusão no sistema ocasionada principalmente pela redução da quantidade de massa no anel externo, aumentando, consequentemente, a taxa de fusão nele. A excentricidade dos tubos contribuiu para reduzir o tempo total de fusão, distribuindo a massa da região inferior para a região superior dos anéis onde ocorrem as maiores taxas de fusão, contudo há uma limitação, pois, valores elevados de excentricidade elevam demasiadamente a quantidade de massa na região superior reduzindo a taxa de fusão. A combinação entre o aumento da razão de proporção de massa entre os anéis e da excentricidade auxiliaram na redução do tempo de fusão do PCM, sendo que a combinação ótima foi a do arranjo com geometria quadrada horizontal, 𝜓 = 26/74 %/% e 𝜃 = 10 mm, obtendo um tempo total de 54,5 min.