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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.

Os coletores solares de placa plana, operando com nanofluidos, se tornaram uma alternativa importante para o aproveitamento da irradiação solar como fonte de energia para aplicações como a refrigeração solar por absorção. Um coletor solar de placa plana (CSPP) absorve a irradiação solar mediante a placa absorvedora e transfere calor para o fluido de trabalho. Os nanofluidos são uma alternativa potencial para melhorar significativamente o desempenho dos coletores solares, aprimorando os processos de transferência de calor. Neste trabalho, foi realizada uma modelagem em regime permanente de um coletor solar de placa plana utilizando o software MATLAB. Considerou-se a determinação da irradiação solar incidente sobre o CSPP através da combinação de modelos de decomposição e transposição. Diferentes modelos disponíveis na literatura foram estudados, aqueles que apresentaram uma maior concordância com os dados padrão foram os modelos nomeados como OH-Pe, Er-Pe, Re-Pe. A eficiência do CSPP foi determinada para sua operação com o nanofluido MgO/Água. Os seguintes parâmetros foram considerados para avaliar o desempenho do CSPP: a concentração de nanopartículas, a vazão mássica e a irradiação solar. Os resultados indicam que para uma concentração de 0,5 vol% do nanofluido MgO/Água o CSPP apresentou a maior eficiência, mostrando um aumento relativo com respeito à eficiência térmica do fluido base (água pura) de 18,76%. A máxima eficiência térmica foi atingida para uma vazão mássica de 0,09 kg/s. Com o aumento da irradiação solar a eficiência térmica do coletor aumenta. Comparando o CSPP trabalhando com água pura e com MgO/Água, observou-se que para uma mesma temperatura de saída o CSPP pode ter uma redução máxima de 15,80% da área para uma concentração de 0,5 vol% de MgO em água. Os resultados obtidos mostram que com o emprego de nanofluidos os CSPP podem reduzir custos e ser mais eficientes. The flat plate solar collectors, operating with nanofluids, have become an important alternative for using solar irradiation as a source of energy for applications such as solar absorption refrigeration. A flat plate solar collector (FPSP) absorbs solar radiation through the absorber plate and transfers heat to the working fluid. The nanofluids are a potential alternative to significantly improve the performance of solar collectors, by enhancing the heat transfer processes. In this work, a steady state modeling of a flat plate solar collector was performed using MATLAB software. It was considered the determination of the solar irradiation incident on the FPSP through the combination of decomposition and transposition models. Different models available in the literature were studied, those that showed greater agreement with standard data were the models named as OH-Pe, Er-Pe, Re-Pe. The efficiency of FPSP was determined for its operation with the nanofluid MgO/Water. The following parameters were considered to evaluate the performance of the FPSP: nanoparticles concentration, mass flow and solar irradiation. The results indicate that for a concentration of 0.5 vol% of the nanofluid MgO/Water the FPSP presented the highest efficiency, showing a relative increase with respect to the thermal efficiency of the base fluid (pure water) of 18.76%. The maximum thermal efficiency was reached for a mass flow of 0.09 kg/s. As solar irradiation increases, the thermal efficiency of the collector increases. Comparing the FPSP working with pure water and with MgO/Water, it was observed that for the same outlet temperature the FPSP can have a maximum area reduction of 15.80% for a concentration of 0.5 vol% of MgO in water . The results obtained show that with the use of nanofluids the FPSP can reduce costs and be more efficient.

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 %.

Podendo ser utilizada tanto para aquecimento quanto para geração de energia, a fonte solar é uma das energias renováveis mais discutidas e estudadas, em virtude disto, o objetivo deste trabalho é realizar uma revisão de literatura sobre materiais para confecção de coletores solares, além de discorrer sobre energia solar e geração distribuída. O artigo em questão apresenta dados sobre materiais como o aço inoxidável, cobre e alumínio, ambos podendo ser utilizados para construção de peças de um coletor solar e nos conceitos e aplicações de geração distribuída.

A geração de calor representa uma parcela significativa da demanda energética industrial. Somado ao requerimento por baixas temperaturas e presença de recurso solar vantajoso no Brasil, há um potencial termossolar na indústria brasileira. Propõe-se determinar o desempenho térmico e financeiro de um sistema com coletores linear Fresnel para aquecimento de água. Os locais são adotados com base no critério de irradiação solar e presença da indústria de laticínios, sendo a demanda térmica obtida com base no processo de pasteurização do leite. O dimensionamento e parâmetros térmicos são obtidos com auxílio do software System Advisor Model (SAM). As métricas econômicas empregadas são Valor Presente Líquido (VPL) e Levelized Cost of Energy (LCOE). Por fim uma análise de sensibilidade financeira é realizada. Onze cidades brasileiras são escolhidas e a demanda térmica anual para o aquecimento de água é de 1437 MWh. O dimensionamento resultante é de 1.056 m² de área refletiva e 1.267,2 m² de terreno total. A análise térmica apresenta que a energia entregue ao sistema varia de 335 MWh (São Paulo) a 980 MWh (Ribeirão Preto). A avaliação econômica mostra sete cidades com resultado econômico positivo, nas quais o tempo de retorno é de 3 a 8 anos. Quanto ao LCOE, valores variam de R$ 0,19/kWh a R$ 0,54/kWh. A análise de sensibilidade mostrou maior impacto do preço da biomassa no VPL, e da área do campo solar no LCOE. Heat generation represents a significant portion of industrial energy demand. In addition to the requirement for low temperatures and the presence of an advantageous solar resource in Brazil, there is a thermo-solar potential in the Brazilian industry. It is proposed to determine the thermal and financial performance of a system with Fresnel linear collectors for water heating. The locations are adopted based on the criterion of solar irradiation and presence of the dairy industry, with the thermal demand being obtained based on the process of pasteurization of milk. The dimensioning and thermal parameters are obtained with the aid of the System Advisor Model (SAM) software. The economic metrics employed are Net Present Value (NPV) and Levelized Cost of Energy (LCOE). Finally, a financial sensitivity analysis is performed. Eleven Brazilian cities are chosen and the annual thermal demand for water heating is 1437 MWh. The resulting dimensioning is 1,056 m² of reflective area and 1,267.2 m² of total land. The thermal analysis shows that the energy delivered to the system varies from 335 MWh (São Paulo) to 980 MWh (Ribeirão Preto). The economic evaluation shows seven cities with positive economic results, in which the payback time is 3 to 8 years. As for the LCOE, values vary from R $ 0.19 / kWh to R $ 0.54 / kWh. The sensitivity analysis showed a greater impact of the biomass price in the NPV, and the solar field area in the LCOE.

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.

