Mario Henrique Macagnan

O aproveitamento da energia solar pode ser uma alternativa muito importante para o atendimento da demanda cada vez maior por energia elétrica. Neste contexto, os concentradores solares acabam surgindo como uma opção bastante promissora. O presente trabalho apresenta um modelo de automação de um rastreador solar que dispensa o uso de sensores para determinação da posição do Sol. Esta determinação se dará apenas com base em aspectos astronômicos, utilizando um algoritmo para cálculo de efemérides, onde é possível prever a posição solar através de dados de tempo, constantemente atualizados por um relógio aplicado ao equacionamento programado em um módulo Arduíno. O sistema de rastreamento será aplicado a um conjunto de espelhos projetados para concentrar a radiação em um absorvedor, utilizando a tecnologia do refletor Fresnel linear. Os valores dos ângulos de azimute e de zênite são obtidos no processamento realizado no módulo Arduíno. Os resultados obtidos foram verificados através de simulações realizadas na calculadora solar do NOAA. Também foi verificado que o ângulo de inclinação dos espelhos calculado pelo algoritmo, quando aplicado no programa Soltrace, mostrou-se suficientemente preciso para a aplicação desejada.

A energia solar está em ascensão nos últimos anos, tanto em aceitação social como em capacidade instalada. Por isto é necessário que estudos sejam realizados para avaliar a viabilidade econômica e o impacto ambiental advindo da produção e implantação de plantas de potência, tornando-se necessária a avaliação da disponibilidade de cada parcela da radiação solar, seja por medição ou por estimativas. Algumas destas parcelas, como a irradiância difusa e direta, são difíceis de medir, seja pela necessidade constante de aferição do equipamento quanto pelo preço elevado dos mesmos. Em casos como este há a necessidade da utilização de modelos de radiação difusa horários para estimar tanto a irradiância difusa quanto a irradiãncia direta. A falta de medição de dados de irradiância difusa no Brasil era praticamente nula até a criação do Sistema de Organização Nacional de Dados Ambientais (SONDA). Portanto, neste estudo, foi realizada a comparação de cinco modelos de radiação difusa horários, obtidos por autores extrangeiros datados de 1977 até 2010, em relação a dados medidos por estações da rede SONDA em seis cidades brasileiras cujos dados estavam na versão 3.3. Os resultados dos desvios MBEr e RMSEr demonstraram que na falta de medição desta parcela da radiação, o modelo mais confiável para generalização é o de Erbs et. al. (1982). No entanto, os melhores e piores resultados para cada cidade diferiram muito em relação a cada modelo testado, portanto, em caso de disponibilidade de dados medidos por um período de tempo considerável, haverá a necessidade de testes com estes dados locais. As análises de modelos que dependem de variáveis físicas mostraram que os mesmos não se comportaram adequadamente, indicando que próximos estudos podem tomar como base novos paradigmas para manter a simplicidade de seus modelos juntamente com a exatidão e precisão de seus resultados.

Este trabalho tem o propósito de avaliar o impacto da curvatura dos espelhos em um concentrador Fresnel Linear. O coletor utilizado como exemplo contém 14 fileiras de espelhos de 300 mm de largura cada, com um concentrador secundário de 200 mm de abertura e situado a 3 m de altura, em relação ao plano contendo os eixos dos espelhos. Primeiramente determinou-se a curvatura para cada espelho do LFR. As flechas variaram entre 1,872 mm no espelho central até 1,486 mm para o espelho mais afastado. Após calcular a curvatura de cada espelho, realizou-se as simulações no Soltrace, variando a curvatura dos espelhos. O software apresentou a fluxo médio e máximo que atingiu o plano do concentrador secundário do LFR. Então, verificou-se que o uso de espelhos planos exige que a abertura do concentrador secundário seja maior, correspondendo no caso estudado a 400 mm, com uma maior concentração em uma faixa de 300 mm. Com a utilização de espelhos curvos e variáveis, consegue-se aumentar a razão de concentração em uma faixa de 100 mm. A simulação com curvatura fixa de 1,872 mm resultou em uma redução da potência de apenas 2,1 % em comparação com os espelhos curvados individualmente. Já para configuração com a menor flecha (1,486 mm) resultou em um aumento extremamente pequeno da potência, que foi de 0,17 %, porém com um fluxo extremamente concentrado em uma faixa de 60 mm. Diante dos resultados apresentados para o LFR estudado, a utilização da menor flecha calculada para os espelhos é indicada para redução de custos, tempo e complexidade de fabricação.

