Estudo e modelagem dos componentes de um sistema Dish Stirling visando à otimização da potência e a eficiência do sistema.

Abstract

Este trabalho apresenta os resultados da otimização da potência e da eficiência térmica do sistema Dish Stirling, a partir de um modelo matemático que permite analisar o comportamento dos componentes do sistema. O modelo matemático determina inicialmente os parâmetros geométricos do coletor solar, como concentração geométrica, ângulo de borda, área do paraboloide, diâmetro do receptor, etc. com a finalidade de quantificar a energia térmica que atinge a superfície do receptor. O desenvolvimento desta etapa teve como referência o trabalho realizado por Mendoza, (2012), o qual contribuiu no estudo dos parâmetros, requeridos para a caraterização do concentrador solar. Despois foi elaborada uma análise para o dimensionamento da cavidade, determinando as perdas presentes no interior, com a finalidade de fazer a caracterização geométrica e térmica dos receptores solares propostos para este trabalho (DIR e heat pipe). A caracterização foi elaborada a partir de parâmetros reais como: a velocidade do vento, material do receptor, temperatura ambiente, irradiação solar, etc., obtendo-se a energia útil que atinge ao motor Stirling. Além disso, foi estudado o regenerador, componente que contribui no incremento da eficiência térmica do motor Stirling. Finalmente foi realizada a otimização do sistema, com o objetivo de obter a melhor configuração geométrica para as condições avaliadas, usando como ferramenta computacional Modefrontier. O modelo matemático desenvolvido no trabalho foi validado baseado em dados da literatura cientifica especializada. Os resultados mostraram que para baixas velocidades do vento, menores a 3.9m/s e ângulos de inclinação entre 70° e 85°, as perdas por radiação na cavidade afetam de maneira considerável o comportamento térmico do sistema, resultando maiores que as perdas por convecção e por condução. Além disso, é possível concluir que para o receptor tipo heat pipe o calor fornecido ao motor Stirling e a potência gerada pelo motor são maiores que no receptor tipo DIR.