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Título: Análise da eficiência de um coletor solar plano
Autor(es): Carvalho, Filipe Rocha de
Sionek, Mirella Cristina
Orientador(es): Santos, Paulo Henrique Dias dos
Palavras-chave: Coletores solares
Energia - Fontes alternativas
Capacitadores
Solar collectors
Renewable energy sources
Capacitors
Data do documento: 6-Fev-2015
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Curitiba
Referência: CARVALHO, Filipe Rocha de; SIONEK, Mirella Cristina. Análise da eficiência de um coletor solar plano. 2015. 73 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação) – Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2015.
Resumo: O aquecimento de água através de chuveiros elétricos consome uma parcela significativa da energia elétrica no Brasil. Com o intuito de se minimizar o consumo de energia elétrica para o aquecimento de água para uso doméstico, os coletores solares se tornam uma alternativa importante, pois utilizam a irradiação solar como fonte de energia, que é considerada como limpa e renovável. Dentre os coletores solares encontram-se os coletores solares planos, que coletam a irradiação solar na placa absorvedora e transferem essa energia, na forma de calor, para o fluido de trabalho (no caso água) no interior dos tubos. O presente trabalho visa desenvolver uma metodologia teórica e experimental para o estudo dos coletores solares planos, onde faz-se necessário a determinação da eficiência térmica. Esta avaliação leva em consideração diversos parâmetros geométricos e propriedades termofísicas tanto do fluido de trabalho quanto do material do coletor solar (energia útil ganha, área do coletor e fluxo de irradiação incidente total). Para o modelo matemático foram utilizados dois métodos, o método das resistências térmicas equivalentes e o método baseado em correlações empíricas. Os modelos matemáticos foram implementados no software EES (Engineering Equation Solver). Um modelo teórico foi primeiro simulado utilizando os dados da literatura e da velocidade do vento fornecidos pelo SIMEPAR/Paraná/Brasil. Após isso foram realizados testes experimentais do coletor solar plano comercial com área de 1 m2com 10 tubos de cobre. Por fim, foi realizado um modelo semi-empírico baseado nos modelos teóricos e os resultados experimentais foram comparados com os resultados teóricos. Os resultados teóricos apresentaram uma variação menor do que 5% na eficiência em relação aos experimentais, mostrando uma boa aproximação.
Abstract: Water heating through electric showers consumes a significant portion of electricity in Brazil. In order to minimize the consumption of electrical energy to heat water for domestic use, the solar collectors become an important alternative, because they use the solar irradiance as an energy source which is considered as clean and renewable energy. Among the solar collectors there are the flat-plate collectors, they collect the solar irradiance in the absorber plate and transfer this energy, in the form of heat, to the working fluid (in this case water) inside the tubes. The present work aims to develop a theoretical and experimental methodology to the study of this type of solar collectors. This requires the determination of the thermal efficiency of the solar collector. This assessment takes into account various geometric parameters and thermophysical properties of working fluid and the material of the solar collector (useful energy, collector area and total incident irradiation heat flow). For the mathematical model were used two methods: the method of equivalent thermal resistances and the method based on empirical correlations. The mathematical models were implemented in the software EES (Engineering Equation Solver). A theoretical analysis was first simulated using data from the literature and the speed of the wind provided by SIMEPAR/Paraná/Brazil. After that, experimental tests were carried out on a flat-plate collector with an area of 1 m2 with 10 copper tubes. Finally, an experimental theoretical analysis was performed based on theoretical models and experimental results were compared with the theoretical results. The theoretical results show a variation lower than 5% in efficiency compared to experimental ones, therefore showing a good approximation.
URI: http://repositorio.roca.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/6597
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