Análise teórico: experimental de um concentrador solar tipo Fresnel Linear

• Ano de defesa: 2025
• Autor(a) principal: Scalco, Patricia
• Orientador(a): Copetti, Jacqueline Biancon
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade do Vale do Rio dos Sinos
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica
• Departamento: Escola Politécnica
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Análise teórico-experimental; Modelo óptico; Modelo térmico; Análise experimental; Linear Fresnel reflector
• Palavras-chave em Inglês: Refletor Fresnel linear; Theoretical-experimental analysis; Optical model; Thermal model; Experimental analysis
• Área do conhecimento CNPq: ACCNPQ::Engenharias::Engenharia Mecânica
• Link de acesso: http://repositorio.jesuita.org.br/handle/UNISINOS/13917

A radiação solar, fonte abundante e renovável, pode ser aproveitada por meio de concentradores solares, que direcionam e concentram a radiação incidente em áreas reduzidas, convertendo-a em calor para geração de eletricidade ou para suprir processos industriais que demandam temperaturas médias e elevadas. Uma das tecnologias que utilizam esse conceito, é o Refletor Fresnel Linear (LFR), que utiliza fileiras paralelas de espelhos planos (ou levemente curvos) que se movimentam ao longo do dia acompanhando o movimento do Sol; a radiação solar incide nos espelhos e é refletida para um absorvedor, onde a radiação é convertida em energia térmica. Nesse contexto, esta tese apresenta uma análise teórico-experimental do desempenho de um sistema LFR com receptor de cavidade trapezoidal, instalado no Laboratório de Fontes Renováveis da Universidade do Vale do Rio dos Sinos (UNISINOS). O estudo foi estruturado em três etapas principais: modelagem geométrica e analítica, análise térmica do receptor e validação experimental. A primeira etapa envolveu a caracterização do campo de espelhos e do receptor, com a aplicação do conceito de Gap Angle para redistribuição das fileiras de espelhos, buscando minimizar perdas por bloqueio e sombreamento. Em seguida, foi desenvolvido um modelo térmico para simular a transferência de calor no receptor: foram aplicados balanços térmicos em cada uma das superfícies envolvidas na troca térmica, propriedades do fluido térmico Paratherm HE e perdas por condução, convecção e radiação. Posteriormente, foram realizados ensaios experimentais em diferentes dias e faixas de vazão, possibilitando a comparação com os resultados teóricos. A análise evidenciou que, embora o modelo térmico preveja adequadamente as tendências térmicas, discrepâncias ocorrem devido a instabilidades operacionais e limitações do controle experimental. Além disso, os resultados mostraram que o receptor de cavidade trapezoidal alcançou eficiência óptica de 77% e CAP de 0,24, valores superiores aos obtidos com o CPC associado ao tubo evacuado (63% e CAP de 0,10). A redistribuição dos espelhos pelo critério do Gap Angle elevou a eficiência para 89%, embora com menor tolerância angular. Os ensaios experimentais confirmaram a influência das condições operacionais e das perdas térmicas, enquanto o modelo teórico reproduziu adequadamente o comportamento do receptor, destacando a relevância das perdas por convecção e radiação em altas temperaturas.