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This work aims to determine the optimal configuration for a low-cost flat solar collector, which is easy to build and maintain and can be used for drying fruit by family farmers. For this purpose, the factorial experimental design methodology was applied due to its reliability and for evaluating at the same time the effect of several factors or variables, from a minimum number of experiments. The variables to be studied were determined, following with the carrying out of the necessary set of experiments and with the analysis of statistically significant variables to determine the optimal configuration of the solar collector. The experimental results determined as the optimized configuration: Transparent alveolar polycarbonate roofing and use of a matte black painted zinc tile as a thermal capacitor. The calculation of the equipment's thermal efficiency was using its definition as the ratio between the power delivered by the system and the power available to it, and the result obtained for the optimal configuration was 42.00%. The factorial experimental design developed has an accuracy of 96.10% and proved to be significant and predictive. El presente trabajo tiene como objetivo determinar la configuración óptima para un colector solar plano de bajo costo, que sea fácil de construir y mantener y pueda ser utilizado para secar fruta por agricultores familiares. Para ello, se aplicó la metodología de diseño experimental factorial por su confiabilidad y para evaluar al mismo tiempo el efecto de varios factores o variables, a partir de un número mínimo de experimentos. Se determinaron las variables a estudiar, siguiendo con la realización del conjunto de experimentos necesarios y con el análisis de variables estadísticamente significativas para determinar la configuración óptima del colector solar. Los resultados experimentales se determinaron como configuración optimizada: Cubierta de policarbonato alveolar transparente y uso de una loseta de zinc pintada de negro mate como condensador térmico. El cálculo de la eficiencia térmica del equipo se definió como la relación entre la potencia entregada por el sistema y la potencia disponible para el mismo, y el resultado obtenido para la configuración óptima fue 42,00%. El diseño experimental factorial desarrollado tiene una precisión del 96,10% y resultó significativo y predictivo. O presente trabalho tem o objetivo de determinar a configuração ótima para um coletor solar plano de baixo custo, que fosse de fácil construção e manutenção e pudesse ser utilizado na secagem de frutas pela agricultura familiar. Para tanto aplicou-se a metodologia do planejamento experimental fatorial devido sua confiabilidade e por avaliar ao mesmo tempo o efeito de diversos fatores ou variáveis, a partir de um número mínimo de experimentos. Foram determinadas as variáveis a serem estudadas, seguindo com a realização do conjunto de experimentos necessários e com a análise das variáveis estatisticamente significativas para determinação da configuração ótima do coletor solar. Os resultados experimentais determinaram como sendo a configuração otimizada: Cobertura transparente de policarbonato alveolar e utilização de uma telha de zinco pintada de preto fosco como capacitor térmico. O cálculo do rendimento térmico do equipamento foi usando sua definição como sendo a razão entre a potência entregue pelo sistema e a potência disponível ao mesmo e o resultado obtido para a configuração ótima foi de 42,00%. O planejamento experimental fatorial desenvolvido possui acurácia de 96,10% e se mostrou significativo e preditivo.

Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia A procura de água potável está a aumentar constantemente com o crescimento da população mundial. A dessalinização por evaporação acionada por energia solar, que apenas consome energia renovável, é uma abordagem promissora para produzir água com impacto ambiental mínimo. A energia solar é o maior recurso disponível e o seu potencial é muito superior ao consumo energético anual. Neste trabalho é apresentado um estudo teórico de um sistema de dessalinização solar com um coletor solar plano. O sistema consiste num recipiente de plástico cujo fundo e paredes são pintados de preto para aumentar a absorção de energia solar e cuja base é isolada para diminuir a perda de calor pelo chão. No fundo do recipiente encontra-se um permutador de calor de cobre (serpentina) pintado de preto e submerso em água salgada, ligado através de um tubo também de cobre a um coletor solar plano por onde corre o fluido térmico (água) em escoamento forçado por uma bomba.Com o auxílio da modelação matemática, balanços energéticos e valores dados para a temperatura ambiente, radiação solar e velocidade do vento, foram obtidos resultados relativos ao desempenho do sistema para um dia em maio e outro em julho. Os resultados deste estudo mostram que a produtividade ao fim do dia da configuração com e sem o coletor solar foi de, respetivamente, 10,65 kg e 4,44 kg em julho e 5,24 kg e 2,28 kg em maio.Pode-se concluir produtividade do sistema depende, fortemente, da radiação solar e aumenta linearmente com esta e que o aumento de diferença entre a temperatura do vidro e da água corresponde a uma melhor produção de água destilada. A adição do coletor solar plano corresponde a um aumento percentual de produtividade de 134%. The demand for fresh water is increasing steadily with the world’s growing population. Solar desalination, which only uses renewable energy, is a promising approach to the production of water with minimal environmental impact. Solar energy is the Earth's biggest resource and its potential is much larger than the annual energy consumption. In this work, a theoretical study of a solar desalination system with a flat plate solar collector is presented. The distiller consists of a plastic basin with glass wool insulation and painted black in order to increase the absorption of solar energy. At the bottom of the still basin, there’s a copper serpentine heat exchanger also painted black and submerged in salt water, connected by a copper pipe to a flat plate solar collector, through which runs thermal fluid (water) in forced flow.With the aid of mathematical modeling, thermal balances and temperature, solar irradiation and wind speed data, predictions were obtained in relation to the performance of the system during a day in May and another in July. The results show that the productivity at the end of each day with and without the solar collector is, respectively, 10,65kg and 4,44 kg in July and 5,24 kg and 2,28 kg in May.It was concluded that the still output increases with the solar irradiation for a given ambient temperature and that the bigger the difference between the water temperature and the glass temperature, the higher the output of distilled water. The addition of the solar collector provides an average increase in productivity of 134 %.

