Resumo
Hoje em dia, o crescimento populacional, a mudança climática e o aumento do custo das energias fosseis são, entre outros, alguns fatores que incentivam o aumento da produção sustentável e limpa de energia da matriz energética mundial. Nesses últimos anos, no setor do cozimento, surgiram vários modelos de fogões solares que operam unicamente com a energia do Sol. Ainda assim, essa tecnologia encontra muitos obstáculos para se desenvolver. Os principais motivos são que as flutuações da irradiação solar não favorecem o cozimento em tempo nublado e a noite, e os modelos construídos não levam em consideração as necessidades do usuário. Este trabalho visa modelar e simular um fogão solar do tipo indireto com armazenamento de energia térmica nas condições climáticas de Fortaleza. Por isso um modelo matemático da unidade de armazenamento térmico, usando a formulação do Problema de Stefam foi proposto. A equação do calor em coordenadas cilíndricas, elaborada para este fim, consiste em duas soluções; a primeira escrita para a fase sólida e a segunda para a fase líquida. As duas soluções foram obtidas considerando a Condição de Stefam da fronteira móvel de mudança de fase. O meio de armazenamento usado é um PCM (Phase Change Material) de mistura ternária: 53 % de KNO , 3 40 % de NaNO e 7 % de NaNO . Uma análise criteriosa das configurações de 2 3 fogão foi realizada para escolher o que mais se enquadra às exigências do usuário. Os modelos matemáticos que regem os fenômenos físicos de cada elemento do fogão solar escolhido foram elaborados para o dimensionamento. A simulação do concentrador solar apresentou resultados que indicam a possibilidade de seu uso nas condições climáticas de Fortaleza. A eficiência obtida foi cerca de 69 % com uma potência mínima de geração equivalente a 3.210 W. A análise global do sistema evidência que a quantidade total de energia armazenada é de 2.476,86 MJ.m−3 usando 5 m2 de área de captação do concentrador. A comparação dos resultados obtidos com os do trabalho de referência, revela que o fogão solar dimensionado possui uma eficiência global de 20,37 % a mais; seja 21,9 % para o trabalho que serviu de base e 42,27 % para o presente projeto. Palavras-chaves: Fogão solar do tipo indireto; Problema de Stefan; PCM