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Title in Portuguese: Análise de desempenho de um coletor de calha parabólica para diferentes tubos absorvedores
Title: Performance analysis of a satellite dish collector for different absorber tubes
Author: Mendonça, Stéphano Praxedes
Advisor(s): Rocha, Paulo Alexandre Costa
Keywords: Engenharia mecânica
Energia renovável
Energia solar
Solar energy
Parabolic trough collector
Absorber tube
Issue Date: 18-Jul-2019
Citation: MENDONÇA, S. P. Análise de desempenho de um coletor de calha parabólica para diferentes tubos absorvedores. 2019. 104 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica)-Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, 2019.
Abstract in Portuguese: As mudanças climáticas e o aumento nos preços do petróleo estão fazendo as fontes de energias renováveis entrarem no centro do interesse público. Dentre as fontes renováveis, a energia solar é a mais abundante. Há duas técnicas para aproveitamento direto da energia solar: conversão fotovoltaica e conversão térmica. Esta última utiliza coletores de radiação solar. O uso de técnicas de concentração de energia luminosa permite que coletores solares consigam trabalhar com elevadas temperaturas. O Parabolic Trough Collector (PTC) ou Coletor de Calha Parabólica consiste de um absorvedor, de uma cobertura transparente concêntrica e de uma placa refletora parabólica, sendo acoplado a um mecanismo de rastreamento. No presente projeto, utilizaram-se hardware da plataforma Arduino e Light Dependent Resistors (LDRs) ou Resistores Dependentes de Luz para o sistema de controle e um motor de passo para o sistema de atuação. Foi realizado um aprimoramento de um PTC de pequeno porte com rastreamento intermitente automático leste-oeste e manual norte-sul, através da modificação geométrica de tubos absorvedores na parte interna à parábola refletora. Uma análise da influência de diferentes áreas transversais, com diâmetros 12,7 mm (1/2 pol), 19,05 mm (3/4 pol), 22,225 mm (7/8 pol) e 28 mm, na eficiência térmica do sistema coletor de energia solar foi desenvolvida. Os resultados mostram aumento dos valores de eficiência térmica do PTC à medida que a área de secção transversal aumenta. Os acréscimos foram de 11,49% para o tubo de 19,05 mm, 24,50% para o tubo de 22,225 mm e 28,92% para o tubo 28 mm em relação ao tubo de 12,7 mm na vazão de 64 mL/min, considerando uma radiação solar direta média de 800 W/m². Os tubos fabricados foram submetidos a testes experimentais nas vazões de 50 mL/min, 75 mL/min e 100 mL/min, e as respectivas curvas características foram traçadas. Os acréscimos na eficiência térmica foram de 10,98% para o tubo de 19,05 mm, de 18,26% para o tubo de 22,225 mm e de 8,37% para o tubo de 28 mm com um aumento em 100% da vazão volumétrica de 50 mL/min para 100 mL/min, considerando uma radiação solar direta média de 800 W/m². Comparando as curvas características desta radiação dos tubos fabricados para obtenção de uma temperatura de saída de 60 °C para fins de desinfestação de água em áreas agrícolas e termoterapia de sementes, são observados acréscimos na eficiência térmica de 0,87% para o tubo de 22,225 mm e de 9,57% para o tubo de 28 mm em relação ao tubo de 19,05 mm.
Abstract: Climate change and rising oil prices are making renewable energy sources the center of public interest. Among renewable energy sources, solar energy is the most abundant. There are two main techniques for the direct use of solar energy: photovoltaic conversion and thermal conversion. The latter uses solar radiation collectors. The use of light energy concentration techniques allows solar collectors to be able to work at higher temperatures. The Parabolic Trough Collector (PTC) consists of an absorber, a transparent concentric cover and a parabolic reflector plate, and is coupled to a tracking mechanism. In the present project, the hardware of the Arduino platform and Light Dependent Resistors (LDRs) were used for the control system and a step motor for the actuation system. An improvement of a small PTC with automatic intermittent east-west tracking and manual north-south tracking was performed through the geometric modification of the absorber tubes inside the reflecting parabola. An analysis of the influence of different transversal areas, with diameters of 12.7 mm (1/2 in), 19.05 mm (3/4 in), 22.225 mm (7/8 in) and 28 mm, on the solar collector’s thermal efficiency was developed. The results show an increase in PTC thermal efficiency values as the transversal area increases. The increases were 11.49% for the 19.05 mm tube, 24.50% for the 22.225 mm tube and 28.92% for the 28 mm tube compared to the 12.7 mm tube in a flow rate of 64 mL/min, considering an average direct solar radiation of 800 W/m². The manufactured tubes were submitted to experimental tests at flow rates of 50 mL/min, 75 mL/min and 100 mL/min, and their characteristic curves were plotted. The performance increases were 10.98% for the 19.05 mm tube, 18.26% for the 22.225 mm tube and 8.37% for the 28 mm tube with a 100% increase in the volumetric flow rate from 50 mL/min to 100 mL/min, considering an average direct solar radiation of 800 W/m². Comparing the characteristic curves of this radiation from the manufactured tubes to obtain an outlet temperature of 60 °C for water disinfestation in agricultural areas and seed thermotherapy, the increases in thermal efficiency were 0.87% for the 22.225 mm tube and 9.57% for the 28 mm tube compared to the 19.05 mm tube.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/44997
metadata.dc.type: Dissertação
Appears in Collections:DEME - Dissertações defendidas na UFC

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