The intermittence of solar radiation, due to continuous rainy or cloudy days, is a limitation of simple and small solar dryers. These conditions often make them impossible to use. By including storage systems (thermal accumulation) and/or auxiliary energy sources, drying processes or dehydration can be conducted continuously, even during periods of low insolation. Therefore, the present work simulates and evaluates the thermal and energetic behavior of a hybrid system for heating the air that is directed to the dehydration chamber of a solar food dryer. The software selected for the simulation was TRNSYS. The simulated hybrid system consists of a flat plate solar collector and an arrangement of electrical resistors that guarantee the entry of air, at a constant temperature, into the dehydration chamber. The target temperature selected is 70 °C, and the absence of food products in the chamber is assumed. An arrangement with four electric resistors totaling 1900 W, with three different powers of 1000 W, 500 W, and 200 W proved adequate to guarantee the entrance of air at a constant temperature when considering the climatic conditions of a city in the South of Brazil.

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.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) No nordeste brasileiro, a manga é cultivada em vários estados. Barreiras fitossanitárias são impostas à fruta destinada ao mercado internacional, sendo a imersão em tanques com água a 46,1ºC recomendada na solução de dois problemas típicos: a antracnose e a eliminação da mosca da fruta. Os níveis de temperatura requeridos para o tratamento térmico da manga e as excelentes condições climáticas locais apontam para a viabilidade técnica do uso do aquecimento solar em substituição de grande parte do GLP consumido. Para estudo de viabilidade de aplicação no aquecimento da água utilizada no processo de tratamento hidrossanitário térmico (THT) da manga, esse trabalho tem por objetivo a fabricação de um coletor solar multitubo, trabalhando em regime de fluxo contínuo, com serpentina absorvedora formada por tubos de PVC ligados em série, dispostos em forma labirinto sobre chapa absorvedora de alumínio e conectado a uma fonte alimentadora de água fria. O sistema foi ensaiado para o diagnóstico de seu desempenho térmico e levantamento dos parâmetros necessários para sua caracterização. Para um período de 9:00 às 16:00 horas, foram coletadas periodicamente as temperaturas em pontos internos e externos ao coletor; as temperaturas de entrada e saída do fluxo de água para variadas vazões (60l/h,80 l/h, 100l/h) em regime permanente e a radiação solar global ao longo do período de realização dos ensaios. Calculou-se o coeficiente global de perdas e o rendimento térmico do coletor. Para estimativa da demanda de energia térmica, simulou-se as condições esperadas no período de safra e então avaliou-se as características técnicas para inserção dos coletores no sistema de aquecimento. Foi demonstrada a viabilidade térmica do sistema de aquecimento para o tratamento hidrossanitário térmico (THT) da manga proposto, com resultados mais expressivos para a vazão de 60 l/hora para a área estudada. Para resultados mais viáveis para os outros níveis de vazão estudados, 80 e 100 l/hora, poder-se-ia aumentar a área de superfície absorvedora, plenamente viável nos campos térmico e econômico. In Brazilian northeast mango is grown in many states. Phytosanitary barriers are imposed on the fruit destined for the international market, being the immersion in tanks with water at 46.1ºC recommended in the solution of two typical problems: the anthracnose and the elimination of the fruit fly. The temperature levels required for the heat treatment of the mango and the excellent local climatic conditions point to the technical feasibility of using solar heating in substitution of much of the LPG (Liquified Petroleum Gas) consumed. For the feasibility study of the water heating used in the thermal hydro sanitary treatment (THST) process of the mango, this work has the objective of manufacturing a multitube solar collector, working in a continuous flow regime, with an absorber serpentine formed by PVC tubes connected in series, arranged in labyrinth shape over an aluminum absorber plate and connected to a cold water supply. The system was tested for the diagnosis of its thermal performanceand the necessary parameters for its characterization. For a period from 9:00 a.m. to 4:00 p.m., the temperatures were collected periodically at internal and external points of the collector; the inlet and outlet water temperatures for different flows (60l/h,80 l/h, 100l/h) in steady state and global solar radiation over the period of the tests. The overall loss coefficient and the thermal efficiency of the collector were calculated. In order to estimate the thermal energy demand, the expected conditions were simulated in the harvesting period and then the technical characteristics for the insertion of the collectors in the heating system were evaluated and later the technical and financial feasibility of the proposed solution and final configuration more suitable for this solar heating installation. The parameters presented by the prototype were satisfactory, they serve as basis for the study of solar heating systems in the agribusiness sector and constitute a viable alternative from a technical, constructive and financial point of view.

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.

Com o aumento do consumo de energia elétrica e tarifas, a procura por geração de energias alternativas vem crescendo gradativamente, principalmente que sejam de baixo custo, assim possibilitando uma maior inclusão social beneficiando também as residências de baixa renda. Com o espírito de inovação a pesquisa buscou ideias simples que possam contribuir para a sociedade buscando alternativas sustentáveis e de baixo custo para a economia de energia elétrica Esse artigo teve como objetivo desenvolver um Coletor Solar de baixo custo. A metodologia utilizada foi quantitativa descritiva de caráter exploratório. Os procedimentos adotados foram uma pesquisa bibliográfica e desenvolvimento de um protótipo como procedimento experimental para coleta de dados. Dados os resultados nota-se que os testes realizados com o coletor solar de baixo custo, obteve um resultado com a temperatura da água para o banho de 37,1°C superior ao do chuveiro elétrico de 35,5°C. Com esse resultado o coletor solar se mostra, eficiente no quesito temperatura de banho e uma alternativa eficiente para a geração de energia térmica para aquecimento da água, além de reduzir a energia elétrica consumida em uma residência ao substituir o chuveiro tradicional que tem mais de 5000W , que é considerado um vilão para o consumo de energia elétrica.

