DESCRIÇÃO NUMÉRICA DO PROCESSO DE FUSÃO EM UM TANQUE DE ARMAZENAMENTO TÉRMICO
DOI:
https://doi.org/10.59627/cbens.2022.1061Palavras-chave:
Armazenamento de Energia, Phase-Change Material (PCM), Método das LinhasResumo
Um tanque cilíndrico de armazenamento energético, presente em um sistema de aquecimento, é estudado neste trabalho. O emprego de um material que sofre mudança de fase em um tanque de armazenamento energético permite o uso de tanques menores, já que o calor latente de fusão é muito superior ao calor sensível, para as variações de temperatura obtidas com coletores solares. A fim de prever o comportamento diurno do tanque, período no qual a energia é continuamente armazenada, emprega-se um modelo da literatura baseado no método entalpia. Com modificações na estratégia de resolução numérica da literatura, propõe-se uma correção na equação empregada para a entalpia de modo a torná-la contínua e também a integração direta do sistema de equações algébrico-diferenciais, resultante da discretização do modelo nas 2 direções espaciais em volumes finitos, num integrador comercial do MATLAB. A rotina de integração empregada permite o controle dos erros, o que é mais difícil de ser realizado empregando-se o método de Euler Implícito usado no trabalho da literatura. Mais além, nesta nova metodologia, não se faz mais necessário o uso de propriedades constantes (calores específicos e condutividades térmicas). O sistema simulado emprega CCHH (Cloreto de Cálcio Hexahidratado) no tanque de armazenamento e água como fluido de transferência de calor. O tempo simulado de fusão completa foi empregado para a análise de convergência da malha e considerou-se convergida a solução com 17 divisões tanto na direção radial quanto axial. A diferença de cerca de 10% no tempo de fusão em relação ao obtido na literatura pode estar associado ao uso de um método de 1ª ordem para a integração temporal pelos autores. Apresentam-se os perfis temporais, radiais e axiais de temperatura no tanque e verificou-se que todos são coerentes fisicamente.
Downloads
Referências
Aneke, M., Wang, M., 2016. Energy storage technologies and real life applications – A state of the art review. Applied Energy, vol. 179, p. 350–377.
Esen, A., Kutluay, S., 2004. A numerical solution of the Stefan problem with a Neumann-type boundary condition by enthalpy method, Applied Mathematics and Computation, vol. 148, n. 2, p. 321–329.
Esen, M., Durmus, A., Durmus, A., 1998. Geometric design of solar-aided latent heat store depending on various param-eters and phase change materials, Solar Energy, vol. 62, n. 1, pp. 19–28.
Incropera, F.P., Lavine, A.S., Bergman, T.L., DeWitt, D.P., 2007. Fundamentals of heat and mass transfer, John Wiley Sons.
Rohsenow, W., Hartnett, J., Cho, Y., 1998. Handbook of Heat Transfer Fundamentals, McGraw-Hill.
Wu, M., Liu, L., Ding, J., 2017. An enthalpy method based on fixed-grid for quasi-steady modeling of solidification/melt-ing processes of pure materials. International Journal of Heat and Mass Transfer, v. 108, p. 1383–1392.