Análise e comparação do desempenho térmico de coletores solares planos e parabólicos no TRNSYS

Página do item simplificado
dc.contributor.authorQuille, Washington Adrian Rea
dc.date.accessioned2025-12-03T14:50:44Z
dc.date.available2025-12-03T14:50:44Z
dc.date.issued2025-12-03
dc.descriptionTrabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Instituto Latino-Americano de Tecnologia, Infraestrutura e Território da Universidade Federal da Integração Latino-Americana, como requisito parcial à obtenção do título de Bacharel em Engenharia de Energia.
dc.description.abstractA crescente preocupação com os impactos ambientais da geração de energia a partir de fontes não renováveis reforça a busca por tecnologias mais eficientes e sustentáveis. Nesse contexto, a energia solar destaca-se por sua ampla disponibilidade e baixo impacto ambiental, podendo ser aproveitada na forma térmica e/ou elétrica. A energia fototérmica, foco deste estudo, converte a radiação solar em calor por meio de coletores solares, amplamente utilizados em diversas aplicações como sistemas de aquecimento de água, secagem, refrigeração, climatização de piscinas e até geração de vapor em processos industriais, dentre outros. No presente trabalho, a análise e comparação do desempenho térmico de coletores solares planos (FPC) e de coletores de calhas parabólicas (PTC) foram realizadas por meio de simulações realizadas no software TRNSYS, considerando as condições climáticas contrastantes das cidades de Foz do Iguaçu (PR) e Alvorada do Norte (GO). As simulações levaram em conta parâmetros geométricos, ópticos e termofísicos tanto do fluido de trabalho (água) quanto dos materiais constituintes dos coletores. As áreas de superfície consideradas na simulação da mesma foram de 1,824 m² para o FPC e 2,2 m² para o PTC. Os sistemas solares propostos neste trabalho (Layouts) e modelados no TRNSYS utilizam os componentes do tipo Type, sendo o tanque de armazenamento térmico (Type 4c), a bomba de recirculação de água (Type 3d), o controlador diferencial de temperatura (Type 2b), responsável pelo acionamento da bomba conforme a diferença térmica entre o coletor e o reservatório, e o coletor solar, modelado como FPC (Type 1b) e PTC (Type 1358), respectivamente. Os resultados da validação para o FPC, mostram uma boa aproximação com os dados experimentais, obtendo-se um erro médio de 5 % para o FPC e um erro de 6,35% para o sistema de coletor parabólico PTC. Dessa forma, o modelo computacional desenvolvido foi validado, demonstrando sua capacidade de representar adequadamente o comportamento térmico dos coletores solares analisados. Além disso, os sistemas propostos mostram eficiências medias anuais de 47,46 e 43,27% para o FPC e o PTC, respectivamente, em Foz do Iguaçu; e de 58,47% e 41,31 % para os mesmos coletores na cidade de Alvorada do Norte. Finalmente, os resultados obtidos para o PTC de pequeno porte não concordam, devido que a simulação foi realizado sem tracking, e não representam de forma fiel o comportamento físico esperado. Resumen La creciente preocupación por los impactos ambientales de la generación de energía a partir de la fuente no renovables refuerza la búsqueda de tecnologías más eficientes y sostenibles. En este contexto, la energía solar destaca por su amplia disponibilidad y bajo impacto ambiental, pudiendo ser aprovechada en forma térmica y/o eléctrica. La energía fototérmica, foco de este estudio convierte la radiación solar en calor mediante colectores solares, ampliamente utilizados en diversas aplicaciones como sistemas de calentamiento de agua, secado, refrigeración, climatización de piscinas e incluso generación de vapor en procesos industriales, entre otros. En el presente trabajo, el análisis y la comparación del rendimiento térmico de colectores solares planos (FPC) y de colectores de canal parabólicos (PTC) se realizaron mediante simulaciones realizadas en el software TRNSYS, considerando las condiciones climáticas contrastantes de las ciudades de Foz do Iguazú (PR) y Alvorada do Norte (GO). Las simulaciones tuvieron en cuenta los parámetros geométricos, ópticos y termo físicos tanto del fluido de trabajo (agua) como de los materiales constituyentes de los colectores. Las áreas de superficie consideradas en la simulación fueron de 1,824 m² para el FPC y 2,2 m² para el PTC. Los sistemas solares propuestos en este trabajo (diseños) y