Uma nova abordagem para o dimensionamento de aquecedores solares operando por termossifão
DOI:
https://doi.org/10.33448/rsd-v9i8.5673Palavras-chave:
Aquecimento solar de água; Circulação Natural; Modelo matemático; TRNSYS.Resumo
O objetivo deste trabalho é apresentar uma metodologia simples para que seja possível dimensionar um sistema operando em termossifão, sem recorrer sempre a uma simulação computacional. Como resultado de muitas simulações de sistemas utilizando o programa TRNSYS, variando-se diversos parâmetros do projeto e dados operacionais do sistema, obteve-se um conjunto de expressões que permitem a determinação da eficiência térmica diária (média mensal) do sistema. A correlação desenvolvida contempla os aspectos geométricos e térmicos relacionados ao coletor, ao tanque de armazenamento e às tubulações de conexão, bem como aspectos operacionais tais como carga térmica, radiação solar e temperatura ambiente. Este modelo é capaz de otimizar as variáveis do sistema de aquecimento solar de água por termossifão para os requisitos de uma aplicação específica. A correlação obtida mostra que a eficiência é uma função linear das condições meteorológicas, da qualidade do coletor e dos parâmetros que relacionam o volume do tanque de armazenamento, o volume de carga (perfil de consumo) e a área do coletor. A correlação é muito útil, uma vez que se trata de uma alternativa simples e rápida para o cálculo da eficiência do sistema, sem depender de determinação experimental ou resultados de simulação numérica. O dimensionamento, isto é, a determinação da área do coletor e do volume do tanque de armazenamento que satisfazem de maneira adequada a carga térmica necessária, pode ser realizado de maneira simples e rápida usando essa correlação.
Referências
Abdunnabi, MJR. Loveday, DL & Wright, JA. (2019). Development of a Design Tool for Sizing and Optimizing Thermosyphon Solar Water Heater Systems: A Case Study for Tripoli-Libya, Solar Energy and Sustainable Development, 8(1). Jun.
Almeida, P., Carvalho, M.J., Amorim, R., Mendes, J.F. & Lopes (2014). Dynamic testing of systems – Use of TRNSYS as an approach for parameter identification. Solar Energy, 104, 60–70.
Collins, S., Deane, J.P., Poncelet, K., Panos, E., Pietzcker, R.C., Delarue, E., et al. (2017). Integrating short term variations of the power system into integrated energy system models: a methodological review. Renew Sustain Energy Rev, 76, 839–856.
Daghigh, R., Ruslan, M.H. & Sopian, K. (2015). Parametric studies of an active solar water heating system with various types of PVT collectors. Sadhana. 40(7), 2177–2196.
Duffie, J.A. & Beckman, W.A. (1991). Solar Engineering of Thermal Processes, Wiley, New York.
Gao, Y.; Meng, X.; Gao, W. & Long, E. (2016). A review of technologies and evaluation softwares for distributed energy source system. Procedia-Soc. Behav. Sci., 216, 398–408.
Garwood, T. L. et al. (2018). A review of energy simulation tools for the manufacturing sector, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 81(1), 895-911.
Huang, B.J. (1980). Similarity theory of solar heater with natural circulation. Solar Energy, 25(2), 105-116.
Morrison, G.L. & Braun, J.E. (1985). System Modeling and Operation Characteristics of Solar Thermosyphon Water Heaters. Solar Energy, 34(4), 389-405.
Perez, R., Stewart, R., Seals, R., Guertin, T. (1988). The Development and Verification of the Perez Diffuse Radiation Model, Sandia National Laboratories Contraction Report SAND88-7030, oct.
Reindl, D.T., Beckman, W.A. & Duffie, J.A. (1990). Diffuse Fraction Correlations. Solar Energy, 45(1), 1-7.
Shariah, A.M. & Löf, G.O.G. (1997). Effects of Auxiliary Heater on Annual Performance of Solar Thermosyphon Water Heater Simulated under Variable Operation Conditions. Solar Energy, 60(2), 119-126.
Shrivastava, R.L., Kumar, V. & Untawale, S.P. (2017). Modeling and simulation of solar water heater: A TRNSYS perspective. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 67(C), pages 126-143.
Siqueira, A.M.O. (1996). Análise térmica de aquecedores solares operando em circulação natural e em circulação forçada. Dissertação de Mestrado, Engenharia Mecânica, UFMG, Belo Horizonte.
Tiwari, R.C., Kummar, A., Gupta, S.K. & Sootha, G.D. (1991). Thermal Performance of Flat-Plate Solar Collectors Manufactured in India. Energy Conversion and Management. 31(4), 309-313.
Valdiserri, P. (2018). Evaluation and control of thermal losses and solar fraction in a hot water solar system. International Journal of Low-Carbon Technologies, 13(3), 260–265.
Vaxman, M. & Sokolov, M. (1986). Effects of connecting pipes in thermosyphonic solar systems. Solar Energy, 37(5), 323-330.
Villa-Arrieta, M. & Sumper, A. (2018). A model for an economic evaluation of energy systems using TRNSYS. Applied Energy. 215(C), 765-777.
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