Análise experimental e numérica do escoamento em coletores solares de tubo a vácuo sob diferentes inclinações
| Orientador(a) (dc.contributor.advisor) | Copetti, Jacqueline Biancon | |
| Lattes Orientador(a) (dc.contributor.advisorLattes) | http://lattes.cnpq.br/9219989574784501 | pt_BR |
| Autor(a) (dc.contributor.author) | Spengler, Fernando Claudio | |
| Autor(a) Lattes (dc.contributor.authorLattes) | http://lattes.cnpq.br/2115482170118771 | pt_BR |
| Data de Disponibilização (dc.date.accessioned) | 2026-02-09T13:24:48Z | |
| dc.date.available (dc.date.available) | 2026-02-09T13:24:48Z | |
| Data da defesa / Data do evento (dc.date.issued) | 2025-07-22 | |
| Abstract (dc.description.abstract) | This thesis presents an integrated experimental and numerical investigation of the thermal and fluid dynamic behavior of water in evacuated tube solar collectors operating under natural circulation (thermosiphon regime). The study focuses on the influence of the tube set inclination on the internal circulation of the thermal fluid and the stability of the flow. The experimental methodology involved test bench trials under real operating conditions, with continuous monitoring of temperature and mass flow rate for inclinations of 20°, 30°, and 45°. In parallel, numerical simulations were conducted using CFD (Computational Fluid Dynamics), employing validated numerical models to analyze the local velocity and temperature fields inside the tubes. The results indicate that inclinations higher than 30° enhance natural convection but also induce transient flow instabilities, characterized by abrupt oscillations in the mass flow rate. The coupled analysis confirmed the consistency between experimental and numerical patterns, revealing internal mechanisms associated with the breakdown of thermal stratification and the formation of recirculation. The daily global efficiency of the system was calculated for each inclination configuration, resulting in the following efficiency values: 46.4% for 20°, 69.5% for 30°, and 54.4% for 45°. These results highlight that the 30° inclination provided the highest overall thermal efficiency, due to its more stable behavior throughout the daily cycle. Although the 45° inclination promoted the highest values of flow rate and temperature increase, the system’s behavior did not remain stable at this elevated level throughout the day, which resulted in a lower efficiency compared to the 30° inclination. The conclusions highlight the importance of inclination adjustment to optimize the thermal performance of the collectors and demonstrate that the combination of numerical and experimental methods is effective in understanding the phenomena involved. | en |
| Resumo (dc.description.resumo) | Esta tese apresenta uma investigação integrada, experimental e numérica, do comportamento térmico e fluidodinâmico da água em coletores solares de tubo a vácuo operando por circulação natural (regime de termossifão). O estudo tem como foco a influência da inclinação do conjunto de tubos sobre a circulação interna do fluido térmico e a estabilidade do escoamento. A metodologia experimental envolveu ensaios em bancada sob condições reais de operação, com monitoramento contínuo de temperatura e vazão mássica para inclinações de 20°, 30° e 45°. Paralelamente, simulações numéricas foram conduzidas por meio de Fluidodinâmica Computacional (CFD), utilizando modelos numéricos validados, para analisar os campos locais de velocidade e temperatura no interior dos tubos. Os resultados indicam que inclinações maiores do que 30° favorecem a intensificação da convecção natural, mas também induzem a instabilidades transitórias no escoamento, caracterizadas por oscilações abruptas na vazão mássica. A análise acoplada confirmou a consistência entre os padrões experimentais e numéricos, revelando os mecanismos internos associados à ruptura da estratificação térmica e à formação de recirculações. A eficiência global diária do sistema foi calculada para cada configuração de inclinação, resultando nos seguintes valores de eficiência: 46,4% para 20°, 69,5% para 30° e 54,4% para 45°. Esses resultados destacam que a inclinação de 30° proporcionou a maior eficiência térmica global, devido a um comportamento mais estável ao longo do ciclo diário. Apesar da inclinação de 45° ter promovido os maiores valores de vazão e aumento de temperatura, o comportamento do sistema não se manteve estável nesse nível elevado ao longo de todo o dia, o que resultou em uma eficiência inferior à da inclinação de 30°. As conclusões do trabalho destacam a relevância do ajuste da inclinação para otimizar o desempenho térmico dos coletores, e demonstram que a combinação de métodos numéricos e experimentais é eficaz para a compreensão dos fenômenos envolvidos. | pt_BR |
| Agência de fomento (dc.description.sponsorship) | CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior | pt_BR |
| URI (dc.identifier.uri) | http://repositorio.jesuita.org.br/handle/UNISINOS/13987 | |
| 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) | Coletores de tubo a vácuo | pt_BR |
| Assunto (dc.subject) | Termossifão | pt_BR |
| Assunto (dc.subject) | CFD | pt_BR |
| Assunto (dc.subject) | Eficiência térmica | pt_BR |
| Assunto (dc.subject) | Inclinação de coletores | pt_BR |
| Assunto (dc.subject) | Solar thermal energy | en |
| Assunto (dc.subject) | Evacuated tube collectors | en |
| Assunto (dc.subject) | Thermosyphon | en |
| Assunto (dc.subject) | Thermal efficiency | en |
| Assunto (dc.subject) | Collector inclination | en |
| Tema (CNPq) (dc.subject.cnpq) | ACCNPQ::Engenharias::Engenharia Elétrica | pt_BR |
| Título (dc.title) | Análise experimental e numérica do escoamento em coletores solares de tubo a vácuo sob diferentes inclinações | pt_BR |
| Tipo de arquivo (dc.type) | Tese | pt_BR |
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