Este trabalho apresenta um modelo inovador de coletor solar plano, com placa absorvedora fabricada por Estampagem Incremental e Soldagem FSW (Friction Stir Welding). Esta placa absorvedora é constituída de duas chapas de alumínio AA1200-H14 com espessura de 1 mm, estampadas e soldadas em simetria, a fim de que na união das chapas sejam deixados canais para passagem de água. Neste estudo foi realizada a caracterização do material por Ensaio de Tração e Ensaio Nakajima. Para determinação dos parâmetros de Estampagem Incremental foram realizados 16 experimentos com ferramenta de diâmetro df = 9,5 mm, variando a rotação de N = 50 rpm a 800 rpm e o incremento vertical de Δz = 2 mm a 0,2 mm, mantendo o avanço em = 250 mm/min. E também foram realizados 3 experimentos com ferramenta df = 22 mm, variando o incremento vertical de Δz = 2 mm a 0,5 mm, mantendo a rotação em N = 50 rpm e o avanço em = 250 mm/min. Para determinação dos parâmetros de Soldagem FSW foram realizados 4 experimentos com ferramenta de ombro de diâmetro 8 mm e pino roscado M3x0,5, mantendo a rotação em N = 1500 rpm e variando o avanço entre = 100 mm/min a 400 mm/min. Em seguida foi fabricado um protótipo de placa absorvedora de coletor solar com área de 0,12 m². Nos experimentos realizados foi constatado que é possível obter maiores deformações na Estampagem Incremental do que na Estampagem Convencional e que as deformações são mais elevadas quando se utiliza menores diâmetros, maiores rotações e menores incrementos verticais da ferramenta. Na Soldagem FSW não foi constatada influência na qualidade do cordão de solda em relação à variação do avanço da ferramenta. Neste estudo também se verificou que é possível fabricar protótipos de placas absorvedoras de coletores solares pelos processos de Estampagem Incremental e Soldagem FSW. No entanto, para coletores em tamanho comercial, novos estudos são necessários para melhorar a forma de fixação das chapas durante a Soldagem FSW. This work presents an innovative model of flat plate solar collector, with absorber plate manufactured using Incremental Sheet Forming (ISF) and Friction Stir Welding (FSW). This absorber plate consists of two AA1200-H14 aluminum sheets with a thickness of 1 mm, stamped and welded in symmetry, in order to leave channels for the passage of water. In this study the characterization of the material by Nakajima Test and Traction Test was performed. In order to determine the parameters of ISF, 16 experiments were performed with a tool of diameter df = 9.5 mm, varying the rotation speed of N = 50 rpm at 800 rpm and the step down of Δz = 2 mm to 0.2 mm, maintaining the feed rate at = 250 mm/min. Also, 3 experiments with tool df = 22 mm were performed, varying the step down of Δz = 2 mm to 0.5 mm, maintaining the rotation speed at N = 50 rpm and the feed rate at = 250 mm/min. For determination of FSW parameters, 4 experiments with 8 mm diameter shoulder tool and M3x0.5 pin were performed, maintaining the rotation speed at N = 1500 rpm and varying the feed rate from = 100 mm/min to 400 mm/min. A prototype solar collector absorber plate with a 0.12 m² area was then manufactured. In the experiments carried out, it was found that it is possible to obtain greater deformations in the ISF than in the Conventional Stamping and that the deformations are higher when using smaller diameters, higher rotations and smaller step downs of the tool. In FSW, no influence was observed in the quality of the weld bead in relation to the variation of the tool feed rate. In this study it was also verified that it is possible to manufacture prototypes of solar collector absorber plates by the processes of ISF and FSW. However, for commercial size collectors, further studies are needed to improve the way the plates are fixed during FSW.

Sistemas que utilizam energia solar podem fornecer calor e eletricidade. Os coletores solares térmicos são utilizados para o aquecimento de fluidos e os módulos fotovoltaicos para a geração de eletricidade. Contudo, nos últimos anos, os módulos híbridos fotovoltaicos, ou módulos PVT (photovoltaic thermal), que combinam um módulo fotovoltaico e um coletor solar térmico em uma única estrutura, começam a ganhar destaque na literatura especializada. Isto porque este tipo de módulo propicia a associação dos dois processos, influenciando positivamente na efici-ência da conversão elétrica da radiação solar incidente através da diminuição da temperatura do módulo. Não obstante, neste tipo de dispositivo destacam-se as seguintes vantagens: aproveita-mento dos espaços disponíveis para a instalação e a utilização do calor gerado pelo módulo no aquecimento, ou pré-aquecimento, de um fluido. O Laboratório de Energia Solar da UFRGS, LabSol, possui uma bancada própria para a realização de testes tanto de módulos fotovoltaicos, quanto de coletores solares térmicos. Assim, o objetivo principal dessa dissertação é fazer a avaliação de desempenho na conversão de eletricidade de um módulo fotovoltaico padrão e de um módulo PVT. Com relação ao fabricante, à dimensão e às propriedades elétricas, ambos os módulos são iguais. Entretanto, em um deles, é acoplado um conjunto de serpentinas, de ma-neira a caracterizar um módulo PVT. Num segundo momento, os dados experimentais desse módulo são comparados aos dados simulados no software TRNSYS (Transient Simulation Sys-tem). Embora o módulo PVT utilizado e módulo PVT simulado não sejam iguais, o objetivo é avaliar qualitativamente o comportamento de ambos. Busca-se, assim, determinar se o modelo do software pode ser utilizado para fins de previsão do comportamento térmico e elétrico do módulo PVT. Os resultados obtidos estão de acordo com o esperado, visto que na análise ex-perimental a temperatura do módulo PVT foi inferior à temperatura do módulo PV padrão, ou seja, a eficiência do módulo PVT é superior. Com relação aos dados da simulação, o desvio relativo para a temperatura média de saída da água do módulo PVT, em comparação aos dados medidos, é de 2,98%. Com relação à máxima potência, o desvio relativo foi de 4,30%. Systems that use solar energy can provide heat and electricity. Solar thermal collectors are used for fluids heating and photovoltaic modules for electricity generation of. However, in recent years, photovoltaic hybrid modules, or PVT (photovoltaic thermal) modules, which combine a photovoltaic module and a solar thermal collector into a single structure, are beginning to gain prominence in the specialized literature. This is because its favors the association of two pro-cesses, positively influencing the efficiency of the electric conversion of the incident solar ra-diation through the decrease of the module temperature. Nevertheless, this device has the fol-lowing advantages: provision of the spaces available for installation and the use of the heat generated by the module in the heating or preheating of a fluid. The Solar Energy Laboratory of UFRGS, LabSol, has its own bench for testing both photovoltaic modules and solar thermal collectors. Thus, the main objective of this dissertation is to perform the performance evaluation in the conversion of electricity from a standard photovoltaic module and a PVT module. Re-garding the manufacturer, size and electrical properties, both modules are the same. However, in one of them, a set of coils is coupled, so as to characterize a PVT module. In a second mo-ment, the experimental data of this module are compared to the simulated data in the software TRNSYS (Transient Simulation System). Although the PVT module used and the simulated PVT module are not the same, the objective is to qualitatively evaluate the behavior of both. The aim is to determine whether the software model can be used for predicting the thermal and electrical behavior of the PVT module. The results obtained are in agreement with the expecta-tions, since in the experimental analysis the temperature of the PVT module was lower than the temperature of the standard PV module, i.e., the efficiency of the PVT module is higher. Re-garding the simulation data, the relative deviation for the mean water outlet temperature of the PVT module, compared to the measured data, is 2.98%. Regarding the maximum power, the relative deviance was 4.30%.

