Armazenamento de calor latente (LHS)
Uma abordagem comum ao armazenamento de energia térmica é usar materiais conhecidos como materiais de mudança de fase (PCMs). Esses materiais armazenam calor quando sofrem uma mudança de fase , por exemplo, de sólido para líquido, de líquido para gás ou de sólido para sólido (mudança de uma forma cristalina para outra sem mudança de fase física).
A mudança de fase “ sólido para líquido ” é a mais usada, mas também é interessante a mudança de sólido para sólido. Esses materiais podem ser usados como uma maneira eficaz de armazenar energia térmica (energia solar, eletricidade fora de pico, calor residual industrial). Em comparação com os sistemas sensíveis de armazenamento de calor, o armazenamento de calor latente tem as vantagens de alta densidade de armazenamento (devido ao alto calor latente de fusão ) e a natureza isotérmica do processo de armazenamento. O calor da fusão ou o calor da evaporação é muito maior que a capacidade específica de calor. A comparação entre armazenamento de calor latente e armazenamento de calor sensível mostra que no armazenamento de calor latente as densidades são tipicamente 5 a 10 vezes mais altas.
Em geral, os efeitos do calor latente associados à mudança de fase são significativos. O calor latente , conhecido também como entalpia de vaporização (mudança de fase de líquido para vapor) ou entalpia de fusão (mudança de fase de sólido para líquido), é a quantidade de calor adicionada ou removida de uma substância para produzir uma alteração na Estágio. Essa energia decompõe as forças atraentes intermoleculares e também deve fornecer a energia necessária para expandir a substância (o trabalho pΔV ). Quando o calor latente é adicionado, nenhuma mudança de temperatura ocorre.
Material de mudança de fase
Os materiais de mudança de fase (PCM) são materiais de armazenamento de calor latentes. É possível encontrar materiais com um calor latente de fusão e temperatura de fusão dentro da faixa desejada. O PCM a ser usado no projeto de sistemas de armazenamento térmico deve obter propriedades termofísicas, cinéticas e químicas desejáveis.
Propriedades termo-físicas
- Temperatura de transição de fase adequada para a aplicação específica.
- Alto calor latente de transição de fase para ocupar o volume mínimo possível. .
- Temperatura de fusão na faixa de temperatura operacional desejada.
- Calor específico alto para fornecer armazenamento de calor sensível significativo adicional.
- Alta condutividade térmica, a fim de minimizar o gradiente de temperatura e auxiliar no carregamento e descarregamento de energia dos sistemas de armazenamento.
- Pequenas alterações de volume na transformação de fase e pequena pressão de vapor em temperaturas operacionais para reduzir o problema de contenção.
Propriedades cinéticas
- Alta taxa de nucleação para evitar super-resfriamento da fase líquida.
- Alta taxa de crescimento de cristais, para que o sistema possa atender às demandas de recuperação de calor do sistema de armazenamento.
Propriedades quimicas
- Materiais não tóxicos, não inflamáveis e não explosivos por razões de segurança.
- Estabilidade química a longo prazo e ciclo completo de fusão / congelamento reversível.
- Sem degradação após um grande número de ciclos de congelamento / fusão.
- Baixa corrosividade
Finalmente, o material deve ser abundante, disponível e barato para ajudar na viabilidade do uso do sistema de armazenamento.
Há um grande número de PCMs, eles podem ser divididos em três grupos:
- PCMs orgânicos
- PCMs inorgânicos
- PCMs eutéticos
Como exemplo, o armazenamento de energia térmica pode ser usado na concentração de centrais solares (CSP), em que a principal vantagem é a capacidade de armazenar energia com eficiência, permitindo o envio de eletricidade por um período de até 24 horas. Em uma planta de CSP que inclui armazenamento, a energia solar é usada primeiro para aquecer o sal fundido ou o óleo sintético para armazenar energia térmica em alta temperatura em tanques isolados. Mais tarde, o sal fundido a quente é usado na produção de vapor para gerar eletricidade pelo turbo gerador a vapor, conforme a necessidade. O uso de calor latente e calor sensível na concentração de usinas de energia solar é possível com a entrada térmica solar de alta temperatura. Várias misturas eutéticas de metais, como alumínio e silício (AlSi12), oferecem um alto ponto de fusão (577 ° C) adequado para a geração eficiente de vapor,
Armazenamento de energia térmica
Na termodinâmica , energia interna (também chamada de energia térmica ) é definida como a energia associada a formas microscópicas de energia . É uma quantidade extensa , depende do tamanho do sistema ou da quantidade de substância que ele contém. A unidade SI de energia interna é o joule (J) . É a energia contida no sistema, excluindo a energia cinética do movimento do sistema como um todo e a energia potencial do sistema. As formas microscópicas de energia incluem aquelas devidas à rotação , vibração, translação e interaçõesentre as moléculas de uma substância. Nenhuma dessas formas de energia pode ser medida ou avaliada diretamente, mas técnicas foram desenvolvidas para avaliar a mudança na soma total de todas essas formas microscópicas de energia.
Além disso, a energia é armazenada nas ligações químicas entre os átomos que compõem as moléculas. Esse armazenamento de energia no nível atômico inclui energia associada a estados orbitais de elétrons, rotação nuclear e forças de ligação no núcleo.
A energia térmica também pode ser armazenada de maneira muito eficaz. Atualmente, a situação nos mercados de energia é diferente. O aumento dos preços das fontes convencionais de energia e a conscientização ambiental levaram ao aumento do uso de energias renováveis e da eficiência energética. O armazenamento de energia térmica é um componente essencial de uma usina para melhorar sua indisponibilidade, especialmente para concentrar usinas de energia solar (CSP). O armazenamento de energia térmica (TES) é alcançado com tecnologias amplamente diferentes. Existem três métodos utilizados e ainda estão sendo investigados para armazenar energia térmica.
- Armazenamento de calor sensível (SHS)
- Armazenamento de calor latente (LHS)
- Armazenamento termoquímico
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