Modelagem térmica de supercapacitores via método dos elementos finitos no software elmer

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dc.contributor.advisor1LEITE, Reinaldo Corrêa
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/9074937300119812
dc.creatorOLIVEIRA, Wallace Santa Brigida
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/1476879676098637
dc.date.accessioned2025-12-05T18:58:59Z
dc.date.available2025-12-05T18:58:59Z
dc.date.issued2025-09-16
dc.description.abstractThis work investigates the thermal behavior of supercapacitors through three dimensional modeling using the Finite Element Method (FEM) in the Elmer software. The research stems from the relevance of thermal management to ensure the reliability and lifetime of these devices, which, although characterized by high power density and long durability, are strongly affected by internal heat dissipation. A parametric geometry was built in Gmsh to represent the typical stacked structure of supercapacitors, consisting of aluminum current collectors, activated carbon electrodes, and polyethylene separators. Simulations were performed with different numbers of layers (2, 10, 30, 50), as well as variations in boundary conditions, internal heat generation, and separator thickness. Results showed that thermal dissipation exhibits a cumulative behavior throughout charge and discharge cycles, favoring the formation of hot spots. Increased ambient temperature and reduced convection intensified overheating, while more efficient cooling mitigated thermal accumulation. In addition, higher heat generation rates and increased separator thickness raised internal gradients, whereas reduced generation contributed to lower average temperatures. It is concluded that FEM-based thermal modeling is an effective tool to predict heat distribution in supercapacitors, enabling the identification of critical operating conditions and supporting thermal management strategies to improve device reliability and lifetime.
dc.description.resumoO presente trabalho investiga o comportamento térmico de supercapacitores por meio de modelagem tridimensional utilizando o Método dos Elementos Finitos (FEM) no software Elmer. A pesquisa parte da relevância da gestão térmica para a confiabilidade e a vida útil desses dispositivos, que, embora apresentem elevada densidade de potência e longa durabilidade, são fortemente impactados pela dissipação de calor interno. Para tanto, foi construída uma geometria paramétrica no Gmsh, representando a estrutura empilhada típica de supercapacitores, composta por coletores de alumínio, eletrodos de carbono ativado e separadores de polietileno. Foram simulados diferentes números de camadas (2, 10, 30, 50), além de variações nas condições de contorno, geração interna de calor e espessura do separador. Os resultados demonstraram que a dissipação térmica apresenta comportamento cumulativo ao longo dos ciclos de carga e descarga, favorecendo a formação de pontos quentes. A elevação da temperatura ambiente e a redução da convecção intensificaram o superaquecimento, enquanto o resfriamento mais eficiente mitigou o acúmulo térmico. Adicionalmente, maiores taxas de geração de calor e aumento da espessura do separador elevaram os gradientes internos, ao passo que reduções na geração contribuíram para temperaturas médias mais baixas. Conclui-se que a modelagem térmica via FEM é uma ferramenta eficaz para prever a distribuição de calor em supercapacitores, permitindo identificar condições críticas de operação e subsidiar estratégias de gerenciamento térmico para ampliar a confiabilidade e a vida útil dos dispositivos.
dc.identifier.citationOLIVEIRA , Wallace Santa Brigida. Modelagem térmica de supercapacitores via método dos elementos finitos no software elmer. Orientador: Reinaldo Correa Leite. 2025. 57f. Trabalho de Curso (Bacharelado em Engenharia Elétrica e Biomédica) – Faculdade de Engenharia Elétrica e Biomédica, Instituto de Tecnologia, Universidade Federal do Pará, Belém, 2025. Disponível em: https://bdm.ufpa.br/handle/prefix/8948. Acesso em:.
dc.identifier.urihttps://bdm.ufpa.br/handle/prefix/8948
dc.rightsAcesso Abertopt_BR
dc.rights.licenseAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilen
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
dc.source.uriDisponível na internet via correio eletrônico: bibliotecaitec@ufpa.br
dc.subjectSupercapacitores
dc.subjectModelagem térmica
dc.subjectMétodo dos Elementos Finitos
dc.subjectElmer
dc.subjectDissipação de calor
dc.subjectSupercapacitors
dc.subjectThermal modeling
dc.subjectFinite Element Method
dc.subjectHeat dissipation
dc.subject.cnpqCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
dc.titleModelagem térmica de supercapacitores via método dos elementos finitos no software elmer
dc.typeTrabalho de Curso - Graduação - Monografiapt_BR

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