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Aquecedor Solar de Placas Planas

Carlos Leandro VeigaFelipe Santin Furlan

Aquecedor Solar 2

Motivação

Questões Econômicas e Ambientais

Alta Radiação Solar

Baixa Tecnologia

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Componentes

Reservatório térmico

Placas Coletoras

Tubulação

Caixa d´agua

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Projetos complexos

Outras configurações apresentam filtros, sistemas responsáveis pelo controle da vazão e de sistemas de aquecimento auxiliares

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Physics-Sun, localizado em Parkent, no Uzbequistão. Serve como fonte de energia para derreter aluminio

Aquecedor Solar 6

Objetivo do trabalho

O objetivo do nosso trabalho é analisar a placa coletora do aquecedor solar de placas planas

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A Placa Plana

Formada por tubos aletadosA função das aletas é aumentar a superfície de captação

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A Placa Plana

A junção entre tubo e placa tem grande importância na eficiência do aquecedorEssa junção pode ser por contato direto entre tubo e placa, por solda ou podem ser utilizados dispositivos de fixação.A simulação foi feita com placas soldadas

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A Placa Plana

Os materiais utilizados para a fabricação da placa devem possuir alta condutividade térmica para reduzir a resistência ao fluxo de calor por condução.

No nosso caso foi utilizado cobre.

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A Placa Plana

O comprimento de cada tubo é igual ao comprimento da placa. O valor típico para placas domésticas é de 1m.

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Mecanismos de transferência de calor

Radiação

Condução

Convecção

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Implementação no Phoenics

Simetria

Domínio: 1m em Z, 150 mm em Y e 34mm em X

Ativamos a solução para velocidade e energia e o modelo laminar

Fluído do domínio é água

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Implementação no Phoenics

Criamos um bloqueio para servir como isolamento. Usamos o shape BOX

A aleta foi feita no Pro-E e exportada para o Phoenics.

Um cylinder foi usado para simular a água com um INLET e um OUTLET

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Implementação no Phoenics

A radiação e convecção foram modeladas por dois PLATES

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Implementação no Phoenics

Densidade 1,1352 Kg/m³

Viscosidade 18,5932 10^ -6 N*s/m²

Condutividade 0,02566 W/(m*K)

Prandtl 0,71

Reynolds 1,53E+05

Nusselt Medio 231,69

Resultados das equações dos coeficicientes

para Placa Plana

Propriedades do ar a 28ºC

Coeficiente Medio de

Transferencia de

calor por Convecção

5,95 W/(m*K)

•Água sempre entra a 20ºC•Vento de 9,5m/s•Temperatura Ambiente 25°C•Temperatura média da placa de 30ºC•Sol fornece 600W/m²

12510993

025,0005,0998Re

6=

⋅

⋅⋅==

−µ

ρVD

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Resultados Esperados

Coletor Solar de PVC com 1,2mÁgua atinge 45ºC

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Resultados Obtidos

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Resultados Obtidos

Temperatura

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Resultados Obtidos

Velocidade

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Resultados ObtidosTemperatura media na saída=(22,5+32,5)/2=27,5ºC

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Resultados Obtidos

Gradiente de Temperatura((27+36)/2=31,5ºC

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Resultados Obtidos

Efeito da Malha na Superfície

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Resultados Obtidos

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Análise de Convergência

Temperatura e Velocidade não convergeSoma das energia3,69%

Análise z y x CélulasSaldo de

Energia (W)

Irradiação

(W)Erro

Iterações

Pre-simulação 20 31 23 14260 7,04 90 7,82% 4000

Intermediaria 25 56 30 42000 7,41 90 8,23% 4000

Final 25 56 30 42000 3,32 90 3,69% 10000

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Conclusão

Resolver Problema por ParteCompreender os fenômenosSimplificarProblemas com queda da Temperatura na saídaResultados Qualitativamente e Quantitativamente semelhante as referências

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Bibliografia[1] KREITH, F/ BOHN, M.S. Princípios de Transferência de Calor.

Tradução All Tasks, São Paulo, Pioneira Thomson Learning, 2003.[2] BEZERRA, A.M. Energia Solar-Aquecedores de água.[3] ALBINO DE SOUZA, A.W. Fundamentos da teoria da energia

solar e seu uso. 1ª Ed. Editora da fundação brasileira de direito econômico, 1994

[4] KREITH, F./KREIDER, J.F., Principles of solar engineering. Hemisphere Publishing Corporation, 1978.

FIM!Ave