Utilização de regeneradores magnetocalóricos em sistema OTEC

Abstract

The aggravation of the energy crisis initiated at the beginning of the years 1970 and the necessity of generation of energy in a clean and sustainable way stimulate the research for technologies using renewable sources like OTEC, energy generated by the difference of the temperature between superface and deep waters of the ocean, and Magnetocaloric Effect, generation of heat in magnetocaloric material submitted to a magnetic field. The proposal was to increase the efficiency of an OTEC by raising the temperature of the water collected in the surface of the sea, to be used in the evaporator of the OTEC, making it pass through a warm magnetocaloric regenerator, while submitted to a magnetic field, and reducing the temperature of the water proceeding from the evaporator of the OTEC, to be used in the condenser of the OTEC, making it pass through the same regenerator when it gets cold by leaving the magnetic field. In the fluidodynamic and electromagnetic simulations the model was represented by a gadolinium magnetocaloric regenerator in the form of a 90? sector crown, internal diameter of 7,7 m and external of 8,4 m, 20 m of length, 6.500 pipes with 25 mm diameter, 10 permanent magnets of 3x3x20 m, in NdFeB with BH_max of 35 MGOe. In the fluidodynamic simulation the rise of the temperature of the water collected in the surface of the sea was of 26?C, the liquid power of the OTEC increased in 13%, but the reduction in the temperature of the water was insufficient to be used in the condenser of the OTEC so the need of deep sea water still remains. In the electromagnetic simulation the regenerator reached only 26?C due to the low magnetic field over it. To increase the temperature of the magnetocaloric material it was suggested the research of geometric models associated to materials with a higher magnetocaloric effect. The conclusion was that it is possible to use magnetocaloric regenerators to increase the efficiency of an OTEC, but otimization research is indispensable.

A crise energética impulsiona a pesquisa por tecnologias de fontes renováveis, como OTEC, energia gerada pela diferença da temperatura entre águas superficiais e profundas do oceano, e Efeito Magnetocalórico, geração de calor em material magnetocalórico submetido a campo magnético. A proposta foi aumentar eficiência de uma OTEC elevando a temperatura da água coletada na superfície do mar, a ser usada no evaporador da OTEC, fazendo-a passar por um regenerador magnetocalórico aquecido, quando submetido a campo magnético, e reduzindo a temperatura da água proveniente do evaporador da OTEC, a ser usada no condensador da OTEC, fazendo-a passar pelo mesmo regenerador quando este for arrefecido ao sair deste campo magnético. Nas simulações fluidodinâmicas e eletromagnéticas, o modelo foi representado por um regenerador magnetocalórico constituído em gadolínio na forma de uma coroa circular com setor de 90?, com diâmetros interno de 7,7 m e externo de 8,4 m, 20 m de comprimento, 6.500 canais de 25 mm de diâmetro, 10 ímãs permanentes de 3x3x20 m cada, em NdFeB com BH_max de 35 MGOe. Na simulação fluidodinâmica a elevação da temperatura da água coletada na superfície do mar foi de 26?C, a potência líquida da OTEC aumentou em 13%, mas a redução na temperatura da água foi insuficiente para que esta seja utilizada no condensador da OTEC e a coleta de águas mais profundas no mar permanece. Na simulação eletromagnética o regenerador atingiu apenas 26?C, devido ao baixo campo magnético sobre o mesmo. Sugeriu-se estudo de modelos geométricos associados a materiais de maior efeito magnetocalórico para aumentar a temperatura do material magnetocalórico Concluiu-se que é possível usar regeneradores magnéticos para aumentar a eficiência de uma OTEC, mas pesquisas de otimização são indispensáveis.