O aquecimento de água ocupa um lugar importante na utilização da energia solar. O mercado mundial de coletores solares se multiplicou ano após ano. Os coletores de tubos evacuados, objeto de estudo neste trabalho, são equipamentos que trabalham através de tubos de vidro concêntricos com vácuo entre os dois, sendo o interno revestido com uma camada absorvedora. O vácuo reduz drasticamente as perdas por convecção e a superfície seletiva é responsável por absorver a radiação eletromagnética no espectro solar e por evitar perdas por radiação ao ambiente. Os coletores de tubos evacuados são fabricados em várias configurações. Entre elas estão a de contato direto (também conhecido como coletor de tubo preenchido ou water-in-glass) e as de contato indireto (tubo de calor ou heat-pipe). A primeira configuração é a mais simples que pode ser encontrada. Nela os tubos são preenchidos diretamente com o fluido de trabalho e aproveitam o mecanismo de termossifão para movimentar o fluido. Já o tipo heat-pipe usa um tubo de cobre com um fluido em seu interior. A troca de fase deste fluido transfere a energia para um pequeno condensador submerso no fluido de trabalho. Para a realização desta pesquisa, foi necessária a montagem e instrumentação de uma bancada de testes com dois coletores; um tipo heat-pipe e outro tipo water-in-glass. Os dois são montados em série a fim de garantir que a vazão de água fosse a mesma durante o experimento. Da mesma forma, os dois coletores são instalados no mesmo plano para que recebessem a mesma radiação. Para monitorar a quantidade de energia absorvida pelos coletores são instalados sensores de temperatura (PT 100) nas entradas e saídas dos coletores. Também são instalados sensores para medir a temperatura ambiente, temperatura da água no reservatório e para registrar a irradiância global incidente no plano dos coletores. Os resultados mostraram que o coletor heat-pipe apresenta um desempenho superior ao coletor water-in-glass em dias de céu limpo, produzindo até 20% a mais de energia em média. Por outro lado, o coletor de contato direto demonstrou comportar-se melhor em dias parcialmente nublados. Water heating plays an important role in the use of solar energy. The global market for solar collectors has multiplied over the years. Evacuated tube collectors, the object of study in this work, are equipment that employ concentrical glass tubes with vacuum between them. The inner tube is coated with a selective absorber layer. The vacuum reduces dramatically the convection losses and the selective surface absorbs electromagnetic radiation in the solar spectrum and minimizes radiation losses to the environment. Evacuated tube collectors are manufactured in various configurations. Direct contact collectors, also known as water-in-glass, present the simplest possible configuration. The tubes are filled directly with the working fluid, employing the thermosyphon mechanism to move the fluid. Other common configuration is the indirect contact or heat-pipe collectors, which uses a copper tube containing a phase changing fluid that evaporates and transfers energy to a condenser submersed in the work fluid. To perform this research it was necessary to assemble an instrumented bench consisting in two solar water collectors (one heat-pipe type and the other a water-in-glass type). Both were mounted in series in order to guarantee the same flow through them. They were also tilted at the same angle and pointed to the same direction so they receive equal radiation. The temperatures at the inlets and outlets of the collectors, the ambient air temperature and the water temperature inside the thermal tank were sensed by thermoresistors (PT100). The irradiance on the plane of the collectors was monitored with a thermal pyranometer. Tests were conducted to analyze the daily performance under diverse environmental conditions. The results indicated that, in clear days, the heat-pipe collector presented efficiencies up to 20% superior when compared to the water-in-glass collector. In the other hand, the water-in-glass collector performed better on days with intermittent sunny/cloudy intervals.

Resumen La problemática energética mundial induce a la necesaria inclusión de medidas de eficiencia energética en edificaciones y ciudades. No obstante, ello no es suficiente si el objetivo es prescindir definitivamente de las energías fósiles, así como minimizar el impacto a la naturaleza como consecuencia de la obtención energética. Por ello, la inclusión de alternativas de autoabastecimiento en las propias edificaciones es fundamental. El sol es un recurso gigantesco, especialmente en zonas de latitudes medias y enfáticamente ecuatoriales. Este trabajo revisa antecedentes documentales de integración de energía solar activa desde la perspectiva de la arquitectura, recopilando antecedentes históricos, tecnologías disponibles en concordancia con las demandas, así como consideraciones tecnológicas que deberán tenerse en cuenta en las edificaciones. Se enuncian, además, los postulados recientes respecto a la integración arquitectónica como aspectos funcionales y morfológicos. A partir de este análisis se proponen niveles de integración arquitectónica. De las condiciones y posibilidades analizadas depende que, al ser considerados en el diseño, los colectores solares sean eficientes en producción y en concordancia con la arquitectura. Abstract The global energy problem has prompted the necessary inclusion of energy efficiency measures in buildings and communities. However, this is not enough if the goal is to definitely eliminate fossil fuels, as well as to minimize the impact of energy exploitation on the environment. Therefore, it is fundamental to include alternatives for energy auto-sufficiency in the buildings themselves. Solar irradiation is a huge resource, especially in mid-latitude and clearly equatorial areas. This research reviews historical antecedents for active solar energy integration from the perspective of architecture, through a compilation of historical data, technologies available in accordance with the demand, and technological aspects to be considered in buildings. It also presents recent findings regarding architectural integration as a functional and morphological aspect. Based on this analysis, different levels for the architectural integration of solar panels are proposed. It depends on the analysed conditions and possibilities that solar collectors are efficient in production and are in harmony with architecture. Resumo A problemática energética mundial induz à necessária inclusão de medidas de eficiência energética em edificações e cidades. Contudo, isso não é suficiente se o objetivo é prescindir definitivamente das energias fósseis, bem como minimizar o impacto na natureza como consequência da obtenção energética. Por isso, a inclusão de alternativas de autoabastecimento nas próprias edificações é fundamental. A energia solar é um recurso gigantesco, especialmente em áreas de latitudes médias e enfaticamente equatoriais. Este trabalho revisa antecedentes documentais de integração de energia solar ativa sob a perspectiva da arquitetura, recopilando antecedentes históricos, tecnologias disponíveis em concordância com as demandas, assim como considerações tecnológicas relevantes para as edificações. Além disso, são enunciadas premissas recentes a respeito da integração arquitetônica como aspectos funcionais e morfológicos. A partir dessa análise, propõem-se níveis de integração arquitetônica. Das condições e das possibilidades analisadas depende que, ao serem considerados no desenho, os coletores solares sejam eficientes em produção e em consonância com a arquitetura.

