Estudo de um permutador de calor para aplicação em sistemas de recuperação de energia térmica

Grande parte da energia contida no combustível consumido por um motor de combustão interna é desperdiçada sob forma de calor, através do sistema de refrigeração do motor, do sistema de recirculação dos gases de escape e principalmente através dos gases de escape. Daí o interesse no estudo de sistemas que permitem o aproveitamento dessa energia residual dos veículos automóveis. Este trabalho centra-se no estudo de sistemas de aproveitamento da energia térmica contida nos gases de escape dos veículos automóveis, sendo o objetivo principal o estudo do permutador de calor que será utilizado para recuperação da energia térmica. Existem vários tipos de permutadores, na sua escolha entram fatores como as características dos fluidos de trabalho envolvidos, o custo, facilidade de manutenção, a aplicação. Para o caso deste estudo selecionou-se um permutador de carcaça e tubos e um permutador de tubos concêntricos. Uma vez que a seleção e otimização de um permutador de calor implica a minimização da perda de carga dos gases de escape e a maximização da eficiência térmica do sistema, numa primeira fase selecionou-se a geometria mais adequada. Em seguida fez-se uma comparação de diferentes modelos de cálculo da perda de carga e analisou-se o desempenho termo hidráulico do permutador. Por fim realizou-se um estudo paramétrico para verificar a influência dos parâmetros de construção (número de tubos, diâmetro e comprimento dos tubos).

Investigação experimental de permutadores de calor para aplicação em sistema de recuperação de energia térmica de veículos

Devido às normas ambientais atualmente em vigor que restringem a quantidade de gases poluentes emitidos para a atmosfera pelos automóveis, e também pela cada vez maior consciencialização para os problemas ambientais que o consumo de combustíveis fósseis acarreta, assim como devido ao cada vez mais elevado preço dos mesmos, os construtores automóveis têm como principal objectivo a redução do consumo do combustível e consequente diminuição de emissão de poluentes. Os sistemas de reaproveitamento da energia térmica desperdiçada nos motores de combustão interna (MCI), podem contribuir de forma significativa para o aumento da eficiência de conversão de energia em veículos equipados com MCI. O presente estudo é dedicado ao desenvolvimento de um sistema de recupereração desta energia desperdiçada, recorrendo ao ciclo de Rankine, com ênfase no desenvolvimento da montagem experimental, na avaliação do desempenho de diferentes geometrias de evaporador e no estudo das incertezas experimentais. Tendo em conta as várias restrições de projeto (compacidade, perda de carga e potência recuperada por unidade de volume) o presente trabalho permitiu identificar a geometria do evaporador mais adequada.

Modelação térmica e hidrodinâmica de condensadores para aplicação em sistema de recuperação de energia térmica de veículos automóveis

A recuperação da energia térmica do escape afigura-se como uma vertente com importância relevante para o aumento da eficiência energética dos motores de combustão interna, tendo benefícios em termos económicos e ambientais. O presente trabalho centra-se no estudo e dimensionamento do condensador a integrar num sistema de ciclo de Rankine, tendo-se optado pela seleção de um permutador de placas do tipo “chevron”. O permutador para efeitos de cálculo é dividido em três zonas distintas: i) pré-arrefecedor; ii) condensador e iii) sub-arrefecedor. O presente estudo apresenta uma revisão bibliográfica alargada para o coeficiente de transferência de calor por convecção e perda de carga associada ao escoamento. Para cada zona do permutador são utilizados três fluidos de trabalho distintos: água, etanol e R245fa. Para o fluido refrigerante considerou-se água. Tendo em conta a revisão bibliográfica efetuada, foram implementados modelos para a perda de carga e para a transferência de calor no permutador, atendendo à seleção do fluido de trabalho e ao fluido refrigerante. Os resultados obtidos permitiram verificar que a utilização do fluido de trabalho água, conduz a um condensador mais compacto. Por último é efetuada a otimização do sistema, mediante alteração da temperatura de funcionamento do permutador. Os resultados permitiram verificar a diminuição da temperatura de saída do fluido refrigerante possibilita: i) uma redução do volume do permutador; ii) uma diminuição da perda de carga associada.

Planeamento de curto prazo de sistemas de energia solar usando técnicas de otimização robusta

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica

Construção e avaliação térmica de um sistema concentrador parabólico com seguidor solar

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Concepção de um receptor de cavidade para concentração de energia solar para aplicação em reatores químicos.

