Utilização de materiais com mudança de fase em sistemas de acumulação de energia térmica - Vitorino, Nuno Miguel Dias (2009)
Actualmente a sociedade depara-se com a necessidade de utilização racional e eficiente da energia. O armazenamento de calor ou de frio é uma das bases de muitos estudos e desenvolvimentos, incluindo a utilização de materiais com mudança de fase (PCMs – Phase Change Materials) (Zalba, Marin et al. 2003). O presente trabalho incide na avaliação da utilização de PCMs em aplicações de regulação térmica. Foi desenvolvido um método de diferenças finitas para descrever a transferência de calor com mudança de fase, admitindo geometria planar. O método inclui uma transformação matemática de fronteiras móveis e apresenta estabilidade sem restrições e excelente convergência. O confronto com soluções analíticas existentes para casos particulares também demonstrou a precisão deste método de diferenças finitas. As soluções do método de diferenças finitas serviram de base para demonstrar as condições de aplicabilidade de modelos de transferência de calor em regime quase estacionário, cuja simplicidade permite a análise de configurações muito mais complexas. Em particular, foram desenvolvidos códigos numéricos para descrever fenómenos de regulação térmica por acumulação de calor em PCMs, sob a acção de um fluxo de água quente, e posterior descarga de calor para um fluxo de água fria. Dedicou-se especial atenção aos tempos de resposta, relacionados com requisitos de elevadas potências de carga/descarga. Para tentar dar resposta ao problema enunciado foram analisadas as respostas de duas configurações alternativas. O primeiro conceito consistiu num reservatório rodeado por uma camada de PCM, responsável pela acumulação de calor em períodos normais de funcionamento do sistema e posterior descarga de calor para um fluxo temporário de água fria, quando o sistema é novamente posto em funcionamento. Os tempos de resposta deste conceito são desadequados para efeitos de regulação térmica. O segundo conceito consiste num reservatório parcialmente preenchido por esferas de PCM encapsulado. Neste caso, os tempos de resposta podem tornar possível a regulação térmica, dependendo da optimização das propriedades do PCM e do tamanho das respectivas cápsulas.