Análise de 1ª e 2ª leis da termodinâmica em “parede solar” utilizando água e nanofluido de prata como fluidos de trabalho
| Ano de defesa: | 2023 |
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Resumo: | The tendency in the near future is for fossil fuels to become a scarce source of energy as the years go by. An alternative for energy generation is renewable energy, which is not only clean but virtually inexhaustible. One of the primary sources of renewable energy is solar energy, which can be harnessed in both photovoltaic and solar thermal forms. The latter involves the use of thermal energy obtained directly from solar energy collection. To achieve this, solar collectors need to have ever-improving efficiencies to make better use of this energy. One type of solar collector is the flat plate solar collector with direct absorption, here referred to as the "Solar Wall," as it is positioned vertically. One way to enhance the performance of flat plate solar collectors with direct absorption is to improve the properties of the working fluid, which can be achieved by using nanofluids. A nanofluid that has proven to be quite efficient is silver nanofluid. In this study, the performance of a flat plate solar collector with direct absorption was evaluated by comparing the first and second law efficiencies of thermodynamics using water and silver nanofluid as working fluids. The "Solar Wall" was defined as the control volume with low-temperature fluid inlet and high-temperature fluid outlet after absorbing the captured energy. The evaluation included the calculation of solar incidence, temperature at the "Solar Wall," and, finally, the first and second law efficiencies of the apparatus. The results, with first law efficiencies increasing by approximately 25% and second law efficiencies exceeding 0.6%, are consistent with the efficiencies of flat plate thermal collectors. They also show promise for further improvement and the potential use of other working fluids. |
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Teles, Clayton FerreiraRocha, Paulo Alexandre Costa2024-01-05T17:38:37Z2024-01-05T17:38:37Z2023TELES, Clayton Ferreira. Análise de 1ª e 2ª leis da termodinâmica em “parede solar” utilizando água e nanofluido de prata como fluidos de trabalho. 2023. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2023.http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/75621The tendency in the near future is for fossil fuels to become a scarce source of energy as the years go by. An alternative for energy generation is renewable energy, which is not only clean but virtually inexhaustible. One of the primary sources of renewable energy is solar energy, which can be harnessed in both photovoltaic and solar thermal forms. The latter involves the use of thermal energy obtained directly from solar energy collection. To achieve this, solar collectors need to have ever-improving efficiencies to make better use of this energy. One type of solar collector is the flat plate solar collector with direct absorption, here referred to as the "Solar Wall," as it is positioned vertically. One way to enhance the performance of flat plate solar collectors with direct absorption is to improve the properties of the working fluid, which can be achieved by using nanofluids. A nanofluid that has proven to be quite efficient is silver nanofluid. In this study, the performance of a flat plate solar collector with direct absorption was evaluated by comparing the first and second law efficiencies of thermodynamics using water and silver nanofluid as working fluids. The "Solar Wall" was defined as the control volume with low-temperature fluid inlet and high-temperature fluid outlet after absorbing the captured energy. The evaluation included the calculation of solar incidence, temperature at the "Solar Wall," and, finally, the first and second law efficiencies of the apparatus. The results, with first law efficiencies increasing by approximately 25% and second law efficiencies exceeding 0.6%, are consistent with the efficiencies of flat plate thermal collectors. They also show promise for further improvement and the potential use of other working fluids.A tendência em um futuro próximo é que os combustíveis fósseis se tornem uma fonte de energia escassa com o passar dos anos, e uma alternativa para a geração de energia são as energias renováveis, que além de limpas são virtualmente inesgotáveis. Umas das principais fontes de energia renovável é a energia solar, e seu aproveitamento pode ser feito tanto na forma fotovoltaica como fototérmica. Esta última forma trata-se da utilização da energia térmica obtida a partir da coleta direta da energia solar. Para isso, coletores solares precisam ter eficiências cada vez melhores com o objetivo de melhor aproveitamento dessa energia. Um dos tipos de coletores solares é o coletor solar de placa plana de absorção direta, aqui denominado “Parede Solar”, uma vez que se encontra posicionado na vertical. Uma das maneiras de melhorar o desempenho de coletores solares de placa plana de absorção direta é o aperfeiçoamento nas propriedades do fluido de trabalho, e isso pode ser feito com a utilização de nanofluidos. Um nanofluido que vem se mostrando bastante eficiente é o nanofluido de prata. No presente trabalho foi avaliado o desempenho de um coletor solar de placa plana de absorção direta através da comparação da eficiência de 1ª e 2ª leis da termodinâmica utilizando água e nanofluido de prata como fluidos de trabalho. Para isso foi definida a “Parede Solar” como volume de controle com entrada de fluido com temperatura baixa e saída com temperatura elevada após a absorção da energia captada. Para a avaliação foi calculada a incidência solar, temperatura na “Parede Solar” e por fim, as eficiências de 1ª e 2ª leis da termodinâmica do aparato. Os resultados, com eficiências de 1ª lei com aumentos da ordem de 25% e com eficiências de 2ª lei acima de 0,6% se mostraram condizentes com eficiências de coletores térmicos de placa plana e também se mostram promissores com pontos de melhora e perspectivas de utilização de outros fluidos de trabalho.Este documento está disponível online com base na Portaria no 348, de 08 de dezembro de 2022, disponível em: https://biblioteca.ufc.br/wp-content/uploads/2022/12/portaria348-2022.pdf, que autoriza a digitalização e a disponibilização no Repositório Institucional (RI) da coleção retrospectiva de TCC, dissertações e teses da UFC, sem o termo de anuência prévia dos autores. Em caso de trabalhos com pedidos de patente e/ou de embargo, cabe, exclusivamente, ao autor(a) solicitar a restrição de acesso ou retirada de seu trabalho do RI, mediante apresentação de documento comprobatório à Direção do Sistema de Bibliotecas.Análise de 1ª e 2ª leis da termodinâmica em “parede solar” utilizando água e nanofluido de prata como fluidos de trabalhoAnalysis of 1st and 2nd laws of thermodynamics in “solar wall” using water and silver nanofluid as working fluidsinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisEnergia solarColetor solar de placa planaNanofluidoEficiênciaSolar energyFlat plate solar collectorNanofluidEfficiencyCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICAinfo:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC)instname:Universidade Federal do Ceará (UFC)instacron:UFChttps://orcid.org/0000-0002-1460-3414http://lattes.cnpq.br/1731357456926195http://lattes.cnpq.br/53399645468319762023-11-07LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81748http://repositorio.ufc.br/bitstream/riufc/75621/6/license.txt8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33MD56ORIGINAL2023_dis_cfteles.pdf2023_dis_cfteles.pdfapplication/pdf1536014http://repositorio.ufc.br/bitstream/riufc/75621/7/2023_dis_cfteles.pdfbcaad26421c73a9c3b17cdcf1b490ea8MD57riufc/756212024-01-22 16:20:40.0oai:repositorio.ufc.br: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Repositório InstitucionalPUBhttp://www.repositorio.ufc.br/ri-oai/requestbu@ufc.br || repositorio@ufc.bropendoar:2024-01-22T19:20:40Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC) - Universidade Federal do Ceará (UFC)false |
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