| dc.contributor | Barbosa Junior, Jader Riso | |
| dc.contributor | Lozano Cadena, Jaime Andrés | |
| dc.contributor | Universidade Federal de Santa Catarina | |
| dc.creator | Fortkamp, Fábio Pinto | |
| dc.date | 2020-10-21T21:15:06Z | |
| dc.date | 2020-10-21T21:15:06Z | |
| dc.date | 2019 | |
| dc.date.accessioned | 2023-09-02T08:56:48Z | |
| dc.date.available | 2023-09-02T08:56:48Z | |
| dc.identifier | 362454 | |
| dc.identifier | https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/215294 | |
| dc.identifier.uri | https://repositorioslatinoamericanos.uchile.cl/handle/2250/8586915 | |
| dc.description | Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2019 | |
| dc.description | Em sistemas de refrigeração magnética, um material magnetocalórico (MMC) reage a variações de campo magnético alterando a sua temperatura. Este efeito é amplificado em regeneradores magneto-ativos (RMAs), onde um circuito magnético (CM) gera as variações de campo magnético e onde o MMC forma a matriz porosa por onde escoa um fluido de transferência de calor aquoso. Esta Tese propõe o acoplamento de modelos matemáticos para RMA e CM para otimização do ponto de operação de refrigeradores magnéticos, focando na importância de duas ondas características: o perfil de escoamento, que descreve a vazão mássica nos regeneradores; e o perfil magnético, que descreve a variação temporal do campo magnético. Uma investigação experimental mostra que é possível controlar o desempenho através da sincronia entre perfis de escoamento e magnético, resultando em eficiências de Segunda Lei de cerca de 20 %. Em etapa posterior, para um projeto inovador de um refrigerador magnético compacto, um modelo existente de RMA é integrado com um modelo analítico de CM, onde se mostra que existem pontos críticos da geometria desses componentes que maximizam a capacidade de refrigeração e o coeficiente de performance. Este mesmo modelo de RMA é simulado com diferentes perfis magnéticos, e se identifica o perfil magnético de rampa como o alvo a ser atingido. Em seguida, esta Tese propõe uma metodologia de otimização de CMs baseado no perfil magnético alvo, integrando seus resultados com simulações de RMAs; essa técnica torna possível projetar um refrigerador magnetocalórico que atinja 80W de capacidade com 35K de alcance de temperaturas entre as fontes. Para trabalhos futuros, são sugeridos estudar outras formas de onda para o perfil magnético, além de melhor gerenciar o risco de auto-desmagnetização do circuito magnético, que representou um grande desafio para o presente trabalho. | |
| dc.description | Abstract: In magnetic refrigeration systems, a magnetocaloric material (MCM) reacts to magnetic field variations by changing its temperature. This effect is amplified in active magnetic regenerators (AMRs), where a magnetic circuit (MCI) generates the magnetic field variations and where the MCM forms the porous matrix through which flows an aquous heat transfer fluid. This Thesis proposes the coupling of mathematical models for the AMR and the MCI for the optimization of the operating point of magnetic refrigerators, focusing on the importance of two characteristic waveforms: the fluid flow profile, which describes the mass flow rate through the regenerators; and the magnetic profile, which describes the time variation of the magnetic field. An experimental investigation shows that it is possible to control the performance through the synchronization of the fluid flow and magnetic profiles, yielding Second-Law efficiencies in the order of 20 %. For a novel design of a compact magnetic refrigerator, an existing AMR model is integrated with an analytical model for a magnetic circuit, where it is shown that there are critical points in the geometries of these components that maximize the cooling capacity and coefficient of performance. This same AMR model is simulated with different magnetic profiles, and the ramp magnetic profile is identified as the target to be achieved. Next, this Thesis proposes a MCI optimization methodology based on the target magnetic profile, integrating its results with AMR simulations; this technique makes it possible to design a magnetocaloric refrigerator that reaches 80W of cooling capacity at a system temperature span of 35 K. Suggestions for future works include the study of other magnetic profile waveforms and of a better management of the risk of self-demagnetization of the magnetic circuit, a great challenge in the present work. | |
| dc.format | 311 p.| il., gráfs., tabs. | |
| dc.format | application/pdf | |
| dc.language | eng | |
| dc.subject | Engenharia mecânica | |
| dc.subject | Refrigeração | |
| dc.subject | Otimização | |
| dc.subject | Campos magnéticos | |
| dc.title | Integrated design of the magnet-regenerator assembly for a magnetic refrigerator | |
| dc.type | Tese (Doutorado) | |
