Unidade criogénica de armazenamento de energia com mudança de fase

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Física

Certos sensores de radiação necessitam de funcionar a baixa temperatura e num ambiente sem vibrações. Para contornar o inconveniente de usar líquidos criogénicos, uma solução é acoplar os sensores a um reservatório de energia arrefecido por um criorrefrigerador. Após arrefecimento do reservatório de energia, o criorrefrigerador é parado e a energia dissipada pelos sensores é armazenada no reservatório de energia permitindo assim que o sensor funcione num ambiente sem vibrações. Nesta óptica, foi desenvolvido um sistema que permite armazenar 3000 J, utilizando a mudança de fase líquido-gás do azoto entre 63 K e 80 K. Este sistema é composto por uma célula estanque ( 35 cm3) acoplada ao dedo frio do criorrefrigerador mediante um interruptor térmico. Por sua vez, a célula está ligada a um volume de expansão de 6 litros a temperatura ambiente para reduzir o aumento de temperatura que ocorre durante a evaporação do líquido. Este sistema foi testado na gama 60K-100K com várias potências aplicadas ao reservatório de energia. Para analisar estes resultados experimentais, um modelo térmico para simular as variações de temperatura de forma adequada, tanto dentro como fora da zona de saturação, foi desenvolvido e implementado numa aplicação escrita em JAVA e numa folha de Excel programada com recurso a uma base de dados do NIST (National Institute of Standards and Technology).Os resultados obtidos experimentalmente estão em boa concordância com os calculados pelo modelo.