The growing demand for electric power in the world and in Brazil by the residential sector defines the consumer as one of the main agents of control of the consumption of electric energy. The replacement of electric showers by solar water heating systems, whose main component is the solar collector, is already a legal obligation in many countries and constitutes an important measure of energy efficiency. Brazil has a high solar radiation index and could use this technology widely. However, there are few patents deposited in Brazil in this topic, which signals as an opportunity to develop research and innovation of this technology in the country. China, Germany, Korea and the United States are the countries with the highest number of patents deposited in the last 20 years, indicating the dominance of technology in these countries. Therefore, the technological prospecting of solar collector patents in Brazil and worldwide has pointed to the need for changes in the incentive policies and legislation in Brazil about the efficient use of electric energy by residential consumers. A demanda crescente de energia elétrica no Brasil e no mundo pelo setor residencial define o consumidor como um dos principais agentes de controle do consumo de energia elétrica. A substituição de chuveiros elétricos por sistemas de aquecimento solar de água, cujo principal componente é o coletor solar, já é uma obrigação legal em muitos países e se constitui uma importante medida de eficiência energética. Nesse sentido, o Brasil, que possui alto índice de radiação solar, poderia utilizar amplamente essa tecnologia. No entanto, este estudo verificou que existem poucas patentes depositadas no Brasil nesse tema, o que sinaliza a oportunidade de desenvolvimento de pesquisa e inovação dessa tecnologia no País. A China, a Alemanha, a Coreia e os Estados Unidos são os países que tiveram maior quantidade de patentes depositadas nos últimos 20 anos, indicando domínio da tecnologia nesses países. Portanto, a prospecção exploratória de patentes de coletores solares no Brasil e no mundo, realizada neste estudo, sugere a necessidade de mudanças nas políticas de incentivo e na legislação existente no Brasil acerca do uso eficiente de energia elétrica por parte dos consumidores residenciais.

The access to energy is directly linked to improving the quality of life and development of today's society. Among the ways of generating energy, hydroelectric plants and those based on fossil fuels are the most used. One technology that has been gaining prominence is solar energy. The most well-known equipment for this purpose are the solar collectors. In this work was evaluated a collector with structure in dark plastic with flexible structure. Such structure gives it facilities, especially in the transportation of equipment. In this article the Utility Model obtained by the University of Brasília Foundation (FUB) was evaluated, which brought about a functional improvement in its performance. They were evaluated, based on the state of the art, on the degree of maturity of the technology and on possible technological routes; the industrial application and other issues related to the equipment, such as the possibility of commercialization or licensing. O acesso à energia está diretamente ligado à melhoria da qualidade de vida e desenvolvimento da sociedade atual. Dentre os modos de geração de energia, as usinas hidrelétricas e aquelas baseadas em combustíveis fósseis são as mais utilizadas. Uma tecnologia que vem ganhando destaque é a captação de energia solar por intermédio de equipamentos coletores. Os equipamentos mais conhecidos para esse fim são os coletores solares. Neste trabalho foi avaliado um coletor construído com plástico escurecido e com estrutura flexível. Tal estrutura lhe confere facilidades, especialmente no transporte do equipamento. Neste artigo foi avaliado o Modelo de Utilidade obtido pela Fundação Universidade de Brasília (FUB), que trouxe uma melhora funcional em seu desempenho. Foram avaliadas, com base no estado da arte, no grau de maturidade da tecnologia e em possíveis rotas tecnológicas, a aplicação industrial e demais questões relacionadas ao equipamento, como a possibilidade de comercialização ou licenciamento.

