Search

The purpose of this work is to present a simple methodology which enables to size a thermosyphon system without always having to resort to a computational simulation. As a result of many system simulations using the TRNSYS software, whereby several project and equipment parameters were varied, a group of expressions were obtained which allow the determination of the system thermal daily efficiency (monthly average). The developed correlation includes geometric and thermal aspects related to the collector, the storage tank and the connecting pipes, as well as operational data such as thermal load, solar radiation and room temperature. This model is able to optimize several variables that comprise thermosyphon solar water-heating systems for the requirements of particular applications. The resulting correlation shows that the efficiency is a linear function of meteorological conditions, collector quality and parameters related to storage tank volume, volume load (consumption profile) and collector area. The correlation is very useful since it is a simple, fast alternative for the calculation of system efficiency without depending on experimental determination or numerical simulation results. The determination and sizing of the collector area and the volume storage tank that satisfy the required thermal load can be appropriately performed in a simple and fast way by using the proposed correlation. El objetivo de este trabajo es presentar una metodología simple para que sea posible diseñar un sistema que funcione en un termosifón, sin recurrir siempre a una simulación por computadora. Como resultado de muchas simulaciones de sistemas que utilizan el programa TRNSYS, donde se variaron diferentes parámetros operacionales y de diseño del sistema, se obtuvo un conjunto de expresiones que permiten la determinación de la eficiencia térmica diaria (promedio mensual) del sistema. La correlación desarrollada contempla tanto los aspectos geométricos y térmicos relacionados con el colector, el tanque de almacenamiento y las tuberías de conexión, así como los aspectos operativos (carga térmica, radiación solar, temperatura ambiente). Este modelo puede optimizar las variables del sistema de calentamiento solar de agua mediante termosifón para los requisitos de una aplicación específica. La correlación obtenida muestra que la eficiencia es una función lineal de las condiciones climáticas, la calidad del colector y los parámetros que relacionan el volumen del tanque de almacenamiento, el volumen de carga (perfil de consumo) y el área del colector. La correlación es muy útil, ya que es una alternativa simple y rápida para calcular la eficiencia del sistema, sin depender de la determinación experimental o los resultados de la simulación numérica. El dimensionamiento, es decir, la determinación del área del colector y el volumen del tanque de almacenamiento que satisfacen adecuadamente la carga térmica requerida, se puede llevar a cabo de manera simple y rápida, utilizando esta correlación. O objetivo deste trabalho é apresentar uma metodologia simples para que seja possível dimensionar um sistema operando em termossifão, sem recorrer sempre a uma simulação computacional. Como resultado de muitas simulações de sistemas utilizando o programa TRNSYS, variando-se diversos parâmetros do projeto e dados operacionais do sistema, obteve-se um conjunto de expressões que permitem a determinação da eficiência térmica diária (média mensal) do sistema. A correlação desenvolvida contempla os aspectos geométricos e térmicos relacionados ao coletor, ao tanque de armazenamento e às tubulações de conexão, bem como aspectos operacionais tais como carga térmica, radiação solar e temperatura ambiente. Este modelo é capaz de otimizar as variáveis do sistema de aquecimento solar de água por termossifão para os requisitos de uma aplicação específica. A correlação obtida mostra que a eficiência é uma função linear das condições meteorológicas, da qualidade do coletor e dos parâmetros que relacionam o volume do tanque de armazenamento, o volume de carga (perfil de consumo) e a área do coletor. A correlação é muito útil, uma vez que se trata de uma alternativa simples e rápida para o cálculo da eficiência do sistema, sem depender de determinação experimental ou resultados de simulação numérica. O dimensionamento, isto é, a determinação da área do coletor e do volume do tanque de armazenamento que satisfazem de maneira adequada a carga térmica necessária, pode ser realizado de maneira simples e rápida usando essa correlação.

