[pt] DESENVOLVIMENTO DE MATERIAL DE MUDANÇA DE FASE MICROENCAPSULADO PARA APLICAÇÕES EM EFICIÊNCIA ENERGÉTICA

[en] DEVELOPMENT OF MICROENCAPSULATED PHASE CHANGE MATERIALS FOR ENERGY EFFICIENCY APPLICATIONS

[pt] CAIO VINICIUS SANTOS CARTAXO

[pt] METODO DO ELEMENTO FINITO

[pt] MICROENCAPSULAMENTO

[pt] MATERIAL DE MUDANCA DE FASE

[pt] EFICIENCIA ENERGETICA

[pt] TRANSFERENCIA DE CALOR

[en] FINITE ELEMENT METHOD

[en] MICROENCAPSULATION

[en] PHASE CHANGE MATERIAL

[en] ENERGY EFFICIENCY

[en] HEAT TRANSFER

[pt] Uma abordagem promissora para reduzir as emissões de CO2 e diminuir o consumo de energia em edificações é o uso de materiais de mudança de fase (PCMs) como sistemas de armazenamento de energia térmica para aplicações de conforto térmico. No entanto, a incorporação de PCMs em materiais de construção ainda é um desafio. O microencapsulamento de PCMs tem mostrado resultados promissores como forma passiva de melhorar o desempenho térmico dos materiais de construção, reduzindo o gasto com sistemas de refrigeração. Nesse contexto, este trabalho se concentra em dois aspectosdiferentes dos materiais de mudança de fase microencapsulados. O primeiro é uma investigação numérica do comportamento da temperatura interna de paredes de construções com uma fina camada de concreto com cápsulas. É proposta uma metodologia transiente unidimensional, com a presença das microcápsulas sendo simulada por uma função de concentração e o processo de mudança de fase com o método de capacidade térmica efetiva. O estudo mostra os efeitos da posição da camada de PCM, da concentração, da temperatura de fusão do PCM e da entalpia no perfil de temperatura interna da parede. Além disso, foi produzido PCMs microencapsulados usando poli(dimetilsiloxano) (PDMS) como material de casca e cloreto de cálcio hexa-hidratado (CaCl2 . 6H2O) como núcleo de PCM. A produção foi realizada usando dispositivos microfluídicos para garantir a produção de microcápsulas monodispersas com propriedades geométricas ajustáveis. O estudo mostra uma relação direta entre a posição e a concentração na temperatura interna, bem como a redução da temperatura interna das paredes. Microcápsulas de PDMS/CaCl2 . 6H2O foram produzidas. Por fim, foram realizados testes preliminares de eficiência térmica, demonstrando que essa combinação de casca/núcleo não era ideal para essas aplicações no entanto, devido aos resultados promissores apresentados pelo modelo numérico, novas combinações serão desenvolvidas e testadas em trabalhos futuros.

[en] One way to reduce CO2 emissions is to decrease energy consumption in buildings. A promising approach to achieve this goal is the use of phase change materials (PCMs) as thermal energy storage systems for thermoregulation applications. However, the integration of PCMs into building components is a challenge. Microencapsulation of PCMs has shown promising results as a passive form to improve the thermal performance of building materials, reducing the wasted energy with thermal comfort. In this context, this work focuses on two different aspects of microencapsulated phase change materials. The first is a numerical investigation of the internal temperature behavior of building walls with a thin layer of concrete with capsules. A one-dimensional transient method is proposed, in which the presence of the microcapsules is modeled through a concentration function and the phase change process is modeled by the effective heat capacity method. The effects of the position of the PCM layer, concentration, PCM melting temperature, and phase change enthalpy on the internal temperature profile of the wall were evaluated. In addition, we fabricated microencapsulated PCMs using poly(dimethylsiloxane) (PDMS) as the shell material and calcium chloride hexahydrate (CaCl2 . 6H2O) as the PCM core. The preparation was carried out using glass capillary microfluidic devices to ensure the production of monodisperse microcapsules with adjustable geometrical properties such as size and shell thickness. The study shows a direct relationship between the position and concentration on the internal temperature as well as the reduction of the internal temperature of the walls. We were able to fabricate and store PDMS/CaCl2 . 6H2O microcapsules with tunable properties. Finally, preliminary thermal efficiency tests were conducted which showed that this shell/core combination was not ideal for these applications. However, based on the promising results of the numerical model, new combinations will be developed and tested in future work.

MARCIO DA SILVEIRA CARVALHO

AMANDA DA COSTA E SILVA DE NORONHA PESSOA

MARCIO DA SILVEIRA CARVALHO

LUIS FERNANDO ALZUGUIR AZEVEDO

MARCUS VINICIUS ANDRADE BIANCHI

AMANDA DA COSTA E SILVA DE NORONHA PESSOA

2025-05-13

2025-02-19

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INGLÊS

https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/colecao.php?strSecao=resultado&nrSeq=70420@1

https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/colecao.php?strSecao=resultado&nrSeq=70420@2

https://doi.org/10.17771/PUCRio.acad.70420