This Master Thesis presents an analysis of the thermal behavior of two solar collectors of the flat type and solar water heating. Two sections were divided in this work: numerical and experimental. For the experimental trials, a solar heating system installed no UFPB Solar Energy Laboratory was adapted. A bench is composed of temperature sensors, solar radiation, direction and a metal structure that allows adjusting different inclinations and volumetric flow rates. An instrumentation platform was developed for the acquisition and monitoring of data through supervised software implemented in LabView. It has also developed a graphical interface that allows monitoring with a computer. Thus, we obtained the experimental results, with several characteristic curves of incident solar radiation, of the water temperature at the entrance and exit of the solar collectors. A simplified one-dimensional model adopted for the numerical simulation that was solved through the Finite Volume Method. Developed a programming language code for discretization and resolution of the equations of government of the mathematical modeling of the problem. The characterization of the solar collector with numerical simulation, through MATLAB software, obtained as temperature curves of its components, among which, glass, an absorber plate and working fluid. The results of the inlet and outlet temperature of the solar collector are obtained in the numerical simulation are validated with the experimental data. Through the results indicated in several thermal response curves of the components of the solar collector, to determine the thermal efficiency for each configuration of the collectors in the region of permanent regime. The simulated results of the thermal yields were validated with the experimental results. The effect of the addition of a plastic film is not a thermal yield of the flat solar collector, whose values indicate an increase of approximately 44%. An experimental test was performed on the absorber plate, seeking a temperature distribution along the surface. Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq Esta dissertação apresenta uma análise do comportamento térmico de um coletor solar do tipo plano para aquecimento de água. O trabalho foi dividido em duas etapas: numérica e experimental. Para os testes experimentais, a montagem do sistema de aquecimento solar instalado no Laboratório de Energia Solar da UFPB foi adaptado. A bancada é constituída de sensores de temperatura, de radiação solar, de direção e velocidade do vento e uma estrutura metálica que possibilita ajustar diferentes inclinações e vazões volumétricas. Foi desenvolvido uma plataforma de instrumentação para aquisição e monitoramento dos dados por meio de um software supervisório implementado em LabView. Também foi desenvolvido uma interface gráfica que permite a monitoração com um computador. Com isso, obtiveram-se os resultados experimentais, com várias curvas características da radiação solar incidente, da temperatura da água na entrada e saída dos coletores solares. Adotou-se um modelo simplificado unidimensional para a simulação numérica que foi resolvida através do Método dos Volumes Finitos. O código foi desenvolvido em linguagem de programação para discretização do domínio e resolução das equações de governo da modelagem matemática do problema. A caracterização do coletor solar com simulação numérica, por meio do software MATLAB obteve as curvas de temperatura dos seus componentes, entre os quais, o vidro, a placa absorvedora e o fluido de trabalho. Os resultados da temperatura de entrada e saída do coletor solar obtidos na simulação numérica são validados com os dados experimentais. Através dos resultados apresentados em diversas curvas de resposta térmica dos componentes do coletor solar, foi possível determinar o rendimento térmico para cada configuração dos coletores na região de regime permanente. Os resultados simulados dos rendimentos térmicos foram validados com os resultados experimentais. Avaliou-se o efeito da adição de um filme plástico no rendimento térmico do coletor solar plano, cujos os valores indicam um aumento de 44% aproximadamente. Um teste experimental foi realizado na placa absorvedora, buscando avaliar a distribuição da temperatura ao longo da superfície.

Orientador: Paulo Henrique de Mello Sant'Ana Tese (doutorado) - Universidade Federal do ABC. Programa de Pós-Graduação em Energia, 2017. O mundo contemporâneo tem intensificado esforços para responder e solucionar problemas, que embora identificados no passado, tem se tornado objeto de crescente preocupação para a humanidade. As preocupações cada vez maiores com o aquecimento global e a tendência do aumento da posse de sistemas elétricos para a climatização ambiental fazem com que a utilização de energia limpa para alimentar estes sistemas seja cada vez mais considerada como forma de contribuir para uma sociedade mais sustentável. Para isso a presente tese, diante de uma proposta interdisciplinar, descreve qual é a influência da energia termo solar no planejamento de instalações de chillers solares residenciais no Brasil. A abordagem teórica deste trabalho possibilitou estudar a energia termo solar de maneira isolada na forma de níveis de potenciais. Os resultados obtidos mostram a existência de uso de potenciais de energia termo solar no Brasil, principalmente nas regiões que compõe o cinturão solar. O custo nivelado de geração de energia termo solar obtido é suficientemente competitivo com as tarifas de eletricidade. Vários elementos apresentados no decorrer da tese são inseríveis no Fluxo das Soluções no Modelo de Kingdon e considerados no processo de formulação de políticas públicas. The contemporary world has intensified its efforts to respond to and solve problems, which, although identified in the past, have become an object of increasing concern to humanity. The growing concern about global warming and the trend of increasing the possession of electrical systems for environmental air conditioning means that the use of clean energy to feed these systems is increasingly considered as contributing to a more sustainable society. For this, the present thesis, in view of an interdisciplinary proposal, describes what is the influence of solar thermal energy in the planning of residential solar chillers installations in Brazil. The theoretical approach of this work made it possible to study solar thermal energy in an isolated manner in the form of potential levels. The results obtained show the existence of solar thermal energy potentials in Brazil, mainly in the regions that make up the solar belt. The leveled cost of generating solar thermal power is sufficiently competitive with electricity rates. Several elements presented in the course of the thesis are insertable in the Solution Flow in the Kingdon Model and considered in the process of public policy formulation.

