Modelagem e simulação de um trocador de calor empregado em um motor termomagnético

Abstract

Motores termomagnéticos são dispositivos capazes de converter energia térmica residual em energia mecânica por meio do efeito termomagnético utilizando um trocador de calor magnético. Neste trabalho, desenvolveu-se duas geometrias para serem utilizadas em um trocador de calor magnético (TCM) a fim de simular e avaliar a influência que a geometria exerce sobre os dois parâmetros de desempenho: tempo de troca térmica e força magnética exercida pelo ímã sobre o TCM. O funcionamento do motor foi modelado com base no ciclo Ericsson ideal, utilizando reservatórios térmicos a temperatura constante como fonte e sumidouro de calor. Para modelar os processos de troca térmica sobre uma superficie, empregou-se o método dos volumes finitos por meio dos softwares Matlab e Ansys. Gadolínio foi empregado como material magnetocalórico no TCM, adotando-se duas geometrias — placas planas e cilindros paralelos — a fim de investigar o efeito da forma sobre o desempenho do motor. Os resultados mostraram que a geometria influencia tanto no tempo de troca térmica quanto na força magnética gerada, impactando diretamente no período do ciclo e na força resultante desenvolvida. O motor apresentou maior força resultante e menor período de ciclo quando operou próximo à temperatura de transição magnética do material magnetocalórico.