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: Prof. Dr. Wagner André dos Santos Conceição Coorientador: Prof.ª Dr.ª Mônica Ronobo Coutinho Dissertação (mestrado em Engenharia Mecânica) - Universidade Estadual de Maringá, 2017 RESUMO: Os coletores solares são utilizados para aquecer o ar, sendo uma forma de converter a energia de radiação solar, disponível de forma gratuita, limpa e sustentável, em uma energia térmica passível de ser aproveitada pelas mais diversas atividades humanas. O ar é admitido em temperatura ambiente pelo coletor e escoa em seu interior absorvendo calor das placas que constituem o conjunto, o que causa um incremento em sua temperatura. O ar quente pode, então, ser utilizado em desidratadores de alimentos, trocadores de calor, estufas, entre outras aplicações. Este trabalho teve como objetivo analisar aquecedores solares de placas planas de canal simples com convecção forçada, identificando a relação entre a vazão mássica de ar e a eficiência. Para isso, foram utilizadas três abordagens distintas, com a intenção de comparar a eficácia dos métodos e validar os resultados. As abordagens são a modelagem analítica proposta por Ong (1995); a simulação utilizando o pacote de elementos finitos Elmer disponível como software de licença livre; e a aquisição de dados de um protótipo experimental. Inicialmente, foi utilizado o modelo analítico implementado no software livre Scilab para obter a geometria mais adequada às condições climáticas da região e selecionar materiais de baixo custo. Em seguida, essa geometria foi modelada e o processo simulado utilizando o Elmer. Para finalizar, o protótipo foi construído para a coleta de dados. Foi possível confirmar a validade dos dados coletados experimentalmente com os resultados obtidos analiticamente e numericamente. Além disso, coletores submetidos a um escoamento forçado possuem um comprimento ideal de projeto, o qual pode ser previsto para evitar uma região de menor eficiência ABSTRACT: The solar collectors are used to heat the air, being a way to convert solar energy radiation, available free of charge, clean and sustainable, in a thermal energy that can be used by the most diverse human activities. The air is admitted in room temperature by the collector and drains inside absorbing heat from the plates that make up the set, which causes an increase in its temperature. Hot air can be used in food dehydrators, heat exchangers, greenhouses, among other applications. The objective of this work was to analyze solar heaters of flat plates of single channel with forced convection, identifying the relation between the mass flow of air and the efficiency. Three different approaches were used to compare the efficacy of the methods and to validate the results. The approaches are the analytical modeling proposed by Ong (1995), the simulation using the Elmer finite element package available as free license software and data acquisition from an experimental prototype. Initially, the analytical model implemented in the free software Scilab was used to obtain the geometry best suited to the climatic conditions of the region and to select low cost materials. Then, this geometry was modeled and the process simulated using Elmer. Finally, the prototype was built for data collection. It was possible to confirm the validity of the data collected experimentally with the results obtained analytically and numerically. In addition, collectors subjected to a forced flow have an ideal design length which can be predicted to avoid a region of lower efficiency 84 f. : il. (algumas color.).

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.

O uso de energia solar para o aquecimento de água, além de permitir economizar energia elétrica, evita picos de consumo nas horas mais críticas do dia. Para um uso eficiente da energia solar é necessário utilizar um coletor solar. Este deve passar por um teste para analisar sua eficiência de conversão da energia solar em energia térmica para a água. A eficiência é avaliada com base na temperatura de entrada, na temperatura de saída, na radiação solar que atinge a área do coletor, no calor específico da água e na vazão mássica. Para padronizar os testes e ter uma melhor precisão dos resultados obtidos são utilizadas normas, neste caso a norma brasileira NBR 15747-2. Nela são descritos os seguintes métodos de ensaio de coletores com cobertura de vidro: o método estacionário e o quase dinâmico. Ambos possuem requisitos que devem ser cumpridos para validação do resultado dos testes. Um dos parâmetros que influencia diretamente no cálculo da eficiência é a temperatura de entrada da água no coletor. A variação permitida desta para o método estacionário é de ± 0,1°C da temperatura média medida. No Laboratório de Energia Solar da Universidade Federal do Rio Grande do Sul existe uma bancada construída para realizar o teste de coletores solares, porém para fazer ensaio simultâneo de dois coletores é necessário que a temperatura de entrada para ambos os coletores seja a mesma e também não varie mais que o permitido. Assim, foi desenvolvido e montado um estabilizador de temperatura com controle proporcional, integral, derivativo (PID) para atender essa necessidade. O estabilizador foi testado em bancada de laboratório de modo a observar seu comportamento e, após constatar que sua capacidade de controle atendia ao requisito da norma, este foi montado na bancada externa em que são realizados os testes. De posse dos resultados obtidos durante os ensaios dos coletores conclui-se que o estabilizador de temperatura cumpriu seu papel na bancada. Além de permitir que a bancada possa ser utilizada para ensaios de mais de um coletor simultaneamente, o dispositivo agrega a possibilidade de realizar comparações muito precisas do desempenho de dois coletores diferentes. The use of solar energy in water heating is a way to save electricity, and avoid consumption peaks during the most critical hours of a day. For an efficient use of solar energy it is necessary to use a solar collector. The collector should pass a test to analyze its efficiency in conversion of solar energy into thermal energy for the water. Efficiency is evaluated based on the inlet and outlet temperature, solar radiation reaching the area of the collector, specific heat of water and mass flow rate. To standardize the tests and have greater certainty of results standards are used like the Brazilian´s standard NBR 15747-2. This norm describes two test methods for glassed collectors: the stationary and quasi dynamic method, both have requirements that must be met for the validity of the test results. One of the parameters which directly influence the calculation of the efficiency is the water inlet temperature in the collector. The stationary method requires a variation of ± 0.1 °C at the average temperature measured. In the Laboratório de Energia Solar da Universidade Federal do Rio Grande do Sul exists a bench built to perform testing of solar collectors, but to simultaneously test more than one collector is necessary that the inlet temperature of both collectors are the same and also does not vary more than allowed. Thus it was developed and mounted a temperature stabilizer with proportional, integral, derivative (PID) control to meet this need. The stabilizer has been tested indoor at the laboratory to observe their behavior and after noting that his ability to control met the standard required it was mounted on the outdoor bench where the tests are performed. With the results obtained during the testing of collectors is possible to notice that the temperature stabilizer comply with its purpose on the bench. In addition to allowing the test bench to be used for testing more than one collector simultaneously, the stabilizer adds the possibility of performing accurate comparisons of the performance of two different collectors in various situations, since all operational conditions are equal.

