Estudo de um coletor solar de tubo a vácuo com baixas inclinações através de CFD e proposta de correlações de transferência de calor
| Orientador(a) (dc.contributor.advisor) | Copetti, Jacqueline Biancon | |
| Coorientador(a) (dc.contributor.advisor-co1) | Oliveski, Rejane De Césaro | |
| Lattes Coorientador(a) (dc.contributor.advisor-co1Lattes) | http://lattes.cnpq.br/2395367769553765 | |
| Lattes Orientador(a) (dc.contributor.advisorLattes) | http://lattes.cnpq.br/9219989574784501 | pt_BR |
| Autor(a) (dc.contributor.author) | Schneider, Alexandre | |
| Autor(a) Lattes (dc.contributor.authorLattes) | http://lattes.cnpq.br/4150043696555821 | pt_BR |
| Data de Disponibilização (dc.date.accessioned) | 2023-06-14T19:07:44Z | |
| dc.date.available (dc.date.available) | 2023-06-14T19:07:44Z | |
| Data da defesa / Data do evento (dc.date.issued) | 2022-12-19 | |
| Abstract (dc.description.abstract) | Global warming is driven by the consumption of fossil fuels for energy generation, where only 7% of energy comes from renewable sources (IEA, 2020a). In Brazil part of the energy generated is used for heating water and of the 43.1% of households that heat water only 0.96% use solar energy for this purpose (ELETROBRAS, 2020). An evacuated tube consists of two concentric tubes closed together, where a vacuum is applied. The outer wall of the inner tube receives a layer of a material that absorbs solar radiation. The commercial software ANSYS Fluent was used to perform this numerical study, adopting a three-dimensional model governed by the equations of conservation of mass, momentum, and energy. A hexahedral mesh was used with refinement in regions of the largest fluid dynamic and thermal gradients. The generated model was validated by the Grid Convergence Index method and with literature results. A case study was performed considering the variation of the gradient angle, fluid inlet temperature and heat flux. The mass flow rate was evaluated, where in the tube inclination of θ = 5° the maximum value is at a distance L = 0.17 m from the open end, the temperature variation along the tube, being the maximum value found of 3.172 K, the profiles of heat transfer coefficient by natural convection, h, in relation to the inlet temperature and the temperature variation, where it was observed that the inclination angle can reduce on average 13.3% the h, and the Nusselt number. A correlation was proposed for the Nusselt number, with a coefficient of determination of R² = 0.996, and for the temperature variation at the open end of the evacuated tube manifold, with a coefficient of determination of R² = 0.946. | en |
| Resumo (dc.description.resumo) | O aquecimento global é impulsionado pelo consumo de combustíveis fósseis para geração de energia, onde somente 7% da energia vem de fontes renováveis (IEA, 2020a). No Brasil parte da energia gerada é usada para aquecimento de água e das 43,1% das residências que aquecem água somente 0,96% utilizam energia solar para esta finalidade (ELETROBRAS, 2020). Um tubo evacuado consiste em dois tubos concêntricos fechados entre si, onde é aplicado um vácuo. Já a parede externa do tubo interno recebe uma camada de um material que absorve a radiação solar. Foi utilizado o software comercial ANSYS Fluent para realização deste estudo numérico, sendo adotado um modelo tridimensional regido pelas equações da conservação da massa, quantidade de movimento e energia. Foi empregado uma malha hexaédrica com refinamento em regiões dos maiores gradientes fluidodinâmicos e térmico. O modelo gerado foi validado pelo método Grid Convergence Index e com resultados da literatura. Foi realizado o estudo de casos considerando a variação do ângulo de inclinação, temperatura de entrada do fluido e do fluxo de calor. Foram avaliados a vazão mássica, onde na inclinação do tubo de θ = 5° o valor máximo se encontra a uma distância L = 0,17 m da extremidade aberta, a variação da temperatura ao longo do tubo, sendo o valor máximo de encontrado de 3,172 K, os perfis de coeficiente de transferência de calor por convecção natural, h, em relação à temperatura de entrada e à variação de temperatura, onde se observou que o ângulo de inclinação pode reduzir em média 13,3% o h, e o número de Nusselt. Foram propostas uma correlação para o número de Nusselt, com coeficiente de determinação de R² = 0,996, e para a variação de temperatura na extremidade aberta do coletor de tubo evacuado, com um coeficiente de determinação de R² = 0,946. | pt_BR |
| Agência de fomento (dc.description.sponsorship) | Nenhuma | pt_BR |
| URI (dc.identifier.uri) | http://www.repositorio.jesuita.org.br/handle/UNISINOS/12504 | |
| Idioma (dc.language) | pt_BR | pt_BR |
| Nome da instituição (dc.publisher) | Universidade do Vale do Rio dos Sinos | pt_BR |
| País da Instituição (dc.publisher.country) | Brasil | pt_BR |
| Departamento (dc.publisher.department) | Escola Politécnica | pt_BR |
| Sigla da Instituição (dc.publisher.initials) | Unisinos | pt_BR |
| Programa (dc.publisher.program) | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica | pt_BR |
| Direitos de acesso ao documento (dc.rights) | openAccess | pt_BR |
| Assunto (dc.subject) | Energia solar térmica | pt_BR |
| Assunto (dc.subject) | Coletor de tubo evacuado | pt_BR |
| Assunto (dc.subject) | CFD | en |
| Assunto (dc.subject) | Simulação numérica | pt_BR |
| Assunto (dc.subject) | Correlações nu e temperatura | pt_BR |
| Assunto (dc.subject) | Solar thermal energy | en |
| Assunto (dc.subject) | Evacuated tube collector | en |
| Assunto (dc.subject) | Numerical simulation | en |
| Assunto (dc.subject) | Nu and temperature correlations | en |
| Tema (CNPq) (dc.subject.cnpq) | ACCNPQ::Engenharias::Engenharia Mecânica | pt_BR |
| Título (dc.title) | Estudo de um coletor solar de tubo a vácuo com baixas inclinações através de CFD e proposta de correlações de transferência de calor | pt_BR |
| Tipo de arquivo (dc.type) | Dissertação | pt_BR |
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