Simulação de um sistema de armazenamento térmico TES para aplicação em usinas solares do tipo CSP

Abstract

O presente trabalho teve como objetivo desenvolver um modelo numérico de um sistema de armazenamento de energia térmica (TES), consistiu num meio do tipo poroso que armazena energia em forma de calor sensível. O modelo proposto considera um sistema de duas equações diferenciais, que definem o balanço de energia das duas fases envolvidas, o fluido de transferência e o sólido poroso. Estas duas equações estão inter-relacionadas pela transferência de calor por convecção. Para definir alguns parâmetros do modelo matemático, foram realizadas simulações 3D numéricas por médio de um software da dinâmica dos fluidos computacional (CFD). As simulações estacionárias consideraram variados comprimentos do meio poroso, como resultado, uma correlação empírica entre os números de Nusselt, Reynolds e Prandtl foi proposta. Os resultados do modelo e das simulações mostraram uma boa concordância, tanto na temperatura de saída do fluido, como na energia térmica armazenada no sólido. Em seguida, usando o modelo proposto, foram estudados os ciclos de carga e descarga do sistema para avaliar a sua evolução termodinâmica. Depois de alguns ciclos, o sistema de armazenamento chegou a um estabilidade térmica, mantendo estável os perfis de temperatura das fases no fim de cada processo de carga e descarga térmica. As curvas de eficiências em função dos parâmetros do comprimento e fluxo foram também elaboradas. Os resultados das analises anteriores estiveram dentro do esperado para este tipo de sistema, mostrando assim que o modelo proposto pode ser uma ferramenta útil e rápida para a analise operacional de este tipo de sistemas.