modelados en TRNSYS utilizan componentes del tipo Type, siendo el tanque de almacenamiento térmico (Type 4c), la bomba de recirculación de agua (Type 3d), el controlador diferencial de temperatura (Type 2b), responsable de accionar la bomba según la diferencia térmica entre el colector y el tanque, y el colector solar, modelado como FPC (Type 1b) y PTC (Type 358), respectivamente. Los resultados de la validación para le FPC muestran una buena aproximación con los datos experimentales, obteniéndose un error medio del 5% y un error del 6,35% para el sistema de colector parabólico PTC. De esta manera, el modelo computacional desarrollado fue validado, demostrando su capacidad para representar adecuadamente el comportamiento térmico de los colectores solares analizados. Además, los sistemas propuestos muestran eficiencias medias anuales del 47,46% y 43,2% para el FPC y el PTC, respectivamente, en Foz do Iguazú; y del 58,47% y 41,31% para los mismos colectores en la ciudad de Alvorada do Norte. Finalmente, los resultados obtenidos no coinciden, debido a que la simulación se realizo sin seguimiento (tracking) y, por lo tanto, no representan fielmente el comportamiento físico esperado.
dc.identifier.urihttps://dspace.unila.edu.br/handle/123456789/9446
dc.language.isopt
dc.rightsopenAccess
dc.subjectsimulação (computadores)
dc.subjectengenharia térmica
dc.subjectcoletores solares
dc.subjectenergia solar
dc.titleAnálise e comparação do desempenho térmico de coletores solares planos e parabólicos no TRNSYS
dcterms.abstractThe growing concern about the environmental impacts of energy generation from non-renewable sources reinforces the search for more efficient and sustainable technologies. In this context, solar energy stands out for its wide availability and low environmental impact, being able to be harnessed in thermal and/or electrical form. Photothermal energy, the focus of this study, converts solar radiation into heat through solar collectors, widely used in various applications such as water heating systems, drying, refrigeration, pool climate control, and even steam generation in industrial processes, among others. In the present work, the analysis and comparison of the thermal performance of flat plate solar collectors (FPC) and parabolic trough collectors (PTC) were carried out thru simulations conducted using the TRNSYS software, considering the contrasting climatic conditions of the cities of Foz do Iguaçu (PR) and Alvorada do Norte (GO). The simulations considered geometric, optical, and thermophysical parameters of both the working fluid (water) and the materials constituting the collectors. The surface areas considered in the simulation were 1.824 m² for the FPC and 2.2 m² for the PTC. The solar systems proposed in this work (Layouts) and modeled in TRNSYS use Type components, with the thermal storage tank (Type 4c), the water recirculation pump (Type 3d), the differential temperature controller (Type 2b), responsible for activating the pump according to the temperature difference between the collector and the reservoir, and the solar collector, modeled as FPC (Type 1b) and PTC (Type 1358), respectively. The validation results for the FPC show good approximation with the experimental data, achieving an average error of 5% and an error of 6.35% for the PTC parabolic collector system. Thus, the developed computational model was validated, demonstrating its ability to adequately represent the thermal behavior of the analyzed solar collectors. Furthermore, the proposed systems show average annual efficiencies of 47.46% and 43.27% for the FPC and PTC, respectively, in Foz do Iguaçu; and 58.47% and 41.31% for the same collectors in the city of Alvorada do Norte. Finally, the results obtained for the small-scale PTC do not coincide, because the simulation was carried out without tracking, and therefore do not accurately represent the expected physical behavior.

Arquivos

Pacote Original
Agora exibindo 1 - 1 de 1
Nenhuma Miniatura disponível
Nome:
Análise e comparação do desempenho térmico de coletores solares planos e parabólicos no TRNSYS.pdf
Tamanho:
2.89 MB
Formato:
Adobe Portable Document Format
Baixar
Licença do Pacote
Agora exibindo 1 - 1 de 1
Nenhuma Miniatura disponível
Nome:
license.txt
Tamanho:
1.82 KB
Formato:
Item-specific license agreed upon to submission
Descrição:
Baixar

Coleções

TCC - Engenharia de Energia