Fluido de armazenamento e materiais do tanque

Kuravi et al. (2013) em seu artigo de revisão elencaram alguns dos critérios principais para seleção do meio de armazenamento. Os autores afirmam que este material deve ser escolhido de forma bastante criteriosa, onde devem ser considerados o custo, as propriedades e reatividade térmica, bem como a estabilidade tanto térmica quanto química do material, visto que o meio de armazenamento sofrerá diversos ciclos de carga e descarga, permitindo o projeto de um sistema robusto para incontáveis ciclos. Esses critérios limitam drasticamente o acervo de materiais que podem ser aplicados ao armazenamento térmico.

Kearney et al. (2004) realizaram um estudo buscando investigar a viabilidade de se utilizar sais fundidos como HTF e como fluido de armazenamento visando melhorar o desempenho do sistema e diminuir os custo de geração de energia. O estudo foi conduzido para dois sais, um composto binário de 60% de NaNO3 e 40% de KNO3, comumente

conhecido como sal solar e um composto ternário de 48% de Ca(NaO3)2, 7% de NaNO3 e

45% de KNO3, comercialmente conhecido como HitecXL. Os autores afirmam que com

a utilização destes sais fundidos como meio de armazenamento e HTF, a temperatura de saída do campo solar pode ser elevada para 450-500 ◦C. Se comparados aos sistemas que até então utilizavam óleos sintéticos como material de armazenamento e HTF, estas temperaturas mais elevadas podem atingir eficiências de 40%, além de serem mais baratos e menos nocivos ao meio ambiente.

Herrmann et al. (2004) em análise semelhante ao trabalho de Kearney et al. (2004), afirmaram que sais de nitrato inorgânicos são preferíveis como meio de armazenamento pois apresentam combinações favoráveis das suas propriedades, tais como massa específica, calor específico a pressão constante, baixa reatividade química, baixa pressão de vapor e baixo custo. Os autores também afirmam que é necessária atenção à temperatura de solidificação destes sais e que a temperatura mínima do sistema deve ser superior a esta temperatura para evitar problemas de cristalização do material de armazenamento nos tubos e trocadores de calor da planta.

Ferri et al. (2008) desenvolveram através de experimentos realizados no ENEA

Cassica Reasearch Centre, uma ferramenta numérica para simulações de circuitos dinâmicos

de termofluidos. Os experimentos foram conduzidos pela equipe para testar novos materiais e verificar a efetividade dos ciclos termodinâmicos de centrais termo solares que utilizam sal fundido. Os resultados gerados pela ferramenta computacional foram então validados

2.3. Modelagem do sistema de armazenamento térmico 19

com as medições experimentais. De acordo com os autores, o sal fundido (60% de NaNO3

e 40% de KNO3) pode ser utilizado em um intervalo de temperaturas de 260 ◦C a 600 ◦_{C. Esta mistura começa a cristalizar quando atinge a temperatura de 238} ◦_{C e torna-se}

completamente sólida a 221 ◦C.

Com o aumento da popularidade de simulações computacionais, a necessidade de valores confiáveis de viscosidade, massa específica, calor específico a pressão constante, condutividade térmica, entre outros, são fundamentais para garantir a qualidade dos resultados. López et al. (2013) atentaram para esta necessidade e analisaram os dados disponíveis na literatura, verificando a dispersão entre os valores apresentados pelos diversos autores para os parâmetros supracitados. O estudo foi conduzido para diversas misturas de sais, tais como 2LiF–BeF2, LiF–NaF–KF, LiF–NaF–BeF2, NaF–NaBF4, KF-ZrF4,

KCl–MgCl2, sal solar e Hitec. Os autores afirmam que alguns parâmetros necessitam

de maiores investigações e novas técnicas de medições devem ser realizadas para obter resultados mais precisos desses valores.

Bauer et al. (2013) realizaram um estudo sobre as propriedades termofísicas, estabilidade térmica e corrosão metálica do sal solar. Neste estudo, os autores constataram experimentalmente que o sal solar possui limite de estabilidade térmica até 530◦C para os ensaios dinâmicos e 550◦C para ensaios estáticos em atmosfera composta por nitrogênio e oxigênio.

Kuravi et al. (2013) em seu artigo de revisão também abordaram questões per- tinentes aos materiais que compõem o tanque, onde os mesmos afirmam a importância da seleção correta dos materiais de isolamento visando minimizar as perdas térmicas. Schulte-Fischedick et al. (2008) em seu estudo sobre análise das perda de calor de tanques de sistemas TES apresentaram os principais materiais e dimensões utilizados no isolamento dos tanques. Essa seleção e dimensionamento, segundo os autores, foram definidos seguindo análises dos efeitos das diferentes espessuras sobre a perda de calor global do tanque, e quanto ao custo benefício da aplicação dos materiais. Os autores em sua simulação utilizaram os seguintes materiais: lã mineral, espuma de vidro (foamglass) e painéis termo isolantes (calcium silicate board).

Ochs e Müller-Steinhagen (2005) realizaram medições do coeficiente de condutivi- dade térmica de diversos materiais, incluindo a lã mineral e a espuma de vidro. Em seu trabalho os autores sugerem uma correlação linear desse coeficiente com a temperatura para materiais isolantes secos. Os experimentos foram realizados para a temperatura de 10

◦_{C até valores próximos a 95} ◦_{C. A temperatura máxima com a qual os materiais mantêm}

esse comportamento também foram abordadas neste trabalho.

Ebert e Hemberger (2011) publicaram em seu artigo resultados para a condutividade térmica do silicato de cálcio para altas temperaturas. O estudo foi conduzido pelo German

Thermophysics Working Group, onde a condutividade térmica de um material comercial

isolante feito de silicato de cálcio foi medida no intervalo de temperaturas de 300 K a 1100 K. A partir das medições os autores aplicaram um método estatístico de regressão não linear, obtendo um polinômio de terceira ordem que descreve o comportamento do coeficiente de condutividade térmica em função da temperatura para este material.