Análise do desempenho de um sistema de armazenamento de energia térmica utilizando escória de aço

Abstract

A crescente demanda por soluções sustentáveis em matrizes energéticas tem impulsionado o desenvolvimento de tecnologias de armazenamento de energia, essenciais para viabilizar uma maior participação de fontes renováveis em setores industriais. Dessa forma, o armazenamento de energia térmica (TES) destaca-se como uma alternativa eficiente para mitigar a intermitência da fonte solar, promovendo estabilidade no fornecimento energético. Este trabalho analisa o processo de carregamento térmico de um leito fixo utilizando escória de aço, um subproduto da indústria siderúrgica como material de armazenamento. A metodologia adotada baseou-se em simulações numéricas realizadas pela integração do ANSYS Fluent e ANSYS Rocky, permitindo avaliar o desempenho térmico sob diferentes condições operacionais. Foram analisados os efeitos da variação do tipo de escória, do diâmetro médio das partículas, da porosidade do leito, da vazão e da temperatura do fluido de trabalho. Os resultados demonstraram que a escória tipo C apresentou um aquecimento significativamente mais rápido, enquanto a escória de Forno Elétrico a Arco (FEA) exigiu aproximadamente o dobro do tempo para atingir a temperatura do HTF. Contudo, a escória FEA destacou-se pela maior capacidade de armazenamento, acumulando cerca de 11.237 kJ a mais em relação à escória tipo C. Observou-se também que partículas de menor diâmetro favoreceram a transferência de calor devido ao aumento da área de contato entre o fluido e o material sólido, embora tenham provocado um acréscimo expressivo na perda de carga, que pode chegar a ser até duas vezes maior. Além disso, verificou-se que tanto a porosidade do leito quanto a vazão do fluido exerceram influência direta sobre o tempo de carregamento, quando foram empregadas vazões de 0,5 kg/s e 1,0 kg/s, o tempo de carregamento foi reduzido em aproximadamente 45,8% e 68%, respectivamente, em comparação à condição inicial de 0,225 kg/s. Conclui-se que a escória de aço, além de viável tecnicamente, representa uma solução sustentável ao agregar valor a um resíduo de indústrias siderúrgicas, contribuindo para a eficiência energética e a redução de impactos ambientais.