Modelagem e otimização de sistemas térmicos

Abstract

A eletrificação de veículos tem sido impulsionada por regulamentações rigorosas que exigem sistemas energeticamente mais eficientes e acionados por fontes de energia limpa. Nesse cenário as baterias de íon de lítio vêm se destacando, pois são capazes de armazenar grande quantidade de energia, alta potência específica, são leves, com baixa taxa de autodescarga, alta reciclabilidade e vida útil longa. Uma das desvantagens desse tipo de bateria, porém, é que seu desempenho e sua vida útil são muito sensíveis à temperatura, o que tem estimulado pesquisas sobre dispositivos de gerenciamento térmico para essa aplicação. Grande parte das soluções atualmente empregadas na indústria baseiam-se no próprio sistema de condicionamento de ar, já existente para garantir o conforto térmico da cabine de passageiros. A quantidade de publicações relacionadas à área vem aumentando, o que indica que o tema desperta grande interesse da comunidade científica e que ainda há oportunidades a serem exploradas visando contribuições relevantes para futuras inovações tecnológicas. Este projeto tem como objetivo o desenvolvimento de um modelo de simulação computacional para prever o desempenho de um sistema de condicionamento de ar veicular utilizado para controle simultâneo de temperaturas na cabine de passageiros e no banco de baterias de íon de lítio. A estratégia de gerenciamento térmica analisada consistiu de um condicionador de ar com dois evaporadores (multi-split), um para a cabine de passageiros e outro para o banco de baterias. O modelo de simulação foi validado com dados experimentais de um sistema de múltiplos evaporadores empregados em aplicações de condicionamento de ar residencial e comercial. Uma análise paramétrica foi realizada para avaliar o efeito da temperatura do ar externo e de diferentes cargas térmicas nos evaporadores sobre o desempenho do condicionador de ar multi-split, observando-se reduções do COP de 33% e 4,3%, respectivamente, quando a temperatura do ar externo é elevada de 23°C para 35°C e quando a temperatura de retorno do ar em um dos evaporadores é reduzida de 31°C para 27°C, mantendo-se a temperatura do ar no outro evaporador igual a 31°C.