Projeto e previsão de desempenho de um concentrador solar do tipo prato parabólico para a geração de energia térmica
| Ano de defesa: | 2024 |
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Resumo: | The recurring climate changes and their effects predicted by the scientific community, according to technical studies carried out over decades, combined with the monitoring of control indicators of ecological and socioeconomic systems, confirm the catastrophic impacts on the environment and human life in several regions of several countries on the five continents of the globe. According to data from WMO, the average global temperature (up to October 2023) near the Earth’s surface was about 1.40 ± 0.12°C above the 1850–1900 (pre-industrial) average, with 2023 being the warmest year in the observational record of the last 174 years. In this context, in the spectrum of renewable energies, solar energy is an abundant resource in nature, being an conomically accessible source with an energy potential that exceeds the sum of the energy generation capacity of all non-renewable fuel reserves on planet Earth, without producing greenhouse gases (GHG) that cause global warming and consequently climate change. This research was developed based on the design and performance analysis of a parabolic dish solar concentrator for the generation of thermal energy with computer simulations to collect data on the deformations and displacements of the parabolic dish support assembly in the tilt positions of 0º, 30º, 45º, 60º, 90º, 120º, 135º, 150º and 180º and the optical efficiencies considering deviations of the solar rays of 0.25º, 0.5º, 0.75º and 1º in the receiver cavity. The largest vertical deformation of the support assembly was 1.48189 mm; and the horizontal deformation was 0.29476 mm; the focal displacement was 8.94549 mm and the minimum required opening of the receiver cavity was 18.01248 mm, at the 30º inclination of the solar concentrator, which a priori met the design requirements. As for optical efficiencies, a deviation of the solar rays by 0.5º decreases the efficiency to 65.3%. |
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Silva Neto, José Lucas daBueno, André Valente2024-11-22T19:44:39Z2024-11-22T19:44:39Z2024SILVA NETO, José Lucas da. Projeto e previsão de desempenho de um concentrador solar do tipo prato parabólico para a geração de energia térmica. 2024. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2024.http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/78960The recurring climate changes and their effects predicted by the scientific community, according to technical studies carried out over decades, combined with the monitoring of control indicators of ecological and socioeconomic systems, confirm the catastrophic impacts on the environment and human life in several regions of several countries on the five continents of the globe. According to data from WMO, the average global temperature (up to October 2023) near the Earth’s surface was about 1.40 ± 0.12°C above the 1850–1900 (pre-industrial) average, with 2023 being the warmest year in the observational record of the last 174 years. In this context, in the spectrum of renewable energies, solar energy is an abundant resource in nature, being an conomically accessible source with an energy potential that exceeds the sum of the energy generation capacity of all non-renewable fuel reserves on planet Earth, without producing greenhouse gases (GHG) that cause global warming and consequently climate change. This research was developed based on the design and performance analysis of a parabolic dish solar concentrator for the generation of thermal energy with computer simulations to collect data on the deformations and displacements of the parabolic dish support assembly in the tilt positions of 0º, 30º, 45º, 60º, 90º, 120º, 135º, 150º and 180º and the optical efficiencies considering deviations of the solar rays of 0.25º, 0.5º, 0.75º and 1º in the receiver cavity. The largest vertical deformation of the support assembly was 1.48189 mm; and the horizontal deformation was 0.29476 mm; the focal displacement was 8.94549 mm and the minimum required opening of the receiver cavity was 18.01248 mm, at the 30º inclination of the solar concentrator, which a priori met the design requirements. As for optical efficiencies, a deviation of the solar rays by 0.5º decreases the efficiency to 65.3%.As recorrentes alterações climáticas e seus efeitos prenunciados pela comunidade científica, conforme estudos técnicos realizados ao longo de décadas, aliado ao monitoramento dos indicadores de controle dos sistemas ecológicos e socioeconômicos, confirmam os impactos catastróficos sobre o meio ambiente e a vida humana em diversas regiões de vários países nos cinco continentes do globo terrestre. Segundo dados da World Meteorological Organization (Organização Meteorológica Mundial) (WMO), a temperatura média global (até outubro de 2023) próxima à superfície terrestre foi cerca de 1,40 ± 0,12°C acima da média de 1850–1900 (pré-industrial), sendo o ano de 2023 o mais quente no registro observacional do últimos 174 anos. Neste contexto, o espectro das energias renováveis, a energia solar se apresenta como um recurso abundante na natureza, sendo uma fonte economicamente acessível com um potencial energético que supera a somatória da capacidade de geração de energia de todas as reservas de combustíveis não renováveis do planeta Terra, não produzindo gases de efeito estufa (GEE) que causam o aquecimento global e por consequência as mudanças climáticas. Esta pesquisa foi desenvolvida na base do projeto e análise de desempenho de um concentrador solar do tipo prato parabólico para a geração de energia térmica com simulações computacionais para a coleta de dados das deformações e deslocamentos do conjunto de sustentação do prato parabólico nas posições de inclinação de 0º, 30º, 45º, 60º, 90º, 120º, 135º, 150º e 180º e as eficiências óticas considerando desvios dos raios solares de 0,25º, 0,5º, 0,75º e 1º na cavidade do receptor. A maior deformação vertical do conjunto de sustentação foi de 1,48 mm; e a deformação horizontal de 0,29 mm; o deslocamento focal de 9,02 mm e abertura mínima necessária da cavidade do receptor de 12,72 mm, na inclinação de 30º do concentrador solar, onde a priori, atendeu os requisitos de projeto. Quanto as eficiências óticas um desvio dos raios solares em 0,5º decai a eficiência para 65,3%.Projeto e previsão de desempenho de um concentrador solar do tipo prato parabólico para a geração de energia térmicaDesign and performance forecast of a parabolic dish solar concentrator for thermal energy generationinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisEnergia solarColetor prato parabólicoMudanças climáticasSolar energyParabolic dish collectorClimate changeCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICAinfo:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC)instname:Universidade Federal do Ceará (UFC)instacron:UFChttp://lattes.cnpq.br/3574243101625043https://orcid.org/0000-0001-5083-5872http://lattes.cnpq.br/72557512965870162024-10-10ORIGINAL2024_dis_jlsilvaneto.pdf2024_dis_jlsilvaneto.pdfDissertação de José Lucas da Silva Netoapplication/pdf7444959http://repositorio.ufc.br/bitstream/riufc/78960/1/2024_dis_jlsilvaneto.pdf0151bc949c4e1774a324516d4e523a98MD51LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81748http://repositorio.ufc.br/bitstream/riufc/78960/2/license.txt8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33MD52riufc/789602024-11-22 16:44:42.826oai:repositorio.ufc.br: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Repositório InstitucionalPUBhttp://www.repositorio.ufc.br/ri-oai/requestbu@ufc.br || repositorio@ufc.bropendoar:2024-11-22T19:44:42Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC) - Universidade Federal do Ceará (UFC)false |
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