In the Brazilian semi-arid region, there is a strong need to have drinking water taken from the brackish water of existing wells, due to the successive droughts in this region. The purpose of this work was to study alternative materials, to measure and test a prototype for an active solar desalination unit with a collector built with masonry and ferro-cement, and to produce desalinated water from brackish water. The dimensioned active desalinator consists of a flat solar collector using 50 m of a spiral polyethylene hose for the preheating of brackish water at temperatures up to 90 ºC and an evaporation and condensation chamber (heat exchanger) that receives the preheated water from the solar collector where the boiling desalination process takes place. The tests were carried out in the city of João Pessoa (Latitude: 07º06'54"S Longitude: 34º51'47"W) in Paraíba, where measurements and comparisons of the temperatures inside and outside the prototype were made. The radiation of the place and the amount of desalinated water produced were also measured every day. During the testing period, an average of 3.3 liters per squared meter of desalinated water was produced daily. Thus, solar energy as an alternative energy source was able to promote water heating and desalination with great advantages for the families of the brazilian northeastern semi-arid region, given their difficulty of access to drinking water. In addition to this, the alternative materials proposed in the desalination unit and solar collector have been proven effective for water desalination. Nenhuma Na região do semiárido brasileiro, há a necessidade de se ter água potável a partir da água salobra dos poços existentes, devido às secas sucessivas que castigam essa região. A finalidade deste trabalho foi estudar os materiais alternativos, dimensionar e desenvolver um protótipo de dessalinizador solar ativo com um coletor construído em alvenaria e ferrocimento, para a produção de água dessalinizada a partir de uma água salobra. O dessalinizador ativo dimensionado foi constituído de um coletor solar plano, utilizando 50 m de mangueira de polietileno em espiral, para o pré-aquecimento da água salobra a temperaturas de até 90 ºC, e uma câmara de evaporação e condensação (trocador de calor) que recebe a água pré-aquecida do coletor solar, onde ocorrerá o processo de dessalinização a ebulição. Os testes foram realizados na cidade de João Pessoa (Latitude: 07º 06' 54" S Longitude: 34º 51' 47" W), na Paraíba, onde foram feitas as medições e comparações das temperaturas no interior e exterior do protótipo e medida a radiação solar diária do local e a quantidade de água dessalinizada produzida diariamente. No período de testes, o dessalinizador testado produziu em média de 3,3 l/m2 de água sem sais. Assim, a energia solar, como fonte de energia alternativa e renovável, foi capaz de promover o aquecimento da água e a sua dessalinização, tendo em vista a alta disponibilidade dessa energia. A possibilidade da utilização do equipamento desenvolvido neste estudo, na região do semiárido nordestino, poderá trazer grandes benefícios à população, considerando as dificuldades de acesso à água potável. Além disso, os materiais alternativos propostos no dessalinizador e coletor solar mostraram-se eficazes para a dessalinização da água.

Não recebi financiamento The objective of this work is to present the manufacturing parameters of the solar collectors, subject to modification, resulting in improved performance. A discretization of the components of the solar collector was made, identifying the points that could be improved, the importance of each one and its influence on the operation of the collector as a whole. These modifications were simulated by means of a mathematical model, namely: the position of the absorber surface; The distance between the absorber surface and transparent cover; The relationship between thickness and width of the absorber surface. The EES (Engineering Equation Solver) software was used to perform the simulation. The model that was implemented in the EES was a flat solar collector of 1.0 m². After the simulation was carried out, three prototypes were built, one with characteristics common to the collectors available in the market and called the Standard and two more manufactured with the proposed modifications. All the models were sent to the Thermal Efficiency test in a laboratory accredited by INMETRO. The results of the simulation indicated that the change in the position of the absorber surface shows an increase of 0.11 m² in the absorber area of the collector; The computational simulation indicated that the increase in the distance between the absorber surface and the transparent cover in the collectors generated an increase in heat loss from the top of the collector of 0.058 W / m²K; The change of the thickness and width of the absorber surface generated a reduction in the efficiency of 94% in the standard collector to 90% in the proposed prototype. The combination of the mounting position and the distance between the absorber surface and the cover showed a 5% increase in the energy production of this collector. For the results of the laboratory tests it was observed that the prototype with the modifications in the thickness and width of the absorber surface showed a decrease in its performance and the prototype with the combination of the mounting position with the distance between the absorber surface did not show an improvement in its performance , Which was contrary to the mathematical model and whose explanation is due to the uncertainty of ± 2.92% of the production line of the company supplying the prototypes. O objetivo deste trabalho é apresentar os parâmetros de fabricação dos coletores solares, passíveis de modificação, resultando na melhoria do desempenho. Foi feita uma discretização dos componentes do coletor solar identificando os pontos passíveis de melhoria, a importância de cada um e a sua influência no funcionamento do coletor como um todo. Essas modificações foram simuladas por meio de um modelo matemático, a saber: a posição da superfície absorvedora; a distância entre superfície absorvedora e cobertura transparente; a relação entre espessura e largura da superfície absorvedora. Foi utilizado o software EES (Engineering Equation Solver) para realizar a simulação. O modelo que foi implementado no EES foi um coletor solar plano de 1,0 m². Após a realização da simulação foram construídos três protótipos, sendo um com características comuns aos coletores disponíveis no mercado e chamado de Padrão e mais dois fabricados com as modificações propostas. Todos os modelos foram enviados para ensaio de Eficiência Térmica em laboratório credenciado pelo INMETRO. Os resultados da simulação apontaram que a mudança na posição da superfície absorvedora evidencia um acréscimo de 0,11 m² na área absorvedora do coletor; A simulação computacional indicou que com o aumento na distância entre a superfície absorvedora e a cobertura transparente nos coletores gerou um aumento na perda de calor pelo topo do coletor de 0,058 W/m²K; A troca da espessura e largura da superfície absorvedora gerou uma redução na eficiência de 94% no coletor padrão para 90% no protótipo proposto. A combinação entre a posição de montagem e a distância entre superfície absorvedora e cobertura evidenciou-se um incremento de 5% na produção de energia desse coletor. Para os resultados dos ensaios laboratoriais foi observado que o protótipo com as modificações na espessura e largura da superfície absorvedora apresentou uma queda no seu desempenho e o protótipo com a combinação da posição de montagem com a distância entre superfície absorvedora não apresentou uma melhora no seu desempenho, o que contrariava o modelo matemático e que cuja explicação se deve a incerteza de ±2,92% da linha de produção da empresa fornecedora dos protótipos.

