Análise óptica e térmica do receptor de um sistema de concentradores Fresnel lineares

Autor: Scalco, Patricia
Jazyk: portugalština
Rok vydání: 2016
Předmět:
Zdroj: Repositório Institucional da UNISINOSUniversidade do Vale do Rio dos SinosUNISINOS.
Druh dokumentu: masterThesis
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CNPQ – Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico
O estudo de diferentes fontes de energia é de extrema importância, tanto em termos econômicos e sociais, como no âmbito ambiental. Assim, o uso da energia solar para a geração de calor para alimentar processos que necessitam de temperaturas em torno de 300 ºC aparece como uma alternativa para suprir o uso de combustíveis fósseis em ambientes industriais, seja de forma parcial ou total. Para atingir essa faixa de temperatura, devem ser utilizados equipamentos de alto desempenho e que possam concentrar ao máximo a radiação solar. Assim, é utilizada a tecnologia de refletores Fresnel lineares, que se baseia no princípio de concentração solar, onde os raios solares incidem em espelhos que refletem essa radiação para um receptor. O receptor é composto por um tubo absorvedor e por uma segunda superfície refletora, conhecida como concentrador secundário, que tem como função maximizar a quantidade de raios absorvidos pelo receptor. Esse tipo de instalação tem se mostrado competitiva diante de outros tipos de concentração solar devido à sua estrutura simples, custo reduzido e fácil manutenção. Assim, neste trabalho serão analisados aspectos ópticos e térmicos do conjunto do receptor, tanto para o concentrador secundário do formato trapezoidal como para o CPC. Para isso, o estudo foi dividido em duas etapas. Na primeira etapa foi feito o traçado de raios para as duas geometrias do concentrador secundário estudadas afim de determinar o fator de interceptação e as perdas ópticas envolvidas neste processo. Além disso, foi analisada a influência da inserção de uma superfície de vidro na base do receptor. A segunda etapa consistiu na análise térmica, onde foi feito o estudo da transferência de calor no receptor com a finalidade de determinar a eficiência do sistema, bem como os fatores que influenciam no desempenho do mesmo. Na análise geométrica, o fator de interceptação para a concentrador secundário do tipo trapezoidal foi de 36% para o receptor aberto e 45% para o receptor com o fechamento de vidro. Para o concentrador secundário do tipo CPC, os resultados foram de 44% para o receptor aberto e 56% para o receptor isolado com vidro. Através da análise térmica, foi possível estabelecer a eficiência do sistema que, para a melhor condição de trabalho, DNI de 1000 W/m², foi de 80%.
The study of different energy sources is extremely important, both in economic and social scope, as well as in the environmental field. Thus, the use of solar energy for the generation of heat to feed processes that require temperatures around 300 ºC appears as an alternative to supply the use of fossil fuels in industrial environments, either partially or totally. To reach this temperature range, high-performance equipment must be used that can concentrate solar radiation to the maximum. Thus, Fresnel linear reflector technology is used, which uses the principle of solar concentration, where the solar rays focus on mirrors that reflect this radiation to the receiver. The receiver is composed of an absorber tube and a second reflecting surface whose function is to maximize the number of rays absorbed by the receiver. This type of installation has been competitive in comparison to other types of solar concentration because of its simple structure, low cost and easy maintenance. Thus, in this work will be analyzed optical and thermal aspects of the receiver set for the trapezoidal and the CPC secondary concentrator. For this, the study was divided into two stages. In the first stage the ray tracing was done for the two geometries of the secondary concentrator studied in order to determine the interception factor and the optical losses involved in this process. In addition, the influence of insertion of a glass surface on the base of the receptor was isolated by isolating it from the environment. The second stage consisted of the thermal analysis, where the heat transfer study was carried out in the receiver in order to determine the efficiency of the system as well as the factors that influence the performance of the system. In the geometric analysis, the interception factor for the trapezoidal secondary concentrator was 36% for the open receptor and 45% for the receptor with the glass enclosure. For the CPC secondary concentrator, the results were 44% for the open receptor and 56% for the receptor with the glass enclosure. Through the thermal analysis, it was possible to establish the efficiency of the system, which, for the best working condition, DNI of 1000 W/m², was 80%.
Databáze: Networked Digital Library of Theses & Dissertations
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