Análise computacional do uso de nanofluídos em sistemas de armazenamento térmico para energia nuclear
Autor
Caroline Fernandes Farias
Orientador
- Orientador Guilherme Borges Ribeiro
Área de Concentração
Propulsão Espacial e Hipersônica
Programa
Ciências e Tecnologias Espaciais
Data de Defesa
26/06/2020
Número da Tese
76928
Resumo
O projeto TERRA (Tecnologia de Reatores Rápidos Avançados), conduzido pelo Instituto de Estudos Avançados (IEAv), tem como objetivo de longo prazo desenvolver tecnologias a fim de projetar e construir microrreatores rápidos de energia elétrica com a finalidade de alimentar eletricamente equipamentos de veículos espaciais. No entanto, variações bruscas de demanda de energia costumam ocorrer em aplicações espaciais, assim, os reatores nucleares estão comumente sujeitos a demandas de energia significativamente variáveis, que podem afetar negativamente o fator de capacidade efetiva do reator e resultar em severas penalidades, como desperdício e uso ineficiente de material físsil do reator. Portanto, objetiva-se armazenar o excesso de energia térmica, de forma que possa ser extraído posteriormente durante os tempos de carga máxima, com o uso de um sistema de armazenamento de calor latente usando materiais de mudança de fase. Visando elevar as taxas de transferência de calor sem aumentar o tamanho dos equipamentos, sólidos metálicos em nano-partícula podem ser dissolvidos nos líquidos para aumentar a condutividade térmica da mistura. Assim, este trabalho tem como objetivo avaliar a utilização de alumina e óxido de cobre em um sistema de armazenamento térmico de alta temperatura. Em uma análise preliminar, aponta-se que a alumina reduz o tempo de carga do material de mudança de fase em 15%, contra uma redução de até 10% com a adição de óxido de cobre, em 5% de volume na base de parafina. Na aplicação de alta temperatura, com o material base de NaCl, o desempenho da alumina se mostrou superior ao desempenho apresentado pelo óxido de cobre, apresentando uma redução de 12% contra aproximadamente 10% de CuO. Isto porque o aumento de massa específica no nanofluido NaCl-CuO torna-se muito relevante para a definição das propriedades térmicas, o que afeta diretamente a performance do trocador de calor. Com isto, o estudo apresenta bons resultados para a aplicação de nanofluidos em armazenadores térmicos com viés espacial, podendo contribuir com a segurança e eficiência do projeto TERRA.
