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Coletor Solar de Placas Planas

Coletor Solar de Placas Planas. Ranyer Soares de Oliveira R.A. 092768 Mauro Oliveira Borges Júnior R.A. 092381 Cássio Dias Goes R.A. 090730. Introdução e motivação. Transmissão de calor: Condução, convecção e radiação Parte absorvida, refletida e transferida ao fluido

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Coletor Solar de Placas Planas

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  1. Coletor Solar de Placas Planas Ranyer Soares de Oliveira R.A. 092768 Mauro Oliveira Borges Júnior R.A. 092381 Cássio Dias Goes R.A. 090730

  2. Introdução e motivação • Transmissão de calor: • Condução, convecção e radiação • Parte absorvida, refletida e transferida ao fluido • Custo elevado, porém ganhos ambientais e energéticos. • Uso do Phoenics: Conceitos de Transferência de Calor, Mecânica dos Fluidos e Métodos Numéricos.

  3. Objetivos • Através do Phoenics e simulação numérica construir modelo físico de um coletor solar: • Movimento dos fluidos • Transferência entre trocador e água • Comparação dos resultados da simulação com resultados teóricos.

  4. Componentes do sistema • Cobertura: • Cria efeito estufa – Espessura do vidro de 3 a 4 mm. • Espaço de ar (cavidade): • Evitar condução – Espessura 18 mm. • Placa absorvedora: • Cobre ou alumínio -> Transferir energia para água. • Isolamento: • Evitar troca de calor para o ambiente.

  5. Geometria Referência: Coletor CSi2 – SODRAMAR

  6. Cálculos • A partir dos dados do fabricante: • Fluxo mássico -> • Diâmetro -> • Velocidade média -> = 0,04365 m/s • Inclinação -> Cidade de Campinas em relação ao Norte (23°) + 10°

  7. Fenômenos Físicos Formas de troca de calor com o meio:

  8. Condições de contorno Radiação incide no coletor: 1000 W/m² Radiação incidente na placa de cobre: 920 W/m² Temperatura ambiente: 25°C Água entra a 25°C e sai a 28°C Velocidade do vento: 2 m/s

  9. Formulação do problema • Cavidade interior: Cálculo de Rayleigh (Turbulento se maior que 50000) • Troca de calor coletor/ambiente (encontrar h) • Determinar Nusselt-> • Coeficiente de convecção -> • Coeficiente de radiação -> • Coeficiente equivalente ->

  10. Formulação do problema • Troca de calor coletor/água • Calcular Reynolds -> Laminar plenamente desenvolvido • Seção do tubo circular -> = • Radiação Placa de cobre/Placa de vidro • Segundo Incropera:

  11. Modelagem Phoenics

  12. Modelagem Phoenics Força gravitacional: Decomposição em x e y Iteração Phoenics: 2000 Malha: Equilíbrio de tempo e descrição do problema

  13. Resultados • Perfil de velocidade • Convecção natural -> Sentido anti-horário • Atrito com as paredes

  14. Resultados • Perfil de temperatura • Temperatura média na placa de vidro: 27,1 °C • Temperatura média na placa de cobre: 40,17°C

  15. Resultados • Representação das trocas de calor no coletor • Eficiência:

  16. Conclusão Fenômeno de transferência de calor Eficiência real menor que 80% Eficiência calculada 88,68% Modelo computacional

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