O coletor solar de tubos evacuados une uma alta absortividade de radiação solar a um ótimo grau de isolamento térmico. Estas características, aliadas a um custo relativamente baixo, fazem deste tipo de coletor o mais utilizado no mundo. Por isso, diversos tipos de abordagens estão sendo adotadas para descrever seu comportamento térmico. Nesta linha, este trabalho foi desenvolvido através de abordagem experimental e teórica, sendo a última subdividida em numérica por CFD e analítica. A abordagem experimental contou com a construção de uma bancada para medida de temperatura e radiação, em um coletor de 24 tubos evacuados acoplados em um reservatório de 178 L. A abordagem por CFD utilizou um modelo tridimensional transiente. Com o modelo numérico validado, utilizando resultados experimentais, simularam-se diferentes condições de operação, em termos de ângulo de inclinação, fluxo de calor sobre o coletor, tamanho do reservatório e temperatura de entrada da água. Em relação à abordagem analítica, esta é dividida em: modelo de irradiância, modelo do tubo e modelo do reservatório. O modelo de irradiância determina a distribuição da radiação solar ao longo da circunferência do tubo. Parte desta radiação é absorvida pelo coletor e transferida para água. Esta quantidade é determinada com o modelo do tubo, que é baseado no método de resistências térmicas. O modelo do reservatório descreve o comportamento térmico da água em seu interior, tanto em aquecimento quanto em resfriamento, analisando a interação energética com o coletor e com o meio externo. O desenvolvimento do modelo do tubo passa pela avaliação da vazão mássica entre o tubo e o reservatório, além disso, o coeficiente de transferência de calor por convecção no interior do tubo deve ser determinado. Tais variáveis são determinadas a partir de uma correlação para o número de Reynolds, a qual foi obtida com resultados da avaliação por CFD e é função dos números de Nusselt, Grashof e Prandtl. A correlação proposta apresentou bom ajuste com os resultados numéricos. Com a bancada de ensaio experimental foram feitas medidas de temperatura da água no reservatório ao longo de alguns dias. Para as mesmas condições do experimento, a temperatura média da água no reservatório foi estimada com resultados da integração dos modelos de irradiância, do tubo e do reservatório. A diferença entre os resultados experimental e teórico foi de 4,8% para a energia acumulada. The evacuated tube solar collector combines high solar radiation absorptivity to a great thermal insulation degree. These characteristics, combined with a relatively low cost, make this type of collector the most used in the world. Therefore, various types of approaches are being adopted to describe its thermal behavior. In this way, this work was developed through experimental and theoretical approaches, the latter being subdivided into numeric, by CFD, and analytical analysis. For the experimental approach a test bench was built. The tests was carried on a solar collector with 24 evacuated tubes coupled to a 178 L tank, measuring temperature and solar radiation. The CFD approach used a transient three-dimensional model. After the numerical model validation using experimental data, simulations was carried over different operating conditions in terms of angle, heat flux on the collector, tank size and water inlet temperature. The analytical approach is divided into: irradiance model, tube model and tank model. The irradiance model determines the irradiance distribution of solar radiation along the circumference of the tube. Part of this radiation is absorbed by the collector and transferred to water, this amount is determined with the tube model, using the thermal resistance method. The tank model describes the thermal behavior of inside water, both in heating and in cooling, analyzing energy interaction with the collector and the external environment. The development of the tube model involves the assessment of the mass flow rate between the tube and the tank, furthermore the convection heat transfer coefficient inside the tube must be determined. These variables are determined from a correlation for the Reynolds number, which was obtained with evaluation results by CFD. Proposed Reynolds number is a function of the Nusselt, Prandtl and Grashof numbers. The correlation presented a good agreement with the numerical results. Using the experimental test bench the water temperature was measured into the tank over a few days. For the same experiment conditions, the average temperature of the water into the tank was estimated by results of integration of irradiance, tube and tank models. The difference between the experimental and theoretical results was 4.8% for the accumulated energy.

Tese de mestrado integrado, Engenharia da Energia e do Ambiente, Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2016 Submitted by Teresa Boa (tdboa@fc.ul.pt) on 2016-09-15T10:22:57Z No. of bitstreams: 1 ulfc118674_tm_João_Pedro_Silva.pdf: 2381607 bytes, checksum: f2285083064e21d94038129035dcec79 (MD5) Made available in DSpace on 2016-09-15T10:23:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ulfc118674_tm_João_Pedro_Silva.pdf: 2381607 bytes, checksum: f2285083064e21d94038129035dcec79 (MD5) Previous issue date: 2016

Os aproveitamentos de energia solar em aplicações térmicas ou para a produção de energia elétrica são cada vez mais importantes, por se tratarem de fontes de energia. Os estudos acerca dessas fontes estão se intensificando, a fim de melhorar seus desempenhos e suas aplicações para as condições atuais de desenvolvimento pelo mundo. Uma dessas tecnologias que utilizam como fonte a energia solar, desenvolvida nos últimos 30 anos, é o coletor híbrido térmico fotovoltaico. Esse coletor converte a energia proveniente da radiação solar em energia térmica e elétrica, simultaneamente, com a superposição de um módulo fotovoltaico a um coletor solar de placa plana, podendo ser promissor no progresso de novas tecnologias. Um coletor híbrido térmico fotovoltaico tem sua eficiência térmica menor que um coletor térmico convencional, decorrente de uma maior perda de calor para o meio, pois, em geral, o coletor não tem proteção contra o vento, como a cobertura transparente em um coletor convencional. A eficiência elétrica desses coletores híbridos é maior quando comparada a um sistema fotovoltaico convencional, pois há um resfriamento devido à passagem do fluido na parte posterior desses módulos. Para uma avaliação dessas eficiências, no presente trabalho, foram instalados três tipos de tecnologias que utilizam a energia solar como fonte, (um módulo fotovoltaico, um coletor híbrido térmico fotovoltaico e um coletor solar de placa plana) a fim de comparar os resultados de seus rendimentos, separadamente, atribuindo as mesmas condições meteorológicas em todos eles. A eficiência térmica máxima do coletor híbrido térmico fotovoltaico teve seu valor 3 vezes menor que o do coletor de placa plana utilizado. Já a eficiência elétrica de cada módulo teve um aumento de 5,5% comparando a diferença de energia elétrica gerada ao longo de um ano. Com esses resultados, pode-se dizer que melhorias na parte térmica do coletor híbrido térmico fotovoltaico poderiam ser feitas, de forma a aumentar seu desempenho térmico sem comprometer o rendimento das suas células fotovoltaicas. The use of solar energy for thermal application and production of electric energy is becoming more important, because it is a form of clean and renewable energy. The studies of these sources are intensifying to improve the performance of these technologies and their applications for the current conditions of the development around the world. One of this technologies using as a source solar energy, developed in the last 30 years is the photovoltaic thermal hybrid solar collector. This collector simultaneously converts the solar radiation into thermal and electrical energy, with the superposition of a photovoltaic module on a flat plate solar collector, may be promising in the progress of new technologies. That a photovoltaic thermal hybrid solar collector has a lower thermal efficiency than a conventional thermal collector, due a greater loss of heat to the environment, because in general the collector has no protection from the wind, as the transparent cover in a conventional collector. The electrical efficiency of these hybrid collectors is higher compared to a conventional photovoltaic, because their cells are cooled by the water passing in the back of the photovoltaic plate. For an evaluation of efficiencies, it were installed three types of technologies that use solar energy as energy source (a photovoltaic module, a thermal hybrid collector and a flat plate solar collector) to separately compare the results of their performance, exposing them all of the same meteorological conditions. The maximum thermal efficiency of the photovoltaic thermal hybrid solar collector was determined being three times lower value than the flat plate collector one. The electrical efficiency of each module was increased by 5.5 % comparing the difference of the electrical energy generated over a whole year. These results indicate that improvements in the thermal part of the photovoltaic thermal hybrid solar collector could be made, increasing the thermal performance without compromise their solar cells efficiency.