Para avaliar a adequação de coletores solares planos em que são utilizados materiais poliméricos, a escolha desses materiais leva ao fato da necessidade de características distintas em cada parte do coletor. Na cobertura, os materiais utilizados devem ter uma boa resistência a ruptura, devem ser transparentes e ter uma transmitância elevada em comprimentos de ondas até 2,5 μm e uma transmitância baixa em comprimentos de onda com mais de 2,5 μm. Isso se deve ao fato de que a cobertura deve ser transparente para a radiação Sol (baixo comprimento de onda) e ser opaca para a radiação emitida pela placa absorvedora (comprimento de onda alto). O material que mais se adequa nesse requisito é o Policarbonato (PC). O PC exibe uma perda de transmitância de 3% a 5% após 2 a 3 anos, mas com a adição de uma película protetora contra raios UV, laminada junto com o PC, exibe uma perda significativa somente após 10 a 15 anos. Um dos fatores que se leva em conta na seleção do polímero no absorvedor, é seu nível de degradação com o tempo e sua condutividade térmica, dois materiais que se destacam, são o Polisulfona (PSU) e o Polietileno (PE). O PSU tem o melhor resultado em relação ao nível de degradação pois sua cadeia polimérica é composta por anéis aromáticos e fortes ligações de carbono, enxofre e oxigênio dentro da espinha dorsal do polímero. No caso do PE, os resultados de degradação em uma câmara de intemperismo acelerado se concluiu que o polímero tem uma baixa perda de transmitância em relação ao tempo exposto. Em relação à condutividade térmica, o PSU possui uma condutividade de 0,26 W/m/K enquanto que o PE é entorno de 0,4 W/m/K.

This work presents a study of concentrated solar power insertion in the Brazilian energy matrix, through integration of the solar energy with Luís Carlos Prestes Thermoelectric Power Plant (UTE-LCP) in Três Lagoas city. The current situation of the Brazilian electricity sector, which has presented strong growth of thermoelectric dispatch in recent years and the consequent increase in the cost of electricity generation, justifies the development of alternative energy sources. The purpose of this study is to present a model of electricity generation through thermal solar source compatible to technological and economic realities of the energy market. The study is based on evaluation of the linear Fresnel reflector with direct steam generation, because this configuration has investment, operation and maintenance attractive costs. The performance of the solar field is simulated in the System Advisor Model software (SAM) of the National Renewable Energy Laboratory (NREL). The predict performance is used with UTE-LCP operational database to estimate the additional electricity generation. Finally, the financial analysis is carried out through economic engineering tools, which identifies a Levelized Cost of Electricity (LCOE) of the 139.24 USD MW-1h-1 at least. This LCOE is 42.7% less than cost estimates for Concentrating Solar Power plants. Sensitivity analysis indicates that the cost of capital has critical impact on the LCOE, which was attributed to the character of high dependence on Concentrating Solar Power (CSP) capital resources. Este trabalho apresenta um estudo de viabilidade de inserção de energia solar térmica na matriz elétrica brasileira, através de integração de um campo de energia termosolar de concentração com uma usina termelétrica de ciclo combinado localizada na Região Centro-Oeste. A atual conjuntura do setor elétrico, que apresenta crescimento do despacho termelétrico e consequente elevação dos custos de geração de energia elétrica, justifica o desenvolvimento de fontes alternativas. O objetivo principal deste estudo é apresentar um modelo de empreendimento de produção de eletricidade por meio de fonte solar térmica, compatível à realidade tecnológica e econômica do mercado de energia. O estudo baseia-se na simulação de integração de um campo solar com tecnologia de concentração Fresnel linear e geração direta de vapor superaquecido, junto à Usina Termelétrica Luís Carlos Prestes (UTE-LCP), no município de Três Lagoas, no estado de Mato Grosso do Sul. O desempenho do campo solar é verificado através do software System Advisor Model (SAM) do National Renewable Energy Laboratory (NREL) e a produção adicional de termeletricidade é determinada com base na análise de eficiência global do Turbogerador a Vapor (TGV) da UTE-LCP. Por fim, é realizada a análise financeira do projeto através de ferramentas de engenharia econômica, onde identifica-se um custo nivelado da energia elétrica (LCOE, na sigla em inglês) de 139,24 USD MW-1h-1, com uma redução de 42,7% em relação às estimativas de custo internacionais para usinas heliotérmicas. Análises de sensibilidade indicam que o custo do capital tem impacto crítico sobre o LCOE, fato atribuído ao caráter de alta dependência dos recursos de capital da tecnologia solar térmica

Evaporators of small and medium refrigeration systems, as in commercial and automobile air conditioning applications, are being studied to develop more compact and lighter equipment, that reaches good thermal performance and reliability, with low pressure drop. In this way, evaporators are being designed with small channels and materials like aluminum. Moreover, different refrigerants are being tested to substitute for hydrofluorocarbon (HFC) refrigerants, with different operational temperatures and pressures. Some of them, like hydrocarbons, although they present advantages with respect to their thermodynamic and transport properties, should be used with small charge in the system due to their flammability. This work presents the results of an experimental study to characterize the flow boiling of the refrigerant R600a (isobutane) in a multiport aluminum extruded tube with 7 parallel minichannels of 1.47 mm hydraulic diameter. The effects of mass velocity, heat flux, and vapor quality on heat transfer were investigated for constant saturation temperature and pressure. Heat fluxes in the range from 5 to 30 kW m⁻², mass velocities set to discrete values in the range of 50 to 200 kg m⁻² s⁻¹, and saturation temperature of 20°C were considered. It was verified a significant effect of heat flux. Moreover, some images of flow patterns, in different conditions, are presented, and the main patterns identified were slug, intermittent, and annular.