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Título: Análise numérica do comportamento da temperatura ao longo de um coletor solar e reservatório de água
Autor(es): Pivovar, Luiz Eduardo
Orientador(es): Rossi, Luciano Fernando dos Santos
Palavras-chave: Coletores solares - Análise
Análise numérica
Métodos de simulação
Solar collectors - Analysis
Numerical analysis
Simulation methods
Data do documento: 3-Fev-2015
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Curitiba
Referência: PIVOVAR, Luiz Eduardo. Análise numérica do comportamento da temperatura ao longo de um coletor solar e reservatório de água. 2014. 102 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação) – Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2014.
Resumo: Este trabalho foi estruturado com o objetivo de descrever o comportamento térmico de um coletor solar para aquecimento de água, construído a partir de materiais recicláveis (garrafas PET e embalagens Tetra Pack). A principal justificativa para este estudo está na importância gradativa do desenvolvimento de tecnologias associadas ao uso de fontes energéticas renováveis. Utilizando recursos de Computational Fluid Dynamics (CFD), foram identificados os principais mecanismos de transferência de calor responsáveis pelo aquecimento da água. Também foi realizada uma descrição da dinâmica de aquecimento do reservatório de água quente. Um estudo preliminar indicou a baixíssima influência que a condutividade térmica das embalagens Tetra Pack exerce no aquecimento da água, devido à pequena espessura dessas superfícies. Resultados mostram que a temperatura de saída da água é fortemente influenciada pela temperatura do ar no interior das garrafas PET. Tais resultados foram utilizados para direcionar as simulações posteriores. A simulação computacional realizada no coletor evidenciou que a maior temperatura do fluido ocorre na saída dos tubos, sendo esse o mecanismo que gera o empuxo responsável pelo escoamento. Também foi possível constatar que a temperatura de saída da água é proporcional ao número de tubos utilizados. De forma específica, chegou-se a um aumento na temperatura de 11%, para um aumento no número de tubos de 10 vezes, considerando o fato de que a vazão mássica foi mantida constante. Por fim, a análise térmica do reservatório, em regime transiente, indica uma tendência à estratificação térmica, na qual o fluido quente se localiza na parte superior e o fluido frio na parte inferior do equipamento.
Abstract: This work was structured in order to describe the thermal behavior of a solar collector for water heating, built from recyclable materials (PET bottles and Tetrapak packaging). The main rationale for this study is the gradual importance of developing technologies associated with the use of renewable energy sources. Using Computational Fluid Dynamics resources (CFD), the main heat transfer mechanisms responsible for heating the water have been identified. A description of the dynamics of the heating hot water tank was also performed. A preliminary study indicated the slight influence the thermal conductivity of the Tetrapak packaging plays in heating the water, due to the small thickness of these surfaces. Results slave shown that the water outlet temperature is strongly influenced by the air temperature inside the PET bottles. These results were used to direct subsequent simulations. The computer simulation performed on the collector showed that the highest temperature of the fluid occurs in the output of the tubes, which is the mechanism that generates the thrust responsible for disposal. It also appeared that the outlet temperature of the water is proportional to the number of used tubes. Specifically, we arrived to a eleven percent increase in the temperature to increase in the number of tubes tenfold, given the fact that the mass flow rate was kept constant. Finally, analysis of the thermal reservoir, in transient, indicating a tendency towards thermal stratification in which the hot fluid is located at the top and bottom of the cold fluid in the equipment.
URI: http://repositorio.roca.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/6607
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