Análise de coletores solares com armazenadores integrados baseado na geometria cubóide utilizando CFD

Abstract

As discussões recentes sobre sustentabilidade tem destacado os sistemas de aquecimento solar como alternativa adequada para aquecimento de água. Estes sistemas tem ganho notoriedade tanto para uso doméstico como no aquecimento de piscinas. Um dos aspectos que é frequentemente destacado como principal dificuldade para a sua popularização, entretanto é o custo de sua implantação. Uma das formas de reduzir este custo é minimizando o número de componentes e simplificando o sistema. Nesta linha de desenvolvimento muito tem se discutido sobre o uso de sistemas integrados coletor-armazenador (ICS). Baseando-se nestas avaliações, este trabalho pretende estudar diferentes configurações geométricas de coletores solares com armazenador integrado do tipo cubóide e verificar a influência sobre o aproveitamento de energia térmica quando se utiliza diferentes dispositivos para direcionar o fluxo de água quente. A partir de simulações numérico-computacionais é possível identificar as geometrias que apresentam melhor estratificação térmica no armazenador. A estratificação da temperatura em um armazenador é um fator extremamente importante no estudo de coletores solares, pois determina a porção de temperatura mais elevada. O modelo base, validado experimentalmente na literatura, foi utilizado com condições de fluxos de calor incidente e de perda por resfriamento constantes com boa concordância de resultados. Modificações geométricas foram implementadas e avaliadas para otimizar os parâmetros de projeto deste tipo de coletores solares integrados. Outras análises alterando o volume do sistema coletor-armazenador foram realizadas: um com 200 litros de capacidade e outro com 300 litros, de maneira a estabelecer um tamanho ótimo do sistema. Para visualizar a estratificação do armazenador...

Recent discussions highlighted the sustainability of solar heating systems as an apropriate alternative for heating water. These systems has gained prominence for both household and swimming pool heating. One aspect that is often highighted as the main obstacle to its popularity is the cost of its implementation. One way to reduce this cost is to minimize the number of components and simplifying the system. In this field of development has long been discussed about the use of integrated collector-storage (ICS). Based on these evaluations, this work analyzes different geometrical configurations of integrated solar collector-storage with storage type cuboid and the influence on the use of thermal energy when you use different devices to direct the flow of hot water. From numerical-computational simulations, the geometry with better thermal stratification in the storage can be identified. the stratification of temperature in a storage is an extremely important factor in the study of solar collectors, because it determines the portion of higher temperature. The base model, experimentally validated in the literature, was used with constant conditions of incident head flux and loss for cooling. Geometric changes were implemented and evaluated to optimize the design parameters of this type of integrated solar collectors. Further analysis by changing the volume of the collector-storage system were carried out: a 200 liter capacity and another with 300 liters, in order to establish and optimum size of the system. To view the stratification of the storage, images with the temperature profile are shown at the end of the heating and cooling periods and the following graphics show the stratification coefficient. The CFD method allowed to obtain results with good agreement with those used as the basis from the literature. Results... (Complete abstract click electronic access below)