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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/26612| Título: | Investigação experimental do comportamento térmico de termossifões aplicados a coletores solares utilizando nanofluido de óxido de grafeno |
| Título(s) alternativo(s): | Experimental investigation of the thermal behavior of thermosyphons applied to solar collectors using graphene oxide nanofluid |
| Autor(es): | Dimbarre, Victor Vaurek |
| Orientador(es): | Alves, Thiago Antonini |
| Palavras-chave: | Coletores solares Tubos de calor Análise térmica Solar collectors Heat pipes Thermal analysis |
| Data do documento: | 1-Jul-2021 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Ponta Grossa |
| Citação: | DIMBARRE, Victor Vaurek. Investigação experimental do comportamento térmico de termossifões aplicados a coletores solares utilizando nanofluido de óxido de grafeno. 2021. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Mecânica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Ponta Grossa, 2021. |
| Resumo: | Os termossifões são dispositivos passivos de transferência de calor assistidos pela gravidade utilizando, o calor latente de vaporização de seu fluido de trabalho operando em ciclo bifásico. Esses dispositivos são capazes de transferir grandes quantidades de calor com pequenos gradientes de temperatura. Entre outras aplicações, os termossifões são comumente usados em coletores solares a vácuo de alta pressão, com o objetivo de melhorar a eficiência térmica desses trocadores de calor. Os termossifões são compostos por três partes, o evaporador, que tem por função absorver o calor e transferir ao fluido de trabalho para que ele evapore e por diferença de pressão ascenda ao evaporador; o condensador, que tem por função trocar calor com o fluido de arrefecimento para que o fluido de trabalho possa condensar e retornar ao evaporador; e por fim, a seção adiabática. O objetivo deste Trabalho de Conclusão de Curso foi analisar experimentalmente a influência da aplicação de nanofluido de óxido de grafeno, nas concentrações volumétricas de 5% e 10%, no desempenho térmico, sob diferentes valores de inclinação de trabalho e de razão de preenchimento, visando o estabelecimento de condições ótimas. Para isso foram construídos termossifões com comprimento do evaporador de 1600mm, 40mm de seção adiabática e 35mm de condensador, a partir de um tubo de cobre de 1/4" de diâmetro externo sem costura. Primeiramente foi avaliado o comportamento dos fluidos de trabalho (água destilada, nanofluido de óxido de grafeno com 5% e 10% em concentrações volumétricas), com diferentes vazões volumétricas do fluido de resfriamento no condensador do termossifão (1,00L/min, 0,75L/min e 0,50L/min), sob diferentes cargas térmicas (35W, 55W e 75W), com razão de preenchimento de 50% e inclinação de trabalho de 25°, devido à latitude da cidade de Ponta Grossa/PR, que é de 25° 5' 40'. Concluiu-se que para as diferentes cargas térmicas as condições de vazão volumétrica de 0,75L/min e o nanofluido de óxido de grafeno 5% apresentaram as melhores condições. Na segunda etapa dessa investigação experimental foi analisada a influência da inclinação de trabalho (17°, 25° e 35°) e foi concluído que a inclinação de trabalho de 35° teria a menor resistência térmica para as condições estabelecidas. Na terceira etapa foi estudada a influência da razão de preenchimento (30%, 40% e 50%), onde a razão de preenchimento de 40% apresentou a menor resistência térmica. Com os parâmetros pré-definidos, foi executado um estudo experimental comparativo do comportamento térmico entre os termossifões com nanofluido de óxido de grafeno 5% e com água destilada com tais parâmetros e foi concluído que para pequenas cargas térmicas o nanofluido apresenta resistência térmica consideravelmente menor, porém para cargas térmicas maiores seus valores são muito próximos. |
| Abstract: | Thermosyphons are passive gravity-assisted heat transfer devices utilizing the latent vaporization heat of their working fluid operating in a two-phase cycle. These devices can transfer large amounts of heat with small temperature gradients. Among other applications, thermosyphons are commonly used in high pressure vacuum solar collectors, with the aim of improving the thermal efficiency of these heat exchangers. Thermosyphons are composed of three parts, the evaporator, which has the function of absorbing heat and transferring it to the working fluid so that it evaporates and, by pressure difference, it ascends to the evaporator; the condenser, whose function is to exchange heat with the cooling fluid so that the working fluid can condense and return to the evaporator; and finally, the adiabatic section. The objective of this Work of Conclusion Course was to experimentally analyze the influence of the application of graphene oxide nanofluid, in the volumetric concentrations of 5 and 10%, on the thermal performance, under different values of working slope and filling ratio, aiming at the establishment of optimal conditions. For this purpose, thermosyphons with an evaporator length of 1600mm, 40mm adiabatic section and 35mm condenser were built from a 1/4" seamless outer diameter copper tube. First, the behavior of the working fluids was evaluated (distilled water, graphene oxide nanofluid with 5 and 10% in volumetric concentrations), with different volumetric flow rates of the cooling fluid in the thermosyphon condenser (1.00, 0.75, and 0.50L/min), under different heat loads (35, 55, and 75W), with RP 50% and inclination of 25°, due to the latitude of the city of Ponta Grossa/PR, which is 25° 5' 40'. It was concluded that for the different thermal loads the conditions of 0.75 L/min and the 5% graphene oxide nanofluid presented the best conditions. For working