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Análise de regeneradores magnético-ativos do tipo multicamadas

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2017-06-27T04:04:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1
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Previous issue date: 2016 / Nos últimos anos, devido a um crescimento na conscientização em relação à redução do consumo energético e dos impactos ambientais, tecnologias alternativas de refrigeração vêm sendo investigadas. Neste contexto, a refri-geração magnética, baseada no efeito magnetocalórico (EMC), tem se mos-trado uma promissora alternativa. O principal componente de um sistema de refrigeração magnética é o regenerador magnético ativo (active magnetic regenerator, AMR), o qual, através de um ciclo termodinâmico regenerati-vo, permite transferir calor de uma fonte fria para uma fonte quente através de um trabalho magnético. Durante a operação de um AMR, ao atingir o regime permanente cíclico, um perfil de temperaturas é estabelecido ao longo do comprimento do regenerador. Portanto, com o intuito de maximi-zar o EMC ao longo de todo o regenerador, diferentes materiais magnetoca-lóricos (MMCs) com diferentes temperaturas de Curie ( ) são alinhados ao longo do comprimento do regenerador. Neste trabalho de dissertação, foram avaliados numericamente AMRs de uma a quatro camadas, por meio da variação do comprimento e do MMC constituinte de cada camada. Para isso, foram considerados os parâmetros operacionais de um aparato experi-mental já desenvolvido na Universidade de Victoria (Canadá). Propriedades magnetocalóricas obtidas experimentalmente para o gadolínio (Gd) foram utilizadas para simular outras três ligas de Gd1-xYx (gadolínio-ítrio), com = 277 K (x = 0,075), = 283 K (x = 0,050) e = 286 K (x = 0,025). A análise de AMRs multicamadas foi realizada com um modelo numérico de AMR, avaliando o desempenho dos regeneradores em termos da capacidade de refrigeração. Assim, os AMRs ótimos são encontrados quando uma de-terminada combinação de MMCs fornece o maior valor de capacidade de refrigeração, para uma dada condição de operação. Observou-se que, de um modo geral, a capacidade de refrigeração tende a aumentar com o número de camadas, especialmente para maiores diferenças de temperatura entre as fontes. O desempenho dos AMRs foi também avaliado através de três mé-tricas diretamente relacionadas com o EMC dos MMCs. A métrica denomi-nada efeito refrigerante (refrigerant capacity, ) se mostrou como um parâmetro conveniente para avaliar o desempenho dos regeneradores, sendo proposta como uma alternativa mais prática para auxiliar na determinação das configurações ótimas de AMRs do tipo multicamadas, uma vez que sua aplicação não depende do uso de um modelo numérico para ser avaliada.<br> / Abstract : In recent years, due to increased awareness regarding the reduction of ener-gy consumption and environmental impact, alternative refrigeration tech-nologies have been investigated. In this context, magnetic refrigeration, a technology based on the magnetocaloric effect (MCE), appears as a promis-ing alternative. The main component of a magnetic refrigeration system is the active magnetic regenerator (AMR) which, through a regenerative ther-modynamic cycle, allows the transfer of heat from a cold source to a hot source by means of magnetic work. During the operation of an AMR, after the cyclic steady state is reached, a temperature profile is established along the regenerator. Therefore, in order to maximize the MCE throughout the regenerator, different magnetocaloric materials (MCMs) with different Curie temperatures ( ) are positioned along the regenerator. In this disser-tation, AMRs with one to four layers were evaluated numerically as a func-tion of the length and the type of MCM in each layer. For that, the opera-tional parameters of an experimental apparatus already developed at the University of Victoria (Canada) were considered. Experimental magnetoca-loric properties of gadolinium (Gd) were employed to simulate three differ-ent Gd1-xYx alloys, with = 277 K (x = 0.075), = 283 K (x = 0.050) and = 286 K (x = 0.025). The analysis of multilayer AMR was performed using an AMR numerical model, where the performance of the regenerators was evaluated in terms of the cooling capacity. Thus, optimized AMRs are found when a given combination of MMCs provides the highest cooling capacity for a given operating condition. It has been observed that, in gen-eral, the cooling capacity tends to increase with the number of layers, espe-cially for larger temperature differences between the sources. The perfor-mance of the AMRs was also evaluated through three metrics directly relat-ed to the MCE of the MCMs. The metric called refrigerant capacity ( ) proved to be a very feasible alternative to evaluate the performance of re-generators, being proposed as a more practical alternative to assist in the determination of the optimal configurations of multilayer AMRs, since this method does not depend on the use of a numerical model to be evaluated.

Identiferoai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufsc.br:123456789/176649
Date January 2016
CreatorsCararo, Jean Eduardo
ContributorsUniversidade Federal de Santa Catarina, Barbosa Junior, Jader Riso, Lozano Cadena, Jaime Andrés
Source SetsIBICT Brazilian ETDs
LanguagePortuguese
Detected LanguagePortuguese
Typeinfo:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis
Format138 p.| il., gráfs., tabs.
Sourcereponame:Repositório Institucional da UFSC, instname:Universidade Federal de Santa Catarina, instacron:UFSC
Rightsinfo:eu-repo/semantics/openAccess

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