Made available in DSpace on 2017-07-10T15:14:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Mauricio Medeiros.pdf: 2573107 bytes, checksum: 1e5a17966417b43d576f37b4837c682b (MD5) Previous issue date: 2012-02-17 Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior This work was developed at the State University of West of Paraná UNIOESTE, campus de Cascavel and was aimed at developing a computer program to simulate and scale, optimally, a system of solar water heating. To determine the efficiency parameters of the system were installed three solar collectors of 1.05 m2 each, brand Pro Sol, coupled to a thermal reservoir of 200 liters, containing electrical resistances auxiliary 2000 W. The system works by using thermosyphon, and was installed in a metal bracket fixed to the ground, oriented to the north at an angle of 35 degrees from the horizontal. We collected hourly data of solar radiation and water temperatures, and evaluated two scenarios. In the first scenario, it was considered system utilization auxiliary heating controlled by a thermostat, which linked and hang up the electrical resistances as the temperature of water in boiler oscillated around of temperature of consumption (40 º C). In the second scenario, it was considered the system to power auxiliary heating only in timetables of water consumption, when the water temperature in boiler was lower than the temperature of consumption. Coefficients were calculated heat loss in the solar collector and storage tank, the heat removal factor of solar collector and the overall efficiency of the heating system installed. These calculated parameters and other data collected were used in software developed for simulation and design in order to satisfactorily meet the needs of hot water consumption, and minimize the total installation costs and energy consumption. Finally, these system costs solar heating were compared to costs of an electric shower conventional. The results obtained were as follows: coefficient of heat loss in the solar collector (5,45 Wm-2ºC-1), coefficient of heat loss in the thermal reservoir (5,34 Wm-2ºC-1), removal factor heat of the solar collector (0.78) and overall system efficiency (31%). The times of return on capital invested in the solar heating system (compared to a conventional electric shower), for the two scenarios of use, were, respectively, 11.45 years and 7.81 years. Este trabalho foi desenvolvido na Universidade Estadual do Oeste do Paraná UNIOESTE, campus de Cascavel, e teve por objetivo principal o desenvolvimento de um programa computacional para simular e dimensionar, de forma otimizada, um sistema de aquecimento solar de água. Para determinar os parâmetros de eficiência do sistema, foram instalados três coletores solares de 1,05 m2 cada, da marca Pro Sol, acoplados a um reservatório térmico de 200 litros, contendo resistências elétricas auxiliares de 2000 W. O sistema utilizado funciona por termossifão, e foi instalado em um suporte metálico fixado ao solo, com orientação para o norte, num ângulo de 35º em relação à horizontal. Foram coletados dados horários de radiação solar e temperaturas da água, e avaliados dois cenários. No primeiro cenário, considerou-se a utilização do sistema de aquecimento auxiliar controlado por um termostato, que ligava e desligava as resistências elétricas conforme a temperatura da água no boiler oscilava em torno da temperatura de consumo (40ºC). No segundo cenário, considerou-se o acionamento do sistema de aquecimento auxiliar somente nos horários de consumo de água, quando a temperatura da água no boiler estivesse menor que a temperatura de consumo. Foram calculados os coeficientes de perda de calor no coletor solar e no reservatório térmico, o fator de remoção de calor no coletor solar e a eficiência global do sistema de aquecimento instalado. Esses parâmetros calculados, e os demais dados coletados, foram utilizados no software desenvolvido para simulação e dimensionamento, de maneira a atender satisfatoriamente às necessidades de consumo de água quente, e minimizar os custos totais de instalação e consumo de energia elétrica. Por fim, esses custos do sistema de aquecimento solar foram comparados aos custos de um chuveiro elétrico convencional. Os resultados obtidos foram os seguintes: coeficiente de perda de calor no coletor solar (5,45 Wm-2ºC-1), coeficiente de perda de calor no reservatório térmico (5,34 Wm-2ºC-1), fator de emoção de calor do coletor solar (0,78) e eficiência global do sistema (31%). Os tempos de retorno do capital investido no sistema de aquecimento solar (em comparação a um chuveiro elétrico convencional), para os dois cenários de utilização, foram de, respectivamente, 11,38 anos e 5,73 anos.

