Avaliação numérica e experimental da eficiência térmica de um coletor solar tipo PVT

Exportado OPUSMade available in DSpace on 2019-08-09T20:48:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 disserta__o_507___geisiane_lima.pdf: 3288187 bytes, checksum: d21d9251e75dcf243bd5bee5484b6373 (MD5) Previous issue date: 9A energia solar é considerada a fonte mais abundante e de menor impacto ambiental disponível, mas ainda não obtem uma posição significativa na matriz energética de diversos países, sobretudo nos países em desenvolvimento. Atualmente, o mercado dispõe de diversos dispositivos e métodos para conversão da energia solar em outras formas de energia útil. Dentre elas, duas tecnologias são as mais conhecidas e aplicadas, a de placas planas e os painéis fotovoltaicos. A energia fotovoltaica consiste na conversão direta dos raios solares em eletricidade e a energia térmica se baseia na troca de calor de uma superfície com o fluído de trabalho. Em diversos países como o Brasil, o fluido mais utilizado nessa troca de calor é a água que é direcionada para banho trazendo grandes vantagens. Outra tecnologia que vem ganhando diversos estudos nos últimos anos é o dispositivo PVT, do inglês Photovoltaic- Thermal, que consiste no acoplamento das duas tecnologias citadas, promovendo a geração combinada de eletricidade e calor. Para conhecimento e análise de um coletor solar, como o PVT, podem ser realizados estudos experimentais, simulações numéricas e modelagens matemáticas que permitem a verificação do seu desempenho. Neste contexto, este trabalho busca levantar estudos realizados a cerca do sistema PVT, modelar matematicamente o processo de transferência de calor e implementar o modelo matemático no software EES avaliando o desempenho do sistema PVT sob diferentes condições de irradiação e temperatura de entrada da água, avaliar numericamente os processos de transferência de calor no sistema PVT, utilizando-se o programa ANSYS-CFX® 15.0 e finalmente, comparar os resultados simulados com dados obtidos experimentalmente visando conhecer a eficiência térmica do dispositivo em cada uma destas situações. Os resultados obtidos mostram proporcionalidade entre os dados ensaiados e os dados simulados, validando os modelos matemático e computacional. Entretanto, constatou-se valores diferentes quanto a eficiência térmica do coletor. As maiores eficiências térmicas se deram quando a água foi inserida no sistema entre 26 a 32°C alcançando no teste experimental 33%, no EES obteve 45% e na simulação numérica alcançou 41% de desempenho. O presente trabalho faz parte do escopo do projeto P&D 498: Desenvolvimento de soluções PVT para aumento da eficiência de usinas solares financiado pela Companhia Energética de Minas Gerais.The solar energy is considered the most abundant source with the least environmental impact available, but it does not yet have a significant position in the energy matrix of several countries, especially in developing countries. Nowadays, the market has multiple devices and methods to convert sunlight into useful energy. However, two technologies are the most known and applied, the flat plate and photovoltaic panels. The photovoltaic energy consists of the direct conversion of sunlights into electricity and the thermal energy transfers heat from the surface to a working fluid. In several countries like Brazil, the most used fluid to heat Exchange is the water that is used for bath. Another technology that has been receiving several studies in recents years is the PVT - Photovoltaic Thermal device, wich consists of to connect the two technologies mentioned, to promote the combined generation of electricity and heat. For the knowledge and analysis of a solar collector, such as the PVT, experimental studies, numerical simulations and mathematical models can be used to verify its performance. In this context, this work search to find studies about the PVT system, make a mathematic model of the heat transfer process and implement the mathematical model in the EES software evaluating the performance of the PVT system under different conditions of irradiation and water inlet temperature, to evaluate numerically the processes of heat transfer in the PVT system, using the program ANSYS-CFX® 15.0 and finally, to compare the simulated results with data obtained experimentally in order to know the thermal efficiency of the device in each of these situations. The obtained results show proportionality between the data tested and the simulated data, validating the mathematical and computational models. However, different values were observed about the thermal efficiency of the collector. The highest thermal efficiencies were given when the water was inserted in the system between 26 to 32 °C reaching in the experimental test 33%, in the EES obtained 45% and in the numerical simulation reached 41% of performance. The present work is part of the scope of the 498 project: "Development of PVT solutions to increase the efficiency of solar power plants" financed by Minas Gerais energy company (CEMIG)