Modo 3 – Aquecimento da sala a partir do PCM

4.4.3.1 Análise Instantânea

O Modo de funcionamento 3 tem a função de aquecer a sala com a energia armazenada no PCM durante o Modo de funcionamento 1. Na Figura 4.21 estão ilustradas as temperaturas pertinentes para a análise deste modo.

Figura 4.21 – Temperaturas, Modo 3

O ar proveniente da sala passa pelo sensor “Bateria Inferior”, percorre a superfície do PCM, e acaba por sair passando pelo sensor “Bateria superior”.

O facto de grande parte do tempo a temperatura à saída da bateria (Bateria superior) ser superior à temperatura média do PCM (Figura 4.21) demonstra uma certa impossibilidade visto que o ar nunca pode sair a uma temperatura superior à temperatura da fonte de calor.

Figura 4.22 – Temperaturas 2, Modo 3

20 22 24 26 28 30 32 18:14 18:43 19:12 19:40 20:09 Tem p e ratu ra [° C] Tempo [h:m]

Temperaturas Modo 3

Média PCM Bateria Inferior Bateria Superior 20 22 24 26 28 30 32 34 18:14 18:43 19:12 19:40 20:09 Tem p e ratu ra [° C] Tempo [h:m]

Temperaturas Modo 3

Bateria Inferior Bateria Superior PCM trás PCM central PCM Frente

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No entanto, se representarmos as temperaturas dos três sensores colocados no PCM (Mapa de sensores, subcapítulo 3.1.5), é perceptível que o fenómeno é perfeitamente credível, uma vez que uma das placas de PCM se encontra a uma temperatura superior à temperatura de saída da bateria (Figura 4.22).

A Figura 4.23 ilustra o esquema gráfico das temperaturas no Modo de funcionamento 3.

Figura 4.23 – Esquema gráfico de temperaturas, Modo 3

É possível visualizar que o ar à saída da bateria tem a mesma temperatura que a média do PCM (Figura 4.23). O facto de o ar sair da bateria a uma temperatura igual à média da temperatura do PCM indica que estamos perante uma permuta de energia com eficiência próxima de 1, pois o ar extrai a máxima quantidade de calor possível ao PCM, ficando à temperatura do mesmo.

Ao analisar a energia que é libertada pelo PCM (QPCM – Potência fornecida) e a energia que flui por meio da convecção forçada para a sala (QVsala – Potência útil), verifica-se uma impossibilidade, a primeira é inferior à segunda (Figura 4.24).

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Figura 4.24 – Potência útil (QVsala) e potência fornecida (QPCM), Modo 3

Tendo em conta que a eficiência de permuta é muito próxima de 1, como foi visto anteriormente, qualquer erro que possa existir pode significar a impossibilidade verificada.

É possível visualizar que as curvas seguem o mesmo comportamento (Figura 4.24), o que demonstra existir uma relação clara entre ambas as curvas, ou seja, o erro é sistemático. Esta discrepância pode dever-se a erros instrumentais na medida da temperatura do PCM ou do ar, uma vez que se trata de diferentes sensores, o que mede a temperatura do PCM é de superfície e está encastrado numa capsula, o que lhe pode dar alguma inércia, e o que mede a temperatura do ar não possui qualquer capsula.

Pode dever-se também a um erro de medida no caudal ou na massa do PCM. Ambas as curvas dependem de um factor constante que pode fazer com que uma delas, ou ambas, se movimente ligeiramente na vertical levando a este erro sistemático. No caso da curva que descreve a potência libertada pelo PCM, esse factor constante é a massa do PCM, pois a energia armazenada nele é dada em função da massa (capitulo 3.2.7). No caso da curva que descreve a potência que flui por meio da convecção forçada para a sala, o factor constante é o caudal (capitulo 3.2.5). Qualquer erro que possa existir numa das constantes descritas anteriormente faz com que as curvas se movimentem verticalmente. Por exemplo, se assumirmos que o caudal que medimos tem um erro, e que é superior ao real, então a curva da potência que flui para a sala está ligeiramente acima do que devia estar.

Por outro lado pode existir um input de energia proveniente da estrutura do protótipo que influenciará a quantidade de energia que flui para a sala. O que na Figura 4.25 está representado como perdas para a estrutura, seria nesta caso um ganho. Não existindo qualquer instrumento, como um sensor de temperatura ou um fluxímetro, colocado na superfície da estrutura do protótipo, não é possível verificar essa hipótese.

Sendo que o sistema em estudo não é semelhante ao longo do seu comprimento, ou seja, os ventiladores não cobrem toda a área de PCM, é ainda possível que estejamos a ter em conta uma temperatura de saída do ar que é a mais alta ao longo de toda a saída de ar da bateria. Isto é, por apenas se ter um sensor de temperatura ao longo de toda a saída de ar, e sabendo que esta saída de ar é irregular, devido ao facto de os ventiladores não cobrirem em comprimento todo protótipo, é possível que estejamos a medir o valor mais alto ao longo de todo esse comprimento.

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 18:14 18:43 19:12 19:40 20:09 Pot ê n ci a [ W] Tempo [h:m]

Potência útil e Potência fornecida

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O balanço energético do Modo 3 é representado na Figura 4.25.

Figura 4.25 – Balanço energético, Modo 3

A eficiência global do Modo 3 é definida por: 𝜂𝑀𝑜𝑑𝑜3 =𝑄𝑉𝑆𝑎𝑙𝑎

̇ _{− 𝑃𝑉𝑒𝑛𝑡𝑖𝑙𝑎𝑑𝑜𝑟𝑒𝑠}̇ 𝑄𝑃𝐶𝑀̇

O Modo 3 é caracterizado por funcionar no período nocturno do dia, quando já não existe radiação solar e existe uma maior carência de energia. Por não existir radiação no período de funcionamento do Modo 3, este não possui eficiência eléctrica, e pode considerar-se que a eficiência global do Modo 3 é a eficiência térmica do mesmo.

4.4.3.2 Análise Energética

A análise energética é feita com base nos parâmetros QPCM e QVsala ilustrados na Figura 4.24, que como já foi referido possuem um erro associado. Dessa forma, com base nos recursos disponíveis, e sabendo que a temperatura à saída da bateria é igual à temperatura média do PCM, assume-se uma eficiência do processo de aproximadamente 1.

Os valores energéticos relevantes no Modo de funcionamento 3 são apresentados no Quadro 4.5.

𝑸𝑽𝑺𝒂𝒍𝒂 𝑸𝑷𝑪𝑴 𝑷𝑽𝒆𝒏𝒕𝒊𝒍𝒂𝒅𝒐𝒓𝒆𝒔 Valor (kJ) 611 432 123

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A eficiência energética global do Modo de funcionamento 3 é: 𝜂𝑀𝑜𝑑𝑜3 =𝑄𝑉𝑆𝑎𝑙𝑎− 𝑃_𝑄𝑉𝑒𝑛𝑡𝑖𝑙𝑎𝑑𝑜𝑟𝑒𝑠

𝑃𝐶𝑀 ≈ 1

A eficiência do Modo de funcionamento 3 é elevada, o que demonstra a capacidade de permuta da bateria térmica, que já tinha sido confirmada no Modo 1, embora com uma menor eficiência, cerca de 60%, devido às perdas de carga desse modo. Embora saibamos que existe um erro no cálculo da eficiência calculada, sabemos também que o ar à saída da bateria sai a uma temperatura igual à temperatura média do PCM, o que assinala a alta eficiência do processo.