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https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/3872
Tipo: | Dissertação |
Título: | Estudo por simulação numérica da adição de aletas internas e nanopartículas no tubo receptor de um concentrador solar tipo calha parabólica |
Autor(es): | RENÓ, Alex Nivaldo Alcântara |
Primeiro Orientador: | PABON, Juan José Garcia |
metadata.dc.contributor.advisor-co1: | KHOSRAVI, Ali |
Resumo: | A hidreletricidade é a principal fonte de geração do sistema elétrico brasileiro e devido aos problemas hidrológicos observados recentemente e aos planos de expansão da matriz, o país busca tecnologias alternativas de energia, como usina de energia solar concentrada e planejamento para melhorar a eficiência do sistema. Sendo um exemplo, a usina solar de calha parabólica (PTC) é utilizada para produção de eletricidade e calor, simultaneamente. O presente trabalho desenvolve modelagem energética e térmica de usina PTC de 100 MW para a cidade de Itacarambi-MG. Nesta obra, o desempenho do coletor solar é melhorado considerando diferentes geometrias de aletas internas e utilização de nanofluidos como fluido de transferência térmica. Para tanto, foram propostos nove casos finais, incluindo, tubo liso, aleta longitudinal retangular, aleta longitudinal triangular, nanopartícula de óxido de magnésio (MgO) e nanopartícula de sílica (SiO2) com 2% de fração de volume. O Therminol-VP1 é escolhido como fluido de transferência de calor (HTF) do sistema. Através da ferramenta CFD são avaliados os principais parâmetros do problema, sendo eles: coeficiente de transferência de calor, fator de atrito, perda de pressão, trabalho de bombeamento, eficiência térmica e exergética do coletor. O melhor desempenho foi obtido para o caso com aletas longitudinais retangulares de tamanho de 25 mm e espessura de 4 mm, utilizando nanofluido MgO 2%. Para este caso, o HTC máximo foi de 1426, 8 W/m² K, enquanto a pressão e o fator de atrito tiveram um aumento percentual de 338,56% e 220%, respectivamente. A eficiência térmica máxima foi de 72,36% e exergética de 32,22%, o que representou uma melhoria de 5,6% e 5,3% em relação ao tubo de referência. O menor LCOE obtido variou de 0,02648 a 0,02746 euro kW/h. |
Abstract: | Hydroelectricity is the main source of generation in the Brazilian electrical system and due to the hydrological problems observed recently and plans to expand the matrix, the country is looking for alternative energy technologies, such as a concentrated solar power plant and planning to improve the system's efficiency. As an example, the parabolic trough solar plant (PTC) is used to produce electricity and heat simultaneously. The present work develops energy and thermal modeling of a 100 MW PTC plant for the city of Itacarambi-MG. In this work, the performance of the solar collector is improved considering different geometries of internal fins and the use of nanofluids as thermal transfer fluid. For that, nine final cases were proposed, including, smooth tube, rectangular longitudinal fin, triangular longitudinal fin, magnesium oxide nanoparticle (MgO) and silica nanoparticle (SiO2) with 2% volume fraction. Therminol-VP1 is chosen as the heat transfer fluid (HTF) of the system. Through the CFD tool, the main parameters of the problem are evaluated, namely: heat transfer coefficient, friction factor, pressure loss, pumping work, thermal efficiency and collector exergy. The best performance was obtained for the case with rectangular longitudinal fins of size 25 mm and thickness of 4 mm, using 2% MgO nanofluid. For this case, the maximum HTC was 1426.8 W/m² K, while the pressure and friction factor had a percentage increase of 338.56% and 220%, respectively. The maximum thermal efficiency was 72.36% and exergy 32.22%, which represented an improvement of 5.6% and 5.3% in relation to the reference tube. The lowest LCOE obtained ranged from 0.02648 to 0.02746 euro kW/h. |
Palavras-chave: | Energia solar PTC Aletas internas Nanofluido Eficiência térmica |
CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECÂNICA |
Idioma: | por |
País: | Brasil |
Editor: | Universidade Federal de Itajubá |
Sigla da Instituição: | UNIFEI |
metadata.dc.publisher.department: | IEM - Instituto de Engenharia Mecânica |
metadata.dc.publisher.program: | Programa de Pós-Graduação: Mestrado - Engenharia Mecânica |
Tipo de Acesso: | Acesso Aberto |
URI: | https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/3872 |
Data do documento: | 20-Jul-2023 |
Aparece nas coleções: | Dissertações |
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