Determinação da eficiência de um coletor solar de placa plana operando com nanofluidos MgO-água

Abstract

Os coletores solares de placa plana, operando com nanofluidos, se tornaram uma alternativa importante para o aproveitamento da irradiação solar como fonte de energia para aplicações como a refrigeração solar por absorção. Um coletor solar de placa plana (CSPP) absorve a irradiação solar mediante a placa absorvedora e transfere calor para o fluido de trabalho. Os nanofluidos são uma alternativa potencial para melhorar significativamente o desempenho dos coletores solares, aprimorando os processos de transferência de calor. Neste trabalho, foi realizada uma modelagem em regime permanente de um coletor solar de placa plana utilizando o software MATLAB. Considerou-se a determinação da irradiação solar incidente sobre o CSPP através da combinação de modelos de decomposição e transposição. Diferentes modelos disponíveis na literatura foram estudados, aqueles que apresentaram uma maior concordância com os dados padrão foram os modelos nomeados como OH-Pe, Er-Pe, Re-Pe. A eficiência do CSPP foi determinada para sua operação com o nanofluido MgO/Água. Os seguintes parâmetros foram considerados para avaliar o desempenho do CSPP: a concentração de nanopartículas, a vazão mássica e a irradiação solar. Os resultados indicam que para uma concentração de 0,5 vol% do nanofluido MgO/Água o CSPP apresentou a maior eficiência, mostrando um aumento relativo com respeito à eficiência térmica do fluido base (água pura) de 18,76%. A máxima eficiência térmica foi atingida para uma vazão mássica de 0,09 kg/s. Com o aumento da irradiação solar a eficiência térmica do coletor aumenta. Comparando o CSPP trabalhando com água pura e com MgO/Água, observou-se que para uma mesma temperatura de saída o CSPP pode ter uma redução máxima de 15,80% da área para uma concentração de 0,5 vol% de MgO em água. Os resultados obtidos mostram que com o emprego de nanofluidos os CSPP podem reduzir custos e ser mais eficientes.

The flat plate solar collectors, operating with nanofluids, have become an important alternative for using solar irradiation as a source of energy for applications such as solar absorption refrigeration. A flat plate solar collector (FPSP) absorbs solar radiation through the absorber plate and transfers heat to the working fluid. The nanofluids are a potential alternative to significantly improve the performance of solar collectors, by enhancing the heat transfer processes. In this work, a steady state modeling of a flat plate solar collector was performed using MATLAB software. It was considered the determination of the solar irradiation incident on the FPSP through the combination of decomposition and transposition models. Different models available in the literature were studied, those that showed greater agreement with standard data were the models named as OH-Pe, Er-Pe, Re-Pe. The efficiency of FPSP was determined for its operation with the nanofluid MgO/Water. The following parameters were considered to evaluate the performance of the FPSP: nanoparticles concentration, mass flow and solar irradiation. The results indicate that for a concentration of 0.5 vol% of the nanofluid MgO/Water the FPSP presented the highest efficiency, showing a relative increase with respect to the thermal efficiency of the base fluid (pure water) of 18.76%. The maximum thermal efficiency was reached for a mass flow of 0.09 kg/s. As solar irradiation increases, the thermal efficiency of the collector increases. Comparing the FPSP working with pure water and with MgO/Water, it was observed that for the same outlet temperature the FPSP can have a maximum area reduction of 15.80% for a concentration of 0.5 vol% of MgO in water . The results obtained show that with the use of nanofluids the FPSP can reduce costs and be more efficient.