Submitted by GUILHERME BIAZZI GONÇALVES null (guibgoncalves.mec@gmail.com) on 2016-03-22T14:34:40Z No. of bitstreams: 1 Dissertação_Guilherme_Goncalves.pdf: 2105715 bytes, checksum: ad6f128191029ac5c1e1ce18a782cf4e (MD5) Approved for entry into archive by Ana Paula Grisoto (grisotoana@reitoria.unesp.br) on 2016-03-23T12:11:07Z (GMT) No. of bitstreams: 1 golcalves_gb_me_bauru.pdf: 2105715 bytes, checksum: ad6f128191029ac5c1e1ce18a782cf4e (MD5) Made available in DSpace on 2016-03-23T12:11:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 golcalves_gb_me_bauru.pdf: 2105715 bytes, checksum: ad6f128191029ac5c1e1ce18a782cf4e (MD5) Previous issue date: 2016-02-04 Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) Nas últimas décadas, o crescente aumento do preço dos combustíveis fósseis associado às crescentes preocupações ambientais têm incentivado as pesquisas sobre o uso de fontes de energia renováveis e os aprimoramentos de seus sistemas e equipamentos. Dentre as fontes alternativas existentes, a energia solar merece ser destacada pelo seu grande potencial de exploração. Os dispositivos solares permitem um amplo espectro de uso, podendo ser utilizados desde operações de grande porte, como hotéis e indústrias, até em sistemas menores típicos de residências. Dentre as aplicações possíveis de energia solar, o sistema de aquecimento de água residencial utilizando coletores solares planos ainda é o mais comum. Este tipo de dispositivo capta a radiação solar por meio de seus coletores e aquece a água que escoa no seu interior e a armazena dentro de um reservatório. Este trabalho propõe estudar uma geometria de coletor alternativa para a captação de energia baseada no coletor de absorção direta. Neste tipo de dispositivo, o fluido de trabalho escoa entre uma placa absorvedora negra e uma placa de vidro e é aquecido indiretamente pela placa absorvedora. Para a avaliação da geometria um modelo numérico bidimensional utilizando o OpenFOAM® foi elaborado. As análises realizadas visaram determinar as condições de contorno ideais para as simulações envolvendo escoamentos de vazão constante e devido ao efeito de termossifão. Com o modelo estabelecido, determinou-se a curva de rendimento da geometria estudada com o intuito de determinar a espessura ideal de fluido que deve escoar dentro do coletor. Pela análise dos resultados obtidos, pode-se concluir que a influência da espessura no rendimento térmico é pequena, sendo que, na faixa avaliada, a espessura de 5,0 mm apresentou os melhores valores de rendimento térmico. On last decades, the increasing price of fossil fuels associated with the growing concern with the environmental have encouraged researches about renewable energy sources and improvements to its systems and equipment. Among the available alternative sources, solar energy deserves to be highlighted for its great exploitation potential. Solar devices allow a wide range of use, since large operations, such as hotels and industries, to typical smaller residences systems. Among possible applications for solar power, residential water heating systems using flat solar collectors are the most common ones. This type of devices capture solar radiation through their collectors, heat the inside flowing water and stores it in a reservoir. The present work intends to study an alternative collector geometry for energy harvesting based on the direct absorption collector. In this device, the working fluid flows between a black absorber plate and a glass cover and is heated indirectly by the absorber plate. For the geometry evaluation a two-dimensional numeric model was created using OpenFOAM. The analysis aimed to determine the optimal boundary conditions for simulations involving a constant flow and a thermosiphon effect flow. With the model stablished, it was determined the efficiency curve for the geometry in order to find the optimal fluid thickness that flows inside the collector. After the analysis, it can be concluded that the thickness effect on the thermal efficiency is small and, among the evaluated thickness, the 5.00 mm one obtained the best results.