Submitted by Kilvya Braga (kilvyabraga@hotmail.com) on 2018-04-24T15:05:41Z No. of bitstreams: 1 LEONARDO PEREIRA DE LUCENA SILVA - DISSERTAÇÃO (PPGEM) 2015.pdf: 11573134 bytes, checksum: 689b988911a16bc701eb60fd11c48dac (MD5) Made available in DSpace on 2018-04-24T15:05:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 LEONARDO PEREIRA DE LUCENA SILVA - DISSERTAÇÃO (PPGEM) 2015.pdf: 11573134 bytes, checksum: 689b988911a16bc701eb60fd11c48dac (MD5) Previous issue date: 2015-08-31 CNPq Em face da atual crise energética, pela qual o Brasil vem passando, torna-se proeminente a inserção de novas fontes de energia a matriz energética nacional. Devido a sua localização e condições climáticas o nordeste brasileiro possui uma vocação para utilização de energia solar, principalmente para aplicações térmicas. Contudo os meios atualmente disponíveis são importados e a maioria deles apresentam temperaturas de trabalho inferiores a 50ºC. O presente trabalho objetiva o desenvolvimento de um coletor solar cilíndrico parabólico 100% nacional e que possa atingir temperaturas da ordem de 90ºC. Foi utilizada uma metodologia de projeto que consistiu no estudo de diversos coletores solares a fim de propor um coletor solar cilíndrico parabólico inteiramente nacional. Foi desenvolvido uma sistema de rastreamento solar, bem como uma instrumentação que permite avaliar o desempenho térmico do equipamento. Para avaliação de desempenho, o equipamento, foi realizado um teste de campo, bem como a simulação numérica do coletor. O teste de campo foi realizado no período de 09:30:00 a 12:30:00 onde foram monitoradas a temperatura em diversos pontos do coletor. A simulação numérica consistiu na solução das principais equações fenomenológicas envolvidas no processo de aquecimento solar, a partir de características do coletor e dados de radiação aquisitivos no momento dos testes. Como principais resultados obteve-se a eficiência global do coletor de 27,7%, bem como uma boa concordância com entre a curva experimental e a obtida pelo software. Given the current energy crisis, in which Brazil has been going trough, it becomes prominent inserting new energy sources to the national energy matrix. Due to its location and climate conditions, northeastern Brazil has a vocation for use of solar energy, especially for thermal applications. However currently available equipment to harness this energy, are imported and most of them have working temperatures below 50 ° C. This work aims the development of a cylindrical parabolic solar collector 100% national and that can reach temperatures of 100ºC. The design methodology consisted in the study of several solar collectors in order to propose an entirely nation Parabolic Trough. A solar tracking system has been developed, as well as an instrumentation one, which allows the assessment of the thermal performance of the equipment. For performance evaluation, the equipment went through a field test and numerical simulation of the collector was performed. The field test was carried out from 9h30am to 12:30am, where temperature in various points of the collector were monitored. The numerical simulation was based in the solution of the main phenomenological equations involved in a solar heating process, from collector features and radiation data during the tests. The main results obtained was the global efficiency of 27,7% as well as a good agreement between the experimental curve and the one obtained by the software.

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.

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.

Neste trabalho, foi desenvolvido um filme absorvedor solar, de negro de fumo (NF) ou de grafite sobre base polimérica, para coletores de baixa temperatura (até ~ 50°C) com alta absortância no espectro solar (>90%), usando um método simples de produção. Com vistas às condições de trabalho do coletor, a adesão ao substrato foi verificada com água corrente e, embora sua condutividade térmica seja baixa em relação a do cobre – tradicionalmente empregado, a custos bem maiores – isto é, compensável por um aumento na área de contato absorvedor-água, permitida pela facilidade de processamento dos polímeros. Dentre estes, foram utilizados policarbonato (PC) e polimetilmetacrilato (PMMA), de alta transmitância no espectro visível (>80%), pouca degradação pela radiação ultravioleta e temperatura de transição vítrea suficiente para evitar seu sobreaquecimento (Tg > 100oC). Adicionalmente, foi depositado um recobrimento super-hidrofóbico, utilizando nanopartículas de sílica, silano e politetrafluoretileno, atingindo o efeito de superfície auto-limpante (histerese de ~ 2º). Com uma cobertura de poliéster, foi obtida baixa emissividade do conjunto (água/filme absorvedor/placa polimérica/ar/cobertura) no infravermelho (na faixa de 5 a 15 μm) e, por simulação experimental com a combinação selecionada de NF/PMMA, verificado um melhor aproveitamento da radiação solar. Na expectativa de também agregar anti-reflexão e melhor adesão entre o filme super-hidrofóbico e a cobertura, em seguimento a este trabalho, a abordagem aqui apresentada poderá se tornar viável para a produção de coletores autolimpantes de qualidade e com boa relação custo-benefício. In this work, a solar absorber film, of carbon black (NF) or graphite, on a polymeric base, was developed for low temperature collectors (up to ~ 50 ° C) with high absorptance in the solar spectrum (> 90%), using a simple production method. With regard to collector working conditions, the film adhesion to the substrate was verified with running water and, although its thermal conductivity is low compared to that of copper - traditionally employed, at higher costs - this can be compensed by an increase in the water-absorber contact area, which is allowed by the easiness of polymer processing. Among these, polycarbonate (PC) and polymethylmethacrylate (PMMA) were used, with high transmittance in the visible spectrum (> 80%), small degradation by ultraviolet radiation and sufficient glass transition temperature to prevent overheating (Tg>100°C). In addition, a superhydrophobic coating was deposited, using silica nanoparticles, silane and polytetrafluoroethylene, and the self-cleaning surface effect was achieved (hysteresis ~ 2º). With a polyester cover, low emissivity was obtained from the assemble (water / absorber film / polymer plate / air / cover) in the infrared (in the range of 5 to 15 μm), and by experimental simulation with the selected NF / PMMA combination, thus providing a better harvesting of solar radiation. With the perspective of also adding anti-reflection and better adhesion between the superhydrophobic film and the cover, as a follow-up of this work, the approach presented here could become viable to the production of quality self-cleaning collectors and with a good cost-benefit relation.

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.

Tese de mestrado. Mestrado Integrado em Engenharia Civil - Especialização em Construções. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2012

Os sistemas de aquecimento através da energia solar são uma fonte interessante de energia acessível e distribuída. No Brasil, a utilização de coletores solares planos já é bem conhecida e difundida. Os coletores solares de tubo evacuado até pouco tempo tinham um custo considerado elevado para o nosso mercado, mas atualmente esta tecnologia está cada vez mais difundida no mercado nacional com custos menores. Para se entender se o custo adicional deste coletor quando comparado aos tradicionais coletores planos é vantajoso, são necessários estudos comparativos para determinar as reais vantagens e quando as mesmas podem proporcionar uma maior economia financeira à instalação. Esta dissertação compara as tecnologias atuais de coletores planos com os de tubo evacuado disponíveis no mercado nacional, mostrando comparações em diferentes regiões do país e analisando se as vantagens encontradas são interessantes do ponto de vista do custo da instalação. Para realizar estas analises foram desenvolvidos testes para caracterização dos tubos destes coletores, de forma a determinar os parâmetros de desempenho dos mesmos. Também foi preparada uma bancada de testes para os coletores solares e foram realizados ensaios de comportamento térmico. Conhecendo os resultados foi possível adequar e utilizar um software de simulação desenvolvido no Laboratório de Energia Solar da Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Este software visa a simulação de sistemas de aquecimento de água com diferentes configurações em qualquer região do país. Com a implementação dos coletores de tubo evacuado, e com simulações do seu desempenho em diferentes regiões, é possível comparar o seu comportamento em relação ao coletor plano. Nesta dissertação as curvas de desempenho foram comparadas em diferentes situações, onde foi possível verificar em que momentos o coletor de tubos pode ser melhor que o plano. Também foram realizadas comparações entre a área ocupada e o custo destes coletores para instalações em 3 diferentes regiões do país. Com estas comparações ficou evidente que para climas mais frios o coletor de tubos evacuados pode apresentar melhor desempenho que os coletores planos, mas o seu custo ainda é muito maior que os coletores planos nacionais. The solar water heating systems are a interesting source of accessible and distributed energy. In Brazil, the flat plate solar collector use is well known. The vaccum tube solar collectors until little time ago had an elevated cost for our market, but, today, the technology is available in our national market with lower costs. And to understand if this costs, that are higher than the flat plane collectors are worth it, some studies are necessary to understand the real benefits of this technology. This work aims to compare both technologies available in the national market, showing comparisons in different regions of the country and studying if the advantages are interesting in the economical point of view. To achieve that some tests were developed in order to obtain the performance parameters of this collectors. Also an external bench was developed to test this collectors according to the Brazilian standard. With the results and knowing the behavior of this collectors it was possible to program the simulation software that was developed in the Laboratório de Energia Solar of the Universidade Federal do Rio Grande do Sul. This software aims at the simulation of water heating systems in different regions of the country. With the implementation of the vacuum collectors in the software, it was possible to simulate different climate conditions over the country and compare the behavior with the flat plate collectors. In this work the performance curves were compared in different climate situations, so that was possible to understand when the vaccum collector can be better. Also some comparisons where made between the occupied area and the costs in three different regions of the country. With the results of this comparisons it is evident that for cold climates the vaccum collector can obtain a better performance than the flat plate collectors, but its cost is still higher.

We studied the feasibility of using a system of Solar Water Heating (SAS) with low cost, for three configurations. In configurations I and II have the collector grid absorber composed of six PVC tubes placed in parallel on the tile cement. In configuration II, the PVC tubes were transparent cover made of plastic bottles. Configuration III uses a collector composed of 12 black HDPE pipes, supported on four cement tiles 2.44 m x 0.50 m, two by two overlapping and interspersed with a filling of glass wool, comprising an area exposed to the global radiation incident of 2.44 m2, with the top two tiles painted matte black. In this configuration, the HDPE pipes replace conventional PVC pipes painted black. The total cost of SAS for configuration III, the most economical, was around $ 150.00. For the configurations tested the system of operation was thermosyphon collector. The study showed that the proposed systems have good thermal efficiency, are easy to install and handle and have low cost compared to conventional. Estudou-se a viabilidades de utilização de um Sistema de Aquecimento Solar de Água (SAS) de baixo custo, para três configurações. Nas configurações I e II o coletor possui grade absorvedora composta por seis tubos de PVC em paralelo colocados sobre uma telha de fibrocimento de 2,44 m x 0,50 m, perfazendo uma área de 1,22 m2. Na configuração II, os tubos de PVC receberam cobertura transparente confeccionadas em garrafas PETs. A configuração III utiliza um coletor composto por 12 tubos de PEAD preto, apoiados sobre quatro telhas de fibrocimento de 2,44 m x 0,50 m, sobrepostas duas a duas e intercaladas por um recheio de lã de vidro, perfazendo uma área exposta à radiação global incidente de 2,44m2, com as duas telhas de cima pintadas de preto fosco. Nessa configuração, os tubos de PEAD substituem os convencionais tubos de PVC pintados de preto. O custo total desses SAS, para a configuração III, a mais econômica, ficou em torno de R$ 150,00. Para as configurações testadas o regime de funcionamento do coletor foi termossifão. O estudo demonstrou que os sistemas propostos têm boa eficiência térmica, são de fácil instalação e manuseio e, têm baixo custo em relação aos convencionais

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

Tese de mestrado integrado. Engenharia Civil (Especialização em Construções Civis). Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2010

Este trabalho busca alternativas para fabricação de coletores solares planos aplicando técnicas inovadoras em conformação de chapas metálicas. O objetivo é desenvolver um processo de fabricação flexível para placa absorvedora, empregando a técnica da Estampagem Incremental. Esta técnica utiliza uma matriz de suporte de PU, um prensa-chapas e um pequeno punção em conjunto com um centro de usinagem CNC. A Ferramenta utilizada consiste um punção de ponta esférica de fácil fabricação que "desenha" o canal de passagem da água diretamente na chapa, promovendo uma deformação pontual e progressiva. Para compor o canal utilizou-se a técnica de solda por atrito (Friction Stir Welding) com uma ferramenta simples que aproveita o mesmo ferramental da estampagem incremental em um “set-up” rápido da CNC. Foram utilizadas chapas de alumínio de 1mm de espessura. O novo coletor apresenta uma eficiência aprimorada em comparação aos fabricados pelo método tradicional, com uma geometria que favoreça a área de contato com a água. Este processo permite uma formidável flexibilização, viabilizando a produção de pequenos lotes e tornando possível produzir uma enorme variedade de produtos e componentes de geometrias complexas a partir de um ferramental simples e tempos de “set-up” reduzidos. This work searches alternatives for solar energy collectors manufacture, applying new technologies of sheet metal forming. The objective is to develop a flexible fabrication process for the absorber sheet, using Incremental Sheet Forming. It consists in a PU support die, a blank holder and a small tool, applied in a CNC machine Center. The tool consists in a spherical edge punch of easy fabrication that “draws” the water channel directly into the sheet, promoting a punctual and progressive deformation. To compose the channel, it was used a second sheet jointed by Friction Stir Welding technique, with a simple tool that uses the same tooling of the Incremental Forming in a quick setup of the CNC. Aluminum sheets of 1mm tick were used. It is expected that this new collector panel should improve the thermal efficiency when compared to the traditionally fabricated, and with a geometry that benefits the contact area with the water. This process allows a formidable flexibilization, making the low volume production feasible, allowing the production of a great variety of products and components with complex geometries from simple tooling and reduced setup times.

Tese de mestrado integrado. Engenharia Química. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2010

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior It presents a solar collector to be used in a system for heating water for bathing, whose main characteristics are its low cost and easy manufacturing and assembly. The absorbing surface of the collector is formed by an aluminum plate with eight flaps where they lodge PVC pipes. The catchment area of solar radiation corresponds to 1.3 meters. The collector box was made of wood, is covered by transparent glass and thermal insulation of tire chips and expanded polystyrene (EPS). Absorber tubes were connected in parallel through the use of PVC fittings and fixed to the plate by the use of metal poles and rivets. The entire absorber received paint flat black for better absorption of sunlight. The system worked on a thermosiphon assembly and absorber of the collector has been tested in two configurations: with the tubes facing up, directly exposed to the impact of sunlight and facing down, exchanging heat with the plate by conduction. It was determined the most efficient configuration for the correct purpose. The solar collector was connected to a thermal reservoir, also alternative, low-cost forming the system of solar water heating. 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. A superfície absorvedora do coletor e formada por uma chapa de alumínio com oito aletas onde se alojam tubos de PVC. A área de captação da radiação solar global corresponde a 1,3 m2. A caixa do coletor foi confeccionada em madeira, tem cobertura de vidro plano transparente e isolamento térmico de raspas de pneu e poliestireno expandido (EPS). Os tubos absorvedores foram ligados em paralelo através do uso de conexões de PVC e fixados a chapa pelo uso de perfis metálicos e arrebites. Todo o conjunto absorvedor recebeu pintura de preto fosca para uma melhor absorção da radiação solar incidente. O sistema absorvedor funcionou em regime de termo-sifão e o conjunto absorvedor do coletor foi testado para duas configurações: com os tubos voltados para cima, expostos diretamente a incidência dos raios solares e voltados para baixo, trocando calor com a chapa por condução. Determinou-se a configuração mais eficiente para o fim proposto. O coletor solar foi conectado a um reservatório térmico, de baixo custo formando o sistema de aquecimento solar de água. 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 aquecimento solar de água é realizado, no Brasil, por meio de aquecedores solares compostos por coletores solares planos do tipo placa-e-tubos, dispositivos estes que operam em posição estacionária e não requerem rastreio do sol. Como uma alternativa aos coletoressolares planos convencionais, propõe-se um coletor composto por várias cavidades concentradoras formadas, cada uma, por duas superfícies refletoras planas associadas em V, ou em outras palavras, equivalente a uma calha triangular. Próximo ao vértice de cadacavidade concentradora é fixado um tubo absorvedor, para escoamento do fluido a ser aquecido. A interconexão dos tubos absorvedores forma uma grade tubular similar à existente em coletores solares do tipo placa e tubo. As cavidades V com os tubos absorvedores são dispostas em paralelo no interior uma caixa prismática, que possui uma de suas faces constituída por uma cobertura de vidro voltada para a incidência da radiação solar. Busca-se uma análise de desempenho térmico destes dispositivos operando estacionariamente e sem rastreamento da posição do sol. Um modelo matemático para a simulação computacional do desempenho ótico e térmico destes dispositivosconcentradores foi elaborado, e sua implementação foi realizada através do software EES (Engineering Equation Solver). A eficiência ótica das cavidades V com absorvedores cilíndricos é calculada a partir da adaptação da metodologia utilizada por Fraidenraich (1994), proposta por Hollands (1971) para cavidades V com absorvedores planos. A análise térmica do coletor proposto baseou-se na metodologia aplicada a CPC (Concentrador Parabólico Composto) por Hsieh (1981) e Leão (1989). Resultados relativos ao desempenho térmico das cavidades V sugerem que estas configurações não são competitivas, técnica e economicamente, com os coletores planos convencionais. Emboraalgumas configurações geométricas apresentassem eficiências térmicas próximas às dos coletores planos convencionais, os custos unitários elevados, inviabilizam, num primeiro momento, o uso de coletores V para o aquecimento de água doméstico. The solar water heating is carried through, in Brazil, by means of solar heaters compound for collectors flat plate of the type plate-and-pipes, devices that operate in stationary position and they do not require tracking of the sun. A compound collector for some formed V-trough concentrators can be an alternative to the conventional solar collectors flat plate. This compound collector for V-trough is considered, each one, for side-walls which are specularly reflecting surfaces associates in V (equivalent to a triangular gutter). Next to the vertex to each V-trough concentrators an absorber tube is fixed, for flow of the fluid to be heated. Interconnection of the absorbers tubes forms a similar tubular network existing in solar collectors of the type the plate and pipe. V-trough concentrators with the absorbers tubes are made use in series in the interior a prismatic box, which have one of its faces consisting by a glass covering and directed toward incidence of the solar radiation. An analysis of thermal performance of these devices operating stationary and without trackingof the sun is researched. A mathematical model for the computational simulation of the optical and thermal performance of these concentrative devices is elaborated, whose implementation was carried through software EES (Engineering Equation Solver). The efficiency optics of V-trough concentrators with cylindrical absorbers is calculated from theadaptation of the methodology used for Fraidenraich (1994), proposal for Hollands (1971) for V-trough cavities with plain absorbers. The thermal analysis of the considered collector was based on the applied methodology the CPC for Hsieh (1981) and Leão (1989). Relativeresults to the thermal performance of V-trough concentrators suggest that these configurations are not competitive, technique and economically, with the conventional plain collectors. Although some geometric configurations presented next thermal efficiencies to the conventional plain collectors, its raised unitary costs, however, make impracticable, at a first moment, for the domestic water heating.

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.

Estágio realizado na Martifer ENER-Q e orientado pelo Doutor Pedro Correia Carvalho Tese de mestrado integrado. Engenharia Mecânica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2009

Tese de mestrado integrado. Engenharia Mecânica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2009