O que é armazenamento de calor latente – LHS – Definição

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. Engenharia Térmica

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

Energia microscópica - energia internaNa 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.

Usina Solar PS10 na Espanha.  Fonte: wikipedia.org Licença: CC BY 2.0
Usina Solar PS10 na Espanha. Fonte: wikipedia.org Licença: CC BY 2.0

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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