Estudo de um Coletor Solar de Cilindro Parabólico para Aplicações em Refrigeração por Absorção utilizando Técnicas de Dinâmica dos Fluidos Computacional
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Data
2022
Autores
Gomez, Alvaro German Leiva
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Resumo
A tecnologia de concentração solar vem se consolidando como uma das alternativas
mais promissoras para o aproveitamento da energia solar, no entanto, sua
implementação no Brasil ainda é incipiente. Nesta pesquisa, o coletor solar do tipo
Concentrador Solar Parabólico (PTC) foi estudado mediante a ferramenta de
simulação computacional ®Ansys CFD, para representar a física e os mecanismos
de transferência de calor envolvidos na sua operação. O modelo CFD foi validado
com resultados experimentais da Solar Electric Generating System (SEGS LS-2), e
comparado com resultados numéricos disponíveis na literatura. Para complementar
a análise térmica do coletor solar, foi realizado um estudo de caso de um protótipo
experimental de pequeno porte (EPP), seguindo a mesma metodologia empregada
na simulação do LS-2, os resultados obtidos na análise CFD foram maiores em
1,93% a temperatura de saída e em 8,35% a eficiência térmica. Para melhorar o
desempenho do modelo EPP, foi avaliada a inclusão de um tubo de vidro de
diâmetros diferentes ao redor do tubo absorvedor para gerar um espaço de vácuo,
mantendo o diâmetro do tubo absorvedor constante. Foi observado que quanto
maior o espaço de vácuo, mais reduzidas eram perdas de calor, além de serem
observadas maiores temperaturas de saída e eficiência térmica no PTC. Também foi
modelado, mediante o software EES, um ciclo de refrigeração por absorção de efeito
simples com COP de 0,7, no qual as diferenças relativas com o modelo de validação
não ultrapassaram o 1%. De acordo com os resultados obtidos, o sistema consegue
retirar do ambiente calor equivalente a um ar-condicionado comercial de 36000 BTU.
Posteriormente, foram levantados dados climáticos das cinco regiões do Brasil, para
as quais projetou-se campos solares conformados pelo EPP sem tubo de vácuo e o
EPP com tubo de vácuo, para alimentar o ciclo de refrigeração modelado. A
eficiência global do campo solar com o EPP experimental foi de 31,65%, enquanto a
eficiência global do campo solar com EPPs com tubo de vidro foi de 45,27%.
Descrição
Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação Interdisciplinar em Energia e Sustentabilidade da Universidade Federal da Integração Latino-Americana, como requisito para à obtenção do título de Mestra em Energia e Sustentabilidade.
Palavras-chave
Energia solar, Meios de transferência de calor, Coletores solares, Refrigeração