Estudo de um Coletor Solar de Cilindro Parabólico para Aplicações em Refrigeração por Absorção utilizando Técnicas de Dinâmica dos Fluidos Computacional

Abstract

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%.