Os sistemas solares de aquecimento de água são uma forma de produção de energia não poluente, que já faz parte da matriz energética brasileira. O uso deste tipo de sistemas traz benefícios econômicos ao país e principalmente a quem os utiliza, devido à poupança no uso de outras fontes de energia para o aquecimento da água. No Brasil o aquecimento solar de água é realizado, principalmente, por coletores solares planos, tecnologia bem conhecida e fabricada no país a preços baixos. Mas atualmente há uma outra tecnologia que está sendo difundida no âmbito nacional, os coletores solares de tubos a vácuo, os quais estão sendo produzidos internacionalmente em uma escala maior, importados e comercializados a preços mais competitivos no mercado nacional. Por isto é necessário entender estes sistemas e o seu funcionamento para evitar erros na sua instalação e otimizar sua operação. Nesta dissertação é realizada uma análise comparativa de um sistema de aquecimento de água composto por um coletor solar de tubos de vidro a vácuo de extração de calor por transferência direta operando em circulação forçada com o mesmo sistema operando em circulação por termossifão. Esta comparação foi realizada determinando a energia anual que o sistema pode produzir para cada tipo de circulação, a qual foi calculada usando como referência a norma ISO 9459-2 e os dados climáticos da cidade de Porto Alegre do Estado do Rio Grande do Sul. Também foram realizadas medições da vazão em termossifão, entre o reservatório e o coletor solar, e foi determinado o coeficiente de perdas térmicas do tanque reservatório segundo os procedimentos da mesma norma. Para isto foi realizada a montagem de uma bancada experimental, com sensores e instrumentos de medida que foram calibrados. Para o sistema de aquecimento testado, os resultados mostram que o sistema trabalhando em circulação por termossifão produz maior quantidade de energia no ano do que o sistema em circulação forçada, onde se observou que a estratificação no tanque reservatório era menor. Também foi observado que a máxima vazão em termossifão para este sistema de aquecimento de água foi de 0,5 L/min. Solar water heating systems are a method of clean energy production, which is already part of the Brazilian energy matrix. The use of these systems brings economic benefits to the country and especially who use them due to savings in the use of other sources of energy for heating water. In Brazil, the solar water heating is carried out mainly by flat solar collectors, which is a widely known technology because it is produced in the country at low prices. But recently, there is another technology that is being used named: evacuated solar collectors. These collectors are being worldwide produced on a large scale and they are imported and inserted at competitive prices in the domestic market. Therefore it is necessary to understand these systems and their operation to avoid errors in its installation and optimize their operation. In this work, it is accomplishing a comparative analysis of a solar water heating system composed by a water-in-glass evacuated tube solar collector working in forced circulation with the same system working in thermosyphon circulation. This comparison was performed by determining the annual energy that the system can produce for each type of circulation, which was calculated based on the ISO 9459-2 standard and the climatic data of the Porto Alegre city, state of the Rio Grande Do Sul. Also, it was performed thermosyphon measurements between the thermal reservoir and the solar collector, and it was calculated the heat loss coefficient from the reservoir tank according to the procedures of ISO 9459-2 standard. To do so, a testing bench was made, with sensors and measuring instruments which were calibrated before use. For the heating system tested, the results show that the system with thermosyphon circulation produces more annual energy than the forced circulation system where the water temperature stratification in the thermal reservoir was lower. Also, it was observed that the maximum thermosyphon flow for this solar water heating system was 0,5 L/min.

Submitted by Manuel Brandão (mbrandao@estsp.ipp.pt) on 2014-07-04T10:52:35Z No. of bitstreams: 1 DM_HugoMaia_2013_MES.pdf: 2619481 bytes, checksum: 0232892763e5f48dec676c9e9b8c1698 (MD5) Made available in DSpace on 2014-07-04T10:52:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DM_HugoMaia_2013_MES.pdf: 2619481 bytes, checksum: 0232892763e5f48dec676c9e9b8c1698 (MD5) Previous issue date: 2013

In a country like Brazil, which has a high incidence of solar radiation, the use of solar energy is an alternative that has been researched and used with many advantages. This paper presents the design, construction and evaluation of the efficiency of a flat solar collector for pre-heating the air, executed with low cost materials, to be used in drying systems. The prototype of the solar collector with gravel bed was built to be made a survey of data from temperature and relative humidity, using a recording apparatus (data loggers), and carried out the calculations for determining the useful heat provided by the collector. Since in the state of Rio Grande do Sul there are approximately 85,560 farms growing tobacco, accounting to around 91,420 curing barns, for which the widest energy source is firewood, as a case study was proposed to use this solar collector to be used as a supplementary source of heat to the existing curing barns. A case study was conducted on the curing process, verifying the wood consumption needed for each phase of the process in order to determine its energy demands. It was observed that the application of a 3sqm surface collector represented a reduction of around 5.2% in firewood consumption, which demonstrated the economic viability of the system with a time of payback of 3.4 years. Em um país como o Brasil, que possui alta incidência de radiação solar, o uso de energia solar é uma alternativa que vem sendo pesquisada e utilizada com muitas vantagens. O presente trabalho apresenta o projeto, a construção e a avaliação da eficiência de um coletor solar plano para pré-aquecimento do ar, executado com materiais de baixo custo, a ser utilizado em sistemas de secagem. O protótipo do coletor solar com leito de britas foi construido para que fossem feitos os levantamentos dos dados de temperatura e umidade relativa do ar, utilizando-se aparelhos registradores (data loggers), e efetuaram-se os cálculos para a determinação do calor útil fornecido pelo coletor. Sendo que no Rio Grande do Sul existem aproximadamente 85.560 propriedades produtoras de tabaco, que totalizam cerca de 91.420 estufas de cura, nas quais a fonte de energia mais utilizada é a lenha, como estudo de caso foi proposta a utilização deste coletor solar como sistema suplementar como aquecimento do ar no processo de cura do tabaco em estufas a lenha existentes. Um processo de cura foi acompanhado para verificação do consumo de lenha necessário para cada fase deste, para que fosse possível determinar a sua demanda energética. Observou-se que a utilização do coletor com 3m2 de área proporcionou a redução de 5,2% no consumo de lenha, o que demonstrou a viabilidade econômica da utilização do sistema com tempo de retorno do investimento de 3,4 anos.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico It presents a solar collector to be used in a system for heating water for bathing, whose main characteristics are low cost and easy manufacturing and assembly. The system operates under natural convection or thermosiphon. The absorbing surface of the collector is formed by twelve PVC pipes of 25 mm outside diameter connected in parallel via connections in T of the same material. The tubes were covered with absorbing fins made with recycled aluminum cans. We studied eight settings between absorber plate, thermal insulating EPS boards and thermal reservoirs 150 and 200 liters. It was determined the most efficient configuration for the correct purpose. We evaluated thermal parameters that proved the viability of the heating system studied Apresenta-se um coletor solar a ser utilizado em um sistema para aquecimento de água destinada ao banho, cujas principais características são o baixo custo e fáceis processos de fabricação e montagem. O sistema funciona em regime de convecção natural ou termosifão. A superfície absorvedora do coletor é formada por doze tubos de PVC de 25 mm de diâmetro externo ligados em paralelo através de conexões em T do mesmo material. Os tubos absorvedores foram recobertos por aletas confeccionadas com latas de alumino recicladas. Foram estudadas oito configurações entre placa absorvedora, isolante térmico de placas de EPS e reservatórios térmicos de 150 e 200 litros. Determinou-se a configuração mais eficiente para o fim proposto. Foram avaliados parâmetros térmicos que comprovaram a viabilidade do sistema de aquecimento estudado