This paper presents an analysis of technical and financial feasibility of the use of a solar system for water heating in a fictitious hotel located in the Northeast region. Thereunto it is used techniques of solar collectors´ sizing and methods of financial mathematics, such as Net Present Value (NPV), Internal Rate of Return (IRR) and Payback. It will also be presented a sensitivity analysis to verify which are the factors that impact the viability of the solar heating. Comparative analysis will be used concerning three cities of distinct regions of Brazil: Curitiba, Belém and João Pessoa. The viability of using a solar heating system will be demonstrated to the whole Brazil, especially to the northeast region as it is the most viable for such an application of solar power because of its high levels of solar radiation. Among the cities examined for a future installation of solar heating systems for water heating in the hotel chain, João Pessoa was the one that has proved more viable. Este trabalho apresenta uma análise da viabilidade financeira da utilização de um sistema solar para aquecimento de água em um hotel fictício na região Nordeste, empregando para isso técnicas de dimensionamento de coletores solares e métodos da Matemática Financeira, como Valor Presente Líquido (VPL), Taxa Interna de Retorno (TIR) e Payback. Será também apresentada uma análise de sensibilidade para verificar quais são os fatores que mais impactam na viabilidade do aquecimento solar, variando também a localidade do empreendimento para Curitiba e Belém, será demonstrada a viabilidade de utilização de um sistema de aquecimento solar no Brasil, destacando-se a região nordeste como a mais viável para tal aplicação da fonte solar em função de seus altos índices de radiação solar global. Dentre as cidades analisadas para futura instalação de sistemas de aquecimento solar para aquecimento de água na rede hoteleira João Pessoa foi a que se mostrou mais viável.

This work presents the development of an automated system for performance analysis of solar collector plan. Concerns to the design and implementation of units of heating and cooling liquid, which provide the adjustments of circulating liquid temperature. Describes how the mass flow rate of the system is controlled by a frequency converter and pulleys that operate on a motor-pump coupling. Shows a graphical interface designed to indicate in real time: the values of the temperature of fluid flowing through the mass flow rate, the ambient air temperature, the state of solid state relays and values of solar radiation incident on solar collector. Explains how the solid state relays enable the units of heating and cooling liquid. Describes the design of electronic circuits for signal conditioning, which are responsible for the compatibility of the signals from the sensors of the system modules for A/D and D/A converters with a resolution of 12 bits. Describes how the values sampled by the A/D and D/A converters were recorded electronically and used in calculations for determining the performance of solar collectors, according to ABNT NBR-10184/1988. To confirm the functionality of the system, was evaluated a solar collector and the parameters of the resulting characteristic curve were 0.61 for FR(τα) and 6.64 W/m2 °C for FR(UL), indicating a typical solar collector behavior with aluminium absorption surface and glass coverage, traded in the Brazilian market. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um sistema automatizado de levantamento de desempenho de coletor solar plano. Trata do projeto e implementação das unidades de refrigeração e de aquecimento auxiliar de líquido, as quais proporcionam os ajustes dos valores de temperatura do líquido circulante. Descreve como a vazão mássica do sistema é controlada por um conversor de freqüência e polias que atuam sobre um conjunto motorbomba. Mostra uma interface gráfica desenvolvida para indicar em tempo real: os valores da temperatura do fluido em circulação, a vazão mássica, a temperatura do ar ambiente, o estado dos atuadores acionados por relés de estado sólido e os valores da radiação solar incidente no coletor solar. Explica como os relés de estado sólido habilitam as unidades de aquecimento e resfriamento de líquido. Faz a descrição do projeto dos circuitos eletrônicos de condicionamento de sinais que são os responsáveis pela compatibilidade dos sinais oriundos dos sensores do sistema para os módulos de conversores A/D e D/A com resolução de 12 bits. Descreve como os valores amostrados pelos conversores A/D e D/A são registrados eletronicamente e usados nos cálculos para determinação do desempenho de coletores solares, de acordo com a NBR-10184/1988. Avaliou-se um coletor solar plano para confirmação da funcionalidade do sistema, cujos parâmetros da curva característica resultante foram 0,61 para FR(τα) e 6,64 W/m2°C para FR(UL), indicando um comportamento comum a coletores solares com superfície de absorção de alumínio e cobertura de vidro, comercializados no mercado brasileiro.