Modelagem e simulação de um sistema combinado de um motor termomagnético e um sistema PV/T

Abstract

Energia é um insumo vital para a sociedade. O aquecimento global e a crescente demanda por energia impulsionam a busca por fontes renováveis e pelo aproveitamento de fontes residuais

de baixa temperatura. Nesse contexto, esta tese tem como objetivo modelar e simular o funci- onamento de um sistema combinado, composto por um motor termomagnético de movimento

alternado e um sistema fotovoltaico/térmico (PV/T). Ambos os sistemas foram modelados in- dividualmente no Matlab, utilizando o método dos volumes finitos, e posteriormente acoplados

para operação conjunta. Um ímã permanente foi considerado como fonte de campo magnético para o motor, sendo realizada uma análise paramétrica no software COMSOL para avaliar a relação entre a abertura do circuito e o campo magnético gerado. Gadolínio e um composto de LaFeSi hidrogenado foram utilizados como materiais de trabalho do motor. O desempenho do motor foi avaliado com base na variação de parâmetros operacionais, como a temperatura dos

reservatórios térmicos, a força de restituição do sistema e o tipo de material magnético. No mo- delo do sistema PV/T, foram implementados o modelo de radiação e o método das diferenças

finitas. Entre os principais resultados, destaca-se que, no caso do ímã permanente, aberturas

maiores no circuito magnético produziram maior densidade de energia magnética. O motor ter- momagnético utilizando gadolínio gerou uma potência máxima de 1,1 W para uma diferença

de temperatura de 40 K, enquanto a liga à base de LaFeSi apresentou uma potência de 0,79 W para uma diferença de temperatura de 13 K. Comparando os materiais sob os mesmos aspectos, o composto de LaFeSi demonstrou melhor desempenho em relação ao gadolínio. No sistema PV/T, a maior irradiância foi observada no mês de novembro, considerando o sistema inclinado em 23°, e a temperatura máxima da água no tanque atingiu 321 K, com capacidade de 100 L. O sistema combinado operou de forma alternada, com o sistema PV/T funcionando durante o dia e o motor durante a noite. Nessa combinação, o sistema fechado, com um tanque de 300 L acionando 75 motores simultaneamente, produziu o maior trabalho líquido, de 1227,75 J. O caso que apresentou o maior tempo de operação foi o do motor único acionado pelo tanque de 200 L, com um tempo de funcionamento de 3 h.