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Título: Estudo da viabilidade de sistemas de captação solar de baixo custo constituídos por chapas de alumínio reaproveitáveis e tubos de polietileno
Título(s) alternativo(s): Study of the feasibility of low-cost solar collector systems constituted by reusable aluminum plates and polyethylene tubes
Autor(es): Rebelato, Gabriella
Orientador(es): Moreira, Bruno Arantes
Palavras-chave: Energia - Fontes alternativas
Coletores solares
Aquecedores solares de água
Produtos reciclados
Renewable energy sources
Solar collectors
Solar water heaters
Recycled products
Data do documento: 30-Mai-2022
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Francisco Beltrao
Citação: REBELATO, Gabriella. Estudo da viabilidade de sistemas de captação solar de baixo custo constituídos por chapas de alumínio reaproveitáveis e tubos de polietileno. 2022. Dissertação (Mestrado em Engenharia Ambiental: Análise e Tecnologia Ambiental) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Francisco Beltrão, 2022.
Resumo: Neste estudo, dois sistemas de captação solar de baixo custo foram propostos e avaliados. Tais sistemas tem como finalidade principal, a redução no consumo de energia elétrica para aquecimento de água de forma viável e sustentável. Os captadores propostos foram construídos com chapas provenientes do descarte de indústrias gráficas, material de elevada condutividade térmica e elevada resistência à radiação solar, que foram utilizadas como aletas no sistema de aquecimento. As chapas de alumínio foram utilizadas para desenvolver medidas de mitigação dos impactos negativos das ações do homem sobre o meio ambiente através da destinação ambientalmente correta de resíduos, reutilizando materiais descartados, gerando benefícios socioeconômicos. No captador também foram utilizados tubos de polietileno, material que possui características de fácil aquisição comercial e elevada flexibilidade, permitindo reduzir a quantidade de acessórios necessários para a construção do coletor, reduzindo, desta forma, os pontos passíveis de falha. Em um dos sistemas foi utilizado para construção, tubos de polietileno na configuração “S”, de forma que o coletor era fixado diretamente no telhado. O outro sistema proposto foi desenvolvido com os tubos em paralelo, presos a um suporte para fornecer sustentação ao sistema. Ambos os sistemas foram conectados a um reservatório térmico localizado em uma posição vertical superior, de modo a permitir a ocorrência do termossifão. Os experimentos foram realizados a partir de medidas da variação da temperatura do fluido no boiler em períodos entre dezembro e março. Os resultados mostraram a viabilidade dos equipamentos propostos para aquecer o fluido. Para o captador em configuração “S” foram obtidos ganhos térmicos superiores a 30% do fluido em relação à temperatura ambiente. Para o coletor com tubos em paralelo, foi possível observar que com apenas 0,86 m2 de área de captação solar, a água no boiler alcançou temperaturas próximas a 40ºC, e uma eficiência térmica de 39% (eficiência esta considerada elevada para coletores de baixo custo). De maneira geral, os captadores propostos diferenciam-se de outros previamente desenvolvidos por apresentarem uma menor quantidade de acessórios nas tubulações, bem como, materiais de elevada resistência à irradiação solar, podendo, portanto, serem considerados uma alterativa viável e sustentável para serem implementados em residências.
Abstract: In this study, two low-cost solar collector systems were proposed and evaluated. Such systems have as main purpose, the reduction in the consumption of electric energy for heating water in a viable and sustainable way. The proposed collectors were built with plates from the disposal of printing industries, material with high thermal conductivity and high resistance to solar radiation, which were used as fins in the heating system. The aluminum plates were used to develop measures to mitigate the negative impacts of human actions on the environment through the environmentally correct disposal of waste, reusing discarded materials, generating socioeconomic benefits. Polyethylene tubes were also used in the collector, a material that has characteristics of easy commercial acquisition and high flexibility, allowing the reduction of the amount of accessories needed for the construction of the collector, thus reducing the points susceptible to failure. In one of the systems, polyethylene tubes in the “S” configuration were used for construction, so that the collector was fixed directly on the roof. The other proposed system was developed with the tubes in parallel, attached to a support to provide support to the system. Both systems were connected to a thermal reservoir located in a higher vertical position, in order to allow the thermosiphon to occur. The experiments were performed from measurements of the temperature variation of the fluid in the boiler in periods between december and march. The results showed the feasibility of the proposed equipment to heat the fluid. For the “S” configuration collectors, thermal gains greater than 30% of the fluid were obtained in relation to the ambient temperature. For the collector with tubes in parallel, it was possible to observe that with only 0.86 m2 of solar capture area, the water in the boiler reached temperatures close to 40ºC, and a thermal efficiency of 39% (this efficiency is considered high for low-cost collectors). In general, the proposed collectors differ from others previously developed by presenting a smaller quantity of accessories in the pipes, as well as materials with high resistance to solar irradiation, and can therefore be considered a viable and sustainable alternative to be implemented in residences.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/28907
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