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior It s presented a solar collector to be used in a system for heating bath water, whose main characteristic is its low cost. The collector consists of five plates of PVC with 10 mm thick, 200 mm in width and 1400mm in length, with an area equal to 1.4 square meters. The plates were connected in parallel to the ends of PVC tubes of  40 mm and 32 mm. The plates were coated on one side with aluminum sheets of soft drinks and beers cans open. The system worked on a thermosiphon and was tested in two configurations: the plates uncoated and coated with aluminum material, to determine the influence of material on the efficiency of the collector. For both configurations was used EPS plates below the surface to minimize heat losses from the botton. The thermal reservoir of the heating system is, also, alternative and low cost, since it was constructed from a polyethylene tank for storing water, with volume of 150 end 200 liters. It will be presented the thermal efficiency, heat loss, water temperature of the thermal reservoir at the end of the process and simulation of baths for a house with four residents. The will be demonstrated thermal, economic and material viability of the proposed collector, whose main innovation is the use of recyclables materials, cans of beer and soft drinks, to increase the temperature of the absorber plate. Apresenta-se um coletor solar alternativo a ser utilizado em um sistema para aquecimento de água destinada ao banho, cuja principal característica é seu baixo custo. O coletor consiste de cinco placas de forro de PVC de 10 mm de espessura, 200 mm de largura e 1400 mm de comprimento com área correspondente a 1,40 m². As placas foram ligadas pelas extremidades em paralelo a tubos de PVC de 40 mm e de 32 mm. As placas, de um lado, foram revestidas com chapas de alumínio provenientes de latinha de refrigerantes e cervejas abertas. O sistema funcionou em regime de termo-sifão e foi testado para duas configurações: as placas sem revestimento e revestidas com o material alumínio, para a determinação da influência desse material na eficiência do coletor. Para as configurações estudadas utilizaram-se placas de isopor de 20 mm na superfície inferior para minimizar as perdas térmicas pela parte de baixo. O reservatório térmico do sistema de aquecimento é, também, alternativo e de baixo custo, pois foi construído a partir de um reservatório de polietileno para armazenamento de água, com volume de 150 e 200 litros. Serão apresentados dados de eficiência térmica, perda térmica, temperatura da água do reservatório térmico no final do processo e de simulação de banhos para uma residência com quatro moradores. Serão demonstradas as viabilidades térmica, econômica e de materiais do coletor proposto, cuja principal inovação consiste na utilização de materiais recicláveis, latas de cervejas e refrigerantes para o aumento da temperatura da placa absorvedora

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-06T19:13:42Z No. of bitstreams: 1 Adriano Gatto Lemos de Souza_BDTD.pdf: 720226 bytes, checksum: fc371b1a38b65a7f51c5b406b0e984ad (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-06T19:13:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Adriano Gatto Lemos de Souza_BDTD.pdf: 720226 bytes, checksum: fc371b1a38b65a7f51c5b406b0e984ad (MD5) Previous issue date: 2009-03-19 This current paper refers to the development of a piece of software for optimized project of water heating systems by means of the utilization of solar energy. It is a computer tool created to help engineering companies with solar heating systems projects (SAS), using commercial equipment performance data from the Programa Brasileiro de Etiquetagem (PBE) - Brazilian Labeling Program - and solar radiation data from the Atlas Solarimétrico Brasileiro Brazilian Solar Energy Atlas. Throughout the development of the software some methodologies have been used as well as practical relationships aiming at the optimization of the installation with the binomial economy-reliability. The software makes available to designers the possibility of simulating installations with up to four collectors in series, aiming at better hydraulic balance and, consequently, better installation performance. The project methodology used was F-Chart, followed by an economic analysis with relevant information about profitability and investment risk. The software was initially developed on an EXCEL plan, being then implemented in C++. Validation of the software has been performed by means of comparative studies of an example from Duffie and Beckman s book (1991) and a project carried out at UFRGS (Federal University of Rio Grande do Sul), in which the programs Termodim e Radiasol were used, both developed by that university. The software has presented a small deviation in relation to previous simulations, which needs to be investigated in the future in order to identify its causes. As well as F-Chart, the software developed in this dissertation, called Helios-Chart, will have to be used for active direct systems of medium to large-sized installations. O presente trabalho consiste no desenvolvimento de um software para projeto otimizado de sistemas de aquecimento de água mediante a utilização da energia solar. Trata-se de uma ferramenta computacional destinada a auxiliar as empresas de engenharia em projetos de sistemas de aquecimento solar (SAS) utilizando dados de desempenho de equipamentos comerciais provenientes do Programa Brasileiro de Etiquetagem (PBE) e dados de radiação solar provenientes do Atlas Solarimétrico Brasileiro. No desenvolvimento do software foram utilizadas metodologias e relações práticas buscando a otimização técnica e econômica da instalação. O software disponibiliza aos projetistas a possibilidade de simular instalações com até quatro coletores em série buscando um melhor balanço hidráulico e, conseqüentemente, um melhor desempenho da instalação. A metodologia de projeto utilizada foi o F-Chart, acrescido da análise econômica com informações relevantes sobre a rentabilidade e o risco do investimento. O software foi desenvolvido inicialmente em uma planilha do EXCEL para posteriormente ser implementado em C++. A validação do software foi feita através de estudos comparativos com um exemplo do livro de Duffie e Beckman (1991) e um projeto realizado na UFRGS onde foram usados os programas Termodim e Radiasol, ambos desenvolvidos pela mesma Universidade. O software apresentou um pequeno desvio em relação às simulações anteriores que devem merecer investigações futuras no sentido de identificar as suas causas. Assim como o F-Chart, o software desenvolvido nesta dissertação denominado Helios-Chart deverá ser utilizado para sistemas diretos ativos de instalações de médio e grande porte.

This thesis presents an analysis of the economic feasibility of replacing the shower when electric heaters by solar in a unifamiliar residence in the city of Maceio/AL. The solar heating systems, plain plate type and with natural movement (for siphon term) are very suitable for heating household water. In Brazil, due to its climatic conditions are very favorable for these types of systems, they are widely used especially in the Northeast since they depend on sunlight and solar radiation received locally. It is presented a brief introduction describing the entire methodology used for the completion of project. Are given the variables of interest, the design and assembly of the system are. The given practical application of the methodology used is presented in a case study conducted in a unifamiliar residence at the Maceió/AL city. With all mounted system can assess the efficiency of the project, its economic viability and economy generated over 20 years. The outcomes obtained they showed what the substitution of the bath electric for heating solar is viable, generates an economy about to the consumer of low income of R$ 1.826,05, about to the of average income of R$ 4.290,01 & high-yielding of R$ 5.919,75 durante the 20 years of I screen. FAPEAL - Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Alagoas Esta dissertação apresenta uma análise da viabilidade econômica quando da substituição do chuveiro elétrico por aquecedores solares numa residência unifamiliar no município de Maceió/AL. Os sistemas de aquecimento solar, tipo placa plana e com circulação natural (por termossifão) são considerados uma alternativa muito apropriada para o aquecimento de água doméstica. No Brasil, devido as suas condições climáticas serem bastante favoráveis para esses tipos de sistemas, os mesmos estão sendo muito utilizados, em especial na região Nordeste, já que estes sistemas dependem da insolação e radiação solar recebida local. O trabalho apresenta uma breve introdução com relação ao tema abordado, descrevendo toda metodologia utilizada para realização do projeto. São apresentadas as variáveis de interesse, o dimensionamento e montagem do sistema. A aplicação prática da metodologia utilizada é apresentada na forma de um estudo de caso realizado numa residência unifamiliar no município de Maceió/AL. Com todo sistema montado é possível avaliar a eficiência do projeto, sua viabilidade econômica e economia gerada ao longo de 20 anos. Os resultados obtidos mostraram que a substituição do chuveiro elétrico por aquecedor solar é viável, gerando uma economia para o consumidor de baixa renda de R$ 1.826,05, para o de média renda de R$ 4.290,01 e alta renda de R$ 5.919,75 durante os 20 anos de projeto.

