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Type: Tese
Title: Obtenção de nova superfície seletiva usando compósitos à base de óxidos de cromo, ferro e alumínio para coletores solares térmicos
Title in English: Obtaining a new selective surface using composites based on chromium, iron and aluminum oxides for solar thermal collectors
Authors: Dutra, Kaio Hemerson
Advisor: Freire, Francisco Nivaldo Aguiar
Keywords: Superfície seletiva;Materiais compósitos;Óxido de ferro-cromo;Óxido de alumínio;Coletores solares;Energia solar
Issue Date: 28-Apr-2022
Citation: DUTRA, K. H. Obtenção de nova superfície seletiva usando compósitos à base de óxidos de cromo, ferro e alumínio para coletores solares térmicos. 2022. 107 f. Tese (Doutorado em Engenharia e Ciência de Materiais) – Universidade Federal do Ceará, Centro de Tecnologia, Programa de Pós-graduação em Engenharia e Ciência de Materiais, Fortaleza, 2022.
Abstract in Brazilian Portuguese: O esgotamento dos combustíveis fosseis e a preocupação pelos seus impactos ambientais fomenta pesquisas por outras fontes de energias. Neste contexto, a energia solar se apresenta de forma promissora, pela disponibilidade e aplicabilidade, sobretudo em processos térmicos. Porém, seu uso ainda representa um desafio tecnológico e econômico. Com isso, a busca pelo aperfeiçoamento dos processos desperta as pesquisas em materiais e processos de fabricação mais eficientes e alternativos. Em coletores solares, para maximização da energia absorvida, usa-se superfícies seletivas depositadas sobre as aletas, seu uso melhora significativamente o desempenho destes equipamentos. Este trabalho possui o objetivo geral de desenvolver uma metodologia de fabricação de uma nova superfície seletiva compósita para uso em coletores solares térmicos a partir do uso de óxidos de cromo, ferro e alumínio, bem como realizar sua caracterização e avaliação de seu desempenho em testes de campo. Para obtenção das superfícies seletivas, foram realizadas avaliações da granulometria, fundente, ligante e tratamentos térmicos, de forma que pôde-se obter superfícies adequadas com boa adesão ao substrato metálico. Foram realizados testes de campo com exposição ao sol, avaliação de fotodegradação e caracterização. Na caracterização, utilizou-se microscopia eletrônica de varredura (MEV), e espectrofotômetro de infravermelho e UV-VIS. Os testes guiaram o processo produtivo do novo compósito ao indicar os melhores parâmetros de fabricação, sendo possível obter cinco superfícies com composições variadas de óxido de alumínio (Al2O3) e óxidos de ferro-cromo (CRFO). Os resultados apontaram a superfície seletiva com 25% Al2O3 + 75%CRFO como a de melhor desempenho, alcançando temperatura máxima de 75,7°C e absortividade medida de 0,957, seguido da superfície comercial de referência que alcançou temperatura máxima de 74,7°C e absortividade de 0,95, as demais superfícies apresentaram desempenho inferior. Pôde-se concluir, pelos testes e caracterizações realizadas, que a superfície obtida pelo processo de fabricação desenvolvido neste trabalho é uma alternativa para o uso em coletores solares térmicos e apresenta melhor desempenho, quando comparada a superfície comercial MRTiNOX.
Abstract: The depletion of fossil fuels and the concern for their environmental impacts encourages research for other energy sources. In this context, solar energy presents itself in a promising way, due to its availability and applicability, especially in thermal processes. However, its use still represents a technological and economic challenge. As a result, the search for process improvement arouses research into more efficient and alternative materials and manufacturing processes. In solar collectors, to maximize the absorbed energy, selective surfaces deposited on the fins are used, their use significantly improves the performance of these equipments. This work has the general objective of developing a methodology for the fabrication of a new composite selective surface for use in solar thermal collectors from the use of chromium, iron and aluminum oxides, as well as to carry out its characterization and evaluation of its performance in tests of field. To obtain the selective surfaces, evaluations of granulometry, fondant, binding and thermal treatments were carried out, so that adequate surfaces with good adhesion to the metallic substrate could be obtained. Field tests were carried out with sun exposure, assessment of the photodegradation and characterization. In the characterization, scanning electron microscopy (SEM) and infrared and UV-VIS spectrophotometer were used. The tests guided the production process of the new composite by indicating the best manufacturing parameters, making it possible to obtain five surfaces with varying compositions of aluminum oxide (Al2O3) and iron-chromium oxides (CRFO). The results showed the selective surface with 25% Al2O3 + 75%CRFO as the one with the best performance, reaching a maximum temperature of 75.7°C and measured absorptivity of 0.957, followed by the commercial reference surface that reached a maximum temperature of 74.7°C and absorptivity of 0.95, the other surfaces presented inferior performance. It was possible to conclude, by the tests and characterizations carried out, that the surface obtained by the manufacturing process developed in this work is an alternative for use in solar thermal collectors and presents better performance when compared to the commercial surface MRTiNOX.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/66157
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