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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/40483| Título: | Análise experimental do desempenho térmico de um coletor solar de tubos evacuados assistido por termossifões com nanofluido de pentóxido de nióbio |
| Título(s) alternativo(s): | Experimental analysis of thermal performance of a evacuated tube solar collector assisted by thermosyphons with niobium pentoxide nanofluid |
| Autor(es): | Ianczkovski, Humberto |
| Orientador(es): | Alves, Thiago Antonini |
| Palavras-chave: | Tubos de calor Coletores solares Nanopartículas Nióbio Análise térmica Heat pipes Solar collectors Nanoparticles Niobium Thermal analysis |
| Data do documento: | 19-Mar-2026 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Ponta Grossa |
| Citação: | IANCZKOVSKI, Humberto. Análise experimental do desempenho térmico de um coletor solar de tubos evacuados assistido por termossifões com nanofluido de pentóxido de nióbio. 2026. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Ponta Grossa, 2026. |
| Resumo: | O presente trabalho apresenta uma investigação experimental do desempenho térmico de um coletor solar de tubos evacuados assistido por termossifões, operando com nanofluido de pentóxido de nióbio como fluido de trabalho, sob condições meteorológicas reais na cidade de Ponta Grossa/PR, Brasil. Inicialmente, foram sintetizadas nanopartículas de pentóxido de nióbio pelo Método sol-gel, seguidas de calcinação para obtenção da fase cristalina, sendo posteriormente caracterizadas por técnicas de microscopia eletrônica de varredura e difração de raios X. Na sequência, foram preparados nanofluidos nas concentrações mássicas de 1,0g/L e 0,1g/L, empregando protocolo de dispersão com ultrassonificação e agitação mecânica para assegurar homogeneidade da suspensão. Na primeira etapa experimental, termossifões foram avaliados em bancada com diferentes fluidos de trabalho, determinando-se a resistência térmica para distintas cargas térmicas e vazões volumétricas. Ambos os nanofluidos reduziram a resistência térmica dos termossifões em comparação à água destilada, com reduções máximas de 21% para a concentração mássica de 1,0g/L e 36% para concentração mássica de 0,1g/L. Com base nesses resultados, foi selecionado o nanofluido de pentóxido de nióbio com concentração mássica de 0,1g/L para preenchimento dos termossifões aplicados em coletores solares de tubos evacuados. Na segunda etapa, os coletores solares foram avaliados em condições reais de céu nublado e céu aberto. Em dia nublado, o coletor solar assistido por termossifões contendo nanofluido de pentóxido de nióbio apresentou eficiência térmica média de 58,4%, frente a 43,0% do coletor solar convencional, correspondendo a incremento de 15,4%. Em condição de céu aberto, a eficiência média do coletor solar com nanofluido de pentóxido de nióbio atingiu 54,9%, enquanto o coletor solar com termossifão contendo água apresentou 40,4%, resultando em incremento de 14,5%. Os resultados demonstram que a utilização do nanofluido de pentóxido de nióbio promove uma redução da resistência térmica dos termossifões e aumento da eficiência do coletor solar de tubos evacuados assistido por termossifões, evidenciando seu potencial para aplicações em sistemas solares térmicos. |
| Abstract: | This work presents an experimental investigation of the thermal performance of a thermosyphon-assisted evacuated tube solar collector operating with niobium pentoxide nanofluid as the working fluid under real meteorological conditions in the city of Ponta Grossa, PR, Brazil. Initially, niobium pentoxide nanoparticles were synthesized using the Sol-Gel method, followed by calcination to obtain the crystalline phase and subsequently characterized by scanning electron microscopy and X-ray diffraction. Nanofluids were then prepared at mass concentrations of 1,0 g/L and 0,1 g/L using a dispersion protocol based on ultrasonication and mechanical stirring to ensure suspension homogeneity. In the first experimental stage, thermosyphons were evaluated under laboratory conditions with different working fluids, and thermal resistance was determined for different heat inputs and cooling flow rates. Both nanofluids reduced the thermal resistance of the thermosyphons compared to distilled water, with maximum reductions of 21% for the 1,0 g/L concentration and 36% for the 0,1 g/L concentration. Based on these results, the 0,1 g/L nanofluid was selected to fill the thermosyphons integrated into the evacuated tube solar collector. In the second stage, the solar collectors were evaluated under real cloudy and clear-sky conditions. On the cloudy day, the collector operating with niobium pentoxide nanofluid achieved an average thermal efficiency of 58.4%, compared to 43.0% for the conventional collector, corresponding to an increase of 15.4%. Under clear-sky conditions, the average efficiency of the collector with nanofluid reached 54.9%, whereas the collector equipped with water-filled thermosyphons achieved 40.4%, resulting in an increase of 14.5%. The results demonstrate that the use of niobium pentoxide nanofluid reduces the thermal resistance of thermosyphons and enhances the thermal efficiency of thermosyphon-assisted evacuated tube solar collectors, highlighting its potential for application in solar thermal systems. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/40483 |
| Aparece nas coleções: | PG - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica |
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