Se empleó un colector solar para evaluar la degradación del malatión en una solución acuosa de 15 µg/L del plaguicida, usando tres concentraciones diferentes de dióxido de titanio (100, 200 y 250 mg/L) y peróxido de hidrógeno (H2O2) al 30% como agente oxidante. La disminución de la concentración del malatión se determinó por cromatografía de gases con detector de microcaptura de electrones (CG-µECD), previa extracción de las muestras con discos C18, y la mineralización se determinó mediante análisis de carbono orgánico total (COT). El proceso de degradación se evaluó durante 16 horas, durante las cuales, se registró la energía solar incidente mediante un radiómetro (Kipp & Zonen, modelo CUV 3). En la fotolisis se alcanzó un porcentaje de degradación de 58,8% y en la fotocatálisis, con 250 mg/L de TiO2 y 10 mL/h de H2O2, se obtuvo 98,7% de degradación. El porcentaje de mineralización alcanzado durante la fotocatálisis fue de 73%. A solar panel was used to evaluate malat-hion degradation. A solution of 15 µg/L of malathion, three different concentrations of titanium dioxide (100, 200 y 250 mg/L) and hydrogen peroxide (H2O2)to 30% like a oxidant agent. Malathion concentration was determined by gas chromatography with CG-µECD previous preparation of sample using octadecyl (C18) extraction disks. The mineralization was determined by analysis of total organic carbon (TOC). The degradation process was evaluated for 16 hours, period during which the incident solar irradiation was registered by a radiometer (Kipp & Zonen, model CUV 3). 58,8% of degradation in photolysis and 98,7% of degradation in photocatalysis with 250 mg/L TiO2 and 10 mL/h H2O2 were reached. The percentage of mineralization reached during photocatalysis was 73%. Um painel solar foi usado para avaliar malation degradação. Uma solução de 15 mg/L de malation, três diferentes concentrações de dióxido de titânio (100, 200 y 250 mg/L) e peróxido de hidrogênio (H2O2) a 30% como um agente oxidante. Malathion concentração foi determinada por anterior preparação da amostra utilizando cromatografia gasosa com CG-DCE octadecílico (C18) extração discos. A mineralização foi determinada por análise de carbono orgânico total (COT). O processo de degradação foi avaliado durante 16 horas, período durante o qual a radiação solar incidente foi registrada por um radiômetro (Kipp & Zonen, modelo CUV 3). 58,8% dedegra-dação em fotólise e 98,7% de degradação em fotocatálise com 250 mg/L TiO2 e10 mL/h H2O2 foram atingidos. A percenta-gem de mineralização atingido durante photocatalysis foi de 73%.

O uso da energia solar como método de desinfestação do solo apresenta como vantagens, além do baixo custo, ausência de riscos para a saúde humana e para o meio ambiente. Seus efeitos sobre microrganismos benéficos são, entretanto, pouco conhecidos. Objetivou-se, neste estudo, avaliar dois métodos de desinfestação do solo por meio da energia solar, quanto aos seus efeitos sobre fungos micorrízicos arbusculares (FMA). Os experimentos foram realizados na Embrapa Clima Temperado, Pelotas (RS), avaliando-se o efeito da solarização e de um coletor solar sobre uma população nativa de fungos micorrízicos. Após 30dias de tratamento, o potencial de inóculo de FMA, determinado pela técnica do número mais provável, foi reduzido em 93% pela solarização e em 99% pelo coletor solar. Verificou-se, ainda, que nas plantas de milho cultivadas em solo tratado durante dois dias no coletor solar, a colonização micorrízica foi, em média, inferior a 1%, não havendo colonização após nove dias de tratamento. Besides its low cost, solar energy use in soil disinfestation presents no risks for human health and the environment. However, its effects on beneficial microorganisms are not well known. This study evaluated the effect of a solar collector and solarization on an indigenous population of arbuscular mycorrhizal fungi. Inoculum potential of mycorrhizae, determined by the most probable number method, decreased, respectively, 93 and 99% when soil was treated during 30days by solarization and solar collector. Mycorrhizal colonization of maize plants, grown in soil treated during two days in the solar collector, was lower than 1%, and absent after nine days of treatment.