Instalação e análise de um trocador de calor em um concentrador solar linear Fresnel

Abstract

Este trabalho realizou a instalação e análise da eficiência térmica de um trocador de calor instalado no absorvedor de um concentrador solar linear Fresnel, localizado no Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia – Campus Ibirubá. O trocador de calor instalado possui quatro tubos de alumínio de diâmetro interno 9,53 mm e comprimento 1 m, por onde circula água como fluido de trabalho. Para realizar o cálculo da eficiência térmica são realizadas medições da temperatura de entrada do fluido no trocador de calor, da temperatura de saída e da vazão, em duas situações: circuito fechado, com recirculação de água e circuito aberto, sem recirculação de água, ambos sob diferentes condições de irradiação. O trocador também foi avaliado em duas situações de revestimento superficial: com e sem pintura de cor preta na parte externa dos tubos. Os testes realizados em circuito fechado e sem o revestimento superficial apresentaram uma eficiência média de absorção de calor de 17,80%. Ainda sem revestimento e com o circuito sem recirculação de água, a eficiência média encontrada foi de 19,66%. Com a aplicação da pintura externa de cor preta e com recirculação de água, a eficiência subiu para aproximadamente 25,30%, em média. Por fim, sem recirculação de água e com pintura a eficiência média foi de 33,40%. Foi possível observar que a inclusão da pintura aumentou a diferença de temperatura entre a saída e entrada do fluido de aproximadamente 1,82°C para 2,48°C, em média, melhorando significativamente a absorção de calor. A realização deste trabalho permitiu concluir que é viável a instalação de um trocador de calor no absorvedor de um concentrador solar linear do tipo Fresnel. Embora o aproveitamento térmico tenha seja baixo, a solução representa uma alternativa promissora para o uso da radiação solar no aquecimento térmico.

This study involved the installation and analysis of the thermal efficiency of a heat exchanger installed in the absorber of a Fresnel linear solar concentrator, located at the Federal Institute of Education, Science and Technology – Ibirubá Campus. The installed heat exchanger has four aluminum tubes with an internal diameter of 9.53 mm and a length of 1 m, through which water circulates as the working fluid. To calculate the thermal efficiency, measurements are taken of the inlet temperature of the fluid in the heat exchanger, the outlet temperature and the flow rate, in two situations: closed circuit, with water recirculation and open circuit, without water recirculation, both under different irradiation conditions. The exchanger was also evaluated in two situations of surface coating: with and without black paint on the outside of the tubes. The tests performed in a closed circuit and without the surface coating showed an average heat absorption efficiency of 17.80%. Still without coating and with the circuit without water recirculation, the average efficiency found was 19.66%. With the application of black external paint and water recirculation, the efficiency increased to approximately 25.30%, on average. Finally, without water recirculation and with paint, the average efficiency was 33.40%. It was possible to observe that the inclusion of paint increased the temperature difference between the fluid outlet and inlet from approximately 1.82°C to 2.48°C, on average, significantly improving heat absorption. This work allowed us to conclude that it is feasible to install a heat exchanger in the absorber of a Fresnel-type linear solar concentrator. Although the thermal utilization is low, the solution represents a promising alternative for the use of solar radiation in thermal heating.