An solar alternative system for water heating is presented. Is composed for one low cost alternative collector and alternative thermal reservoir for hot water storing. The collector of the system has box confectioned in composite material and use absorption coils formed for PVC tubes. The box of hot water storage was confectioned from a plastic polyethylene drum used for storage of water and garbage, coated for a cylinder confectioned in fiber glass. The principle of functioning of the system is the same of the conventionally. Its regimen of work is the thermosiphon for a volume of 250 liters water. The main characteristic of the system in considered study is its low cost, allowing a bigger socialization of the use of solar energy. It will be demonstrated the viabilities thermal, economic and of materials of the system of considered heating, and its competitiveness in relation to the available collectors commercially. Relative aspects will be boarded also the susceptibility the thermal degradation and for UV for the PVC tubes. It will be shown that such system of alternative heating, that has as main characteristic its low cost, presents viabilities thermal, economic and of materials Apresenta-se um sistema de aquecimento solar de água, trabalhando em regime de termossifão, constituído por um, coletor solar alternativo e um reservatório armazenador de água também alternativo. O coletor foi construído com um material compósito a base de gesso e isopor e o reservatório térmico a partir de um tambor de polietileno de 200 litros utilizado para armazenamento de água e lixo recoberto por um cilindro em fibra de vidro, tendo isopor triturado entre as duas superfícies. A utilização do compósito e a nova forma de obtenção da grade absorvedora permitem que o coletor apresente apenas três elementos ao invés dos cinco característicos de um coletor convencional, diminuindo, portanto o seu custo. A superfície absorvedora dos coletores foi montada utilizando-se tubos de PVC pintados de preto fosco, ligados através de uma configuração em paralelo, utilizando como elementos de ligação conexões em T de PVC de mesmo diâmetro. Serão apresentados dados de eficiência e perda térmicas que demonstram a eficiência térmica do sistema de aquecimento proposto Abordarse-á também aspectos relativos a susceptibilidade de degradação dos tubos de PVC quando expostos a radiação solar. Mostrar-se-á que tal sistema de aquecimento alternativo, que tem como principal característica seu baixo custo, apresenta viabilidades térmica, econômica e de materiais

Made available in DSpace on 2016-04-29T14:19:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Osiris Ashton Texto Completo.pdf: 795460 bytes, checksum: e8669607ab12c483d2966ce9e0a3a079 (MD5) Previous issue date: 2006-08-11 Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Reason for this research work is a question: Why is Brazil not using regularly solar energy to produce thermal energy for domestic usage? The main aim is to discuss the energy solar energy market regulations to be applied to the low income population living in poor neighborhoods, on how to heat water using this kind of energy. Specifically three points will be covered: The first, the usage of solar energy using hot water by the population living in low income neighborhoods; The second, Market regulations for the usage of hot water through solar energy; The third points, is the relationship between the regulations of the energy industry, their objections to this system and the incentives to be given to this technology in Brazil. The facts sustaining this discussion were obtained through the institutions regulating the energy industry and the market financial agents of solar energy heaters as an asset when used to heat water to produce energy. The discussion goes by subjects as: low income, energy efficiency, substitution of electric showers and the solar energy as public good when it is used in a way to heat water. Este trabalho é motivado pela indagação: Por que no Brasil não se usa habitualmente a energia do sol para a produção de energia térmica de uso doméstico? O objetivo geral é discutir o papel da regulação do mercado de energia na apropriação da energia pela população de baixa renda domiciliada em habitações populares, através do aquecimento de água com energia solar. Especificamente, abordam-se três pontos: o primeiro, a apropriação da energia solar através do aquecimento de água pela população de baixa renda domiciliada em habitações populares; o segundo, a regulação do mercado do aquecimento de água com energia solar; o terceiro, a relação entre regulação da indústria de energia e a criação de barreiras e incentivo à difusão da tecnologia de aquecimento de água solar no Brasil. Para atingirem-se os objetivos foi realizada pesquisa bibliográfica descritiva. Os dados que sustentam a discussão foram obtidos junto às instituições que regulam a indústria de energia no Brasil e os agentes econômicos do mercado de aquecedores termo-solares. A discussão perpassa por questões como: baixa renda, eficiência energética, substituição de chuveiros elétricos e a energia solar como bem público quando é utilizada no aquecimento de água.