Modelo matemático para análise do desempenho térmico de coletores solares cilindro-parabólicos

Abstract

Neste trabalho é proposto um modelo matemático baseado no método de diferenças finitas destinado a simular, via computador, o funcionamento de um coletor solar concentrador cilindro-parabólico de eixo Leste-Oeste. A partir de dados fundamentais (mês, dia e hora, radiação incidente, latitude, temperatura ambiente, temperaturas de entrada e saída do fluido) o modelo pode fornecer o rendimento total previsto, fluxo de massa do fluido de transferência, perdas térmicas do absorvedor e cobertura por radiação e convecção, perda de carga e outros parâmetros de desempenho, além das distribuições de temperatura ao longo do coletor. Visando tornar mais completo o trabalho, inicialmente são analisadas de modo resumido as características básicas dos principais tipos de coletores concentradores de foco linear em função de sua possível utilização como fonte alternativa de energia para a geração industrial de vapor de baixa pressão. Para um coletor cilindro-parabólico, considerado o mais adequado a esta finalidade, são estudados os principais parâmetros físicos e geométricos que influenciam seu desempenho. As características gerais de um protótipo deste tipo de coletor, atualmente em fase final de construção pelo Grupo de Energia Solar da UFRGS, são apresentadas de modo suscinto. Na parte final do trabalho são apresentados os resultados de simulações efetuadas para o protótipo citado, com os dados ora disponíveis, e as conclusões obtidas a partir destes resultados.

This work presents a mathematical model based on the finite difference method aimed to simulate, by computer, the operation of a cylindrical parabolic solar concentrator collector of East-West axis. From basic data (month, day and hour, incident radiation, latitude, ambient temperature, inlet and outlet fluid temperatures) the model can provide theoretical total efficiency, flow rate, absorver and cover losses by radiation and by convection, pressure drop and other performance indicators, as well the temperature distributions along the collector. As solar concentrators may be used as alternative energy source for industrial generation of low-pressure vapor, and for the sake of completeness, basic characteristics of the principal kinds of linear focus concentrator collector are first analysed. For the range of temperatures that a cylindrical parabolic collector can reach, it is considerated the more suitable one for steam production; so the most important physical and geometric parameters of this collector are studied . The general characteristics of a prototype of such collector, which is nowadays being constructed by the Solar Energy Group of UFRGS, are briefly presented. Finally, the results of simulations made for this prototype with at present available data as well the conclusions obtained from these results are presented.