Este trabalho dimensionou um receptor de cavidade para uso como reator químico de um ciclo de conversão de energia solar para energia química. O vetor energético proposto é o hidrogênio. Isso implica que a energia solar é concentrada em um dispositivo que absorve a radiação térmica e a transforma em energia térmica para ativar uma reação química endotérmica. Essa reação transforma o calor útil em gás hidrogênio, que por sua vez pode ser utilizado posteriormente para geração de outras formas de energia. O primeiro passo foi levantar os pares metal/óxido estudados na literatura, cuja finalidade é ativar um ciclo termoquímico que possibilite produção de hidrogênio. Esses pares foram comparados com base em quatro parâmetros, cuja importância determina o dimensionamento de um receptor de cavidade. São eles: temperatura da reação; estado físico de reagentes e produtos; desgaste do material em ciclos; taxa de reação de hidrólise e outros aspectos. O par escolhido com a melhor avaliação no conjunto dos parâmetros foi o tungstênio e o trióxido de tungstênio (W/WO3). Com base na literatura, foi determinado um reator padrão, cujas características foram analisadas e suas consequências no funcionamento do receptor de cavidade. Com essa análise, determinaram-se os principais parâmetros de projeto, ou seja, a abertura da cavidade, a transmissividade da janela, e as dimensões da cavidade. Com base nos resultados anteriores, estabeleceu-se um modelo de dimensionamento do sistema de conversão de energia solar em energia útil para um processo químico. Ao se analisar um perfil de concentração de energia solar, calculou-se as eficiências de absorção e de perdas do receptor, em função da área de abertura de um campo de coleta de energia solar e da radiação solar disponível. Esse método pode ser empregado em conjunto com metodologias consagradas e dados de previsão de disponibilidade solar para estudos de concentradores de sistemas de produção de hidrogênio a partir de ciclos termoquímicos.

Programa de simulação de sistemas de aquecimento Solar.

Neste trabalho é apresentado o desenvolvimento de um programa computacional que simula o desempenho térmico de um sistema de aquecimento solar de água com circulação forçada, adequado para uso em edificações. O programa trabalha realizando o balanço de massa e de energia no reservatório térmico a cada hora, tendo como valores de entrada dados do ano meteorológico típico da localidade selecionada e a vazão de água quente de consumo. Os componentes do sistema são o reservatório térmico de água quente com aquecedor auxiliar interno, o coletor solar e a bomba de circulação. A base de dados meteorológicos escolhida foi a do projeto SWERA, que contém arquivos no formato padrão TMY disponíveis na internet para um número considerável de cidades, incluindo diversas localidades brasileiras. Foi proposto um modelo de temperatura de água da rede de abastecimento relacionado com a temperatura do solo, dado disponível nos arquivos de entrada utilizados. O programa utilizou como referência para a validação dos modelos de cálculo resultados obtidos pelo programa comercial de simulação TRNSYS. Foram comparados resultados para os modelos de irradiação incidente em superfície inclinada, do coletor solar e do sistema completo. Para isto foram simulados sistemas localizados em quatro cidades distintas com climas diferentes. O tempo total usado nas simulações foi de um ano e os resultados das comparações dos valores resultantes foram considerados satisfatórios.

Terceirização do fornecimento de energia elétrica e térmica nas firmas de manufatura brasileiras : uma visão estratégica

A geração, transmissão e distribuição de energia elétrica são atividades que muitas vezes são realizadas fora dos limites das unidades fabris, enquanto em grande parte dessas mesmas unidades, a energia térmica (calor através de vapor d’água, por exemplo), é gerada internamente. Existe uma forma de geração distribuída de energia que pode ser realizada dentro da unidade fabril que utiliza o ciclo térmico de cogeração. A cogeração é altamente eficiente e traz grandes vantagens aos usuários como fornecimento contínuo de energia, redução de custos e melhor qualidade de energia. Uma empresa pode optar por executar a atividade de geração de energia internamente como autoprodutor ou contratar um terceiro chamado de produtor independente. Nessa pesquisa exploratória foram entrevistadas pessoas ligadas a essa atividade para se entender como as empresas estão vislumbrando o mercado de energia elétrica no Brasil e como o mercado de geração distribuída através da cogeração está se formando no país, à luz da Transaction Cost Theory (TCT) e da Resource Based View (RBV). A pesquisa apresenta a certeza de que o custo da geração de energia elétrica no país será mais alto no futuro próximo, devido à diversificação de fontes energéticas com a entrada de fontes nucleares, térmicas e renováveis como eólicas e biomassa. Notou-se também que a redução de custos é um item fundamental, muito mais importante que qualquer característica positiva que um ciclo de cogeração possua. Além disso, a visão de longo prazo de ambas as empresas (contratante e terceira) e o contrato de fornecimento de energia assumem grandes responsabilidades na relação entre as empresas.

Análise experimental e numérica do comportamento térmico de um coletor solar acumulador

Esta tese apresenta um estudo do comportamento térmico de um coletor solar acumulador e desenvolve uma metodologia para medir a sua eficiência diária. O coletor solar acumulador está instalado na face norte do prédio de Energia Solar da UFRGS e possui cerca de 26 m2. É constituído de uma massa espessa de concreto com uma superfície absorvente feita de tijolos, possuindo uma cobertura dupla de vidros colocada de modo a deixar um espaço para a circulação de ar. Os raios solares atravessam a cobertura de vidro e aquecem a massa absorvente de tijolo, a qual aquece o ar que é introduzido no interior da construção por efeito de termossifão. Uma das principais características do coletor solar acumulador consiste no fato de que a resposta do coletor é defasada no tempo. Este fenômeno permite que o coletor entregue calor ao ambiente mesmo após o término da radiação solar. Essa defasagem dos picos de energia térmica ocorre devido ao baixo valor da difusividade térmica do concreto. Este trabalho foi dividido em duas etapas. A primeira etapa consistiu na montagem de um calorímetro para controle e monitoração das variáveis envolvidas. No interior do calorímetro foram instaladas 36 garrafas com água. As temperaturas dos conteúdos das garrafas, do coletor solar e as radiações envolvidas foram monitoradas através de 26 sensores de temperatura de CI, 8 sensores resistivos PT100 e dois sensores de radiação fotovoltaicos. Para obter as medidas dos sensores instalados foi feita a montagem de um sistema de aquisição de dados interfaceado a um microcomputador A segunda etapa consistiu na produção de um programa computacional, escrito em linguagem Fortran 90, para simular o comportamento térmico dos diversos elementos constituintes do coletor, determinar a potência térmica do coletor solar e sua eficiência diária. Para a simulação numérica do coletor solar acumulador, adotou-se um modelo simplificado bidimensional do mesmo. Foi integrada, através do Método dos Volumes Finitos, a equação de difusão de calor transiente em 2 dimensões. Na formulação das equações lineares optou-se pelo emprego das diferenças centrais no espaço e formulação explícita no tempo. Ao todo foram produzidas 4 malhas computacionais, com distintos refinamentos e foi realizado o estudo da estabilidade numérica das diversas malhas. Através da montagem experimental obtiveram-se várias características térmicas do comportamento do sistema, entre as quais, a transmitância da cobertura, curvas de temperatura do ar fornecido ao calorímetro e curva da eficiência diária do coletor solar . Através da simulação numérica foi possível determinar a potência térmica que o coletor entrega para o laboratório, a eficiência do coletor, os campos de temperatura e a vazão mássica nos diversos canais interiores do coletor solar.

Perspectivas de inserção da energia solar fotovoltaica na geração de energia elétrica no Rio Grande do Norte

The generation of electricity in Brazil is predominantly renewable, with internal hydraulic generation being more than 70% of its energy matrix. The electricity rationing occurred in 2001 due to lack of rain, led the country to increase the participation of alternative energy sources. This need for new sources of energy makes the regional potential to be exploited, which configures the change of generation model from centralized generation to distributed generation. Among the alternative sources of energy, the solar energy is presented as very promising for Brazil, given that most of its territory is located near to the equator line, which implies days with greater number of hours of solar radiation. The state of Rio Grande do Norte (RN) has one of the highest levels of solar irradiation of the Brazilian territory, making it eligible to receive investments for the installation of photovoltaic solar plants. This thesis will present the state-of-the-art in solar photovoltaic power generation and will examine the potential for generation of solar photovoltaic power in Brazil and RN, based on solarimetrics measurements conducted by various institutions and also measurements performed in Natal, the state capital

Análise da indução de fluxo de ar por convecção livre em chaminé solar

Experiments were performed to study the effect of surface properties of a vertical channel heated by a source of thermal radiation to induce air flow through convection. Two channels (solar chimney prototype) were built with glass plates, forming a structure of truncated pyramidal geometry. We considered two surface finishes: transparent and opaque. Each stack was mounted on a base of thermal energy absorber with a central opening for passage of air, and subjected to heating by a radiant source comprises a bank of incandescent bulbs and were performed field tests. Thermocouples were fixed on the bases and on the walls of chimneys and then connected to a data acquisition system in computer. The air flow within the chimney, the speed and temperature were measured using a hot wire anemometer. Five experiments were performed for each stack in which convective flows were recorded with values ranging from 17 m³ / h and 22 m³ / h and air flow velocities ranging from 0.38 m / s and 0.56 m / s for the laboratory tests and air velocities between 0.6 m/s and 1.1m/s and convective airflows between 650 m³/h and 1150 m³/h for the field tests. The test data were compared to those obtained by semi-empirical equations, which are valid for air flow induced into channels and simulated data from 1st Thermodynamics equation. It was found that the chimney with transparent walls induced more intense convective flows than the chimney with matte finish. Based on the results obtained can be proposed for the implementation of prototype to exhaust fumes, mists, gases, vapors, mists and dusts in industrial environments, to help promote ventilation and air renewal in built environments and for drying materials, fruits and seeds

Efeito da radiação solar e temperatura na emissão de metano associado à produção e perda de calor em bovinos

Pós-graduação em Zootecnia - FCAV

Determinação da eficiência de um coletor solar plano com aletas de vidro

Pós-graduação em Agronomia (Energia na Agricultura) - FCA

Analise de desempenho de um sistema híbrido de geração de energia solar-eólico-diesel considerando variações probabilísticas da carga e dos recursos renováveis

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)