Desenvolvimento de sistema de estocagem de gás natural adsorvido assistida por material de mudança de fase

Resumo

Materiais de mudança de fase (PCM's do inglês phase change materials), têm recebido atenção crescente para aplicações em estocagem de energia. Recentemente, foi proposta a aplicação de PCM como coadjuvante na estocagem de gases por adsorção (ANG, do inglês adsorbed natural gas). Durante o carregamento do adsorvedor, o PCM recebe parte do calor de adsorção, funde-se e assim restringe o aumento de temperatura. Durante o ciclo de descarga, que é endotérmico, de modo inverso, calor de cristalização do PCM é liberado de modo a impedir um resfriamento excessivo do leito de adsorção. Consequentemente, o PCM acelera os ciclos de carregamento e descarregamento do adsorvedor. Além disso, ao reduzir a temperatura de carga e aumentar a de descarga, o PCM aumenta a capacidade do reservatório. Apesar de ter sido demonstrado que a associação de PCM a sistemas ANG melhora o seu desempenho nos aspectos citados, há algumas lacunas importantes no conhecimento de sistemas ANG-PCM, que serão abordadas nesta pesquisa, a saber: (a) distribuição ótima de PCM no interior do reservatório; (b) comportamento adequado do PCM quanto à sua cristalização.A melhor forma de distribuir os PCM no interior de um reservatório de ANG será investigada experimentalmente em uma unidade em escala de bancada, provida de instrumentação para mensuração das taxas de adsorção e dessorção de gás, bem como da evolução da temperatura em cada ciclo. Os resultados experimentais serão comparados a resultados teóricos de otimização topológica, atualmente objeto de projeto CEPID FAPESP-Shell, coordenado pelo Prof. Emílio Carlos Nelli Silva. O comportamento dos PCMs com relação ao subresfriamento e a estabilidade de interface serão abordados à luz de teoria de cristalização, uma vez que fenômenos de cristalização de PCM são escassamente estudados. Serão realizados estudos experimentais tanto em escala micrométrica (em microscópio ótico) quanto de laboratório (unidade de "dedo frio"). Os fenômenos de cristalização observados experimentalmente serão analisados teoricamente nos seus aspectos termodinâmico (previsão da faixa de temperaturas de fusão), cinético (subresfriamento e taxa de crescimento cristalino) e morfológico (estabilidade da interface sólido-líquido).Espera-se que esta pesquisa contribua para o conhecimento do projeto de PCMs eficientes para estocagem de gás, relativamente à quantidade de PCM requerida, à sua temperatura de operação e à taxa de transporte de calor. Tais características são importantes para possibilitar curtos tempos de carga e descarga, bem como alta capacidade de estocagem.Este trabalho insere-se no escopo do projeto RCGI - Research Center for Gas Innovation, apoiado pela FAPESP (projeto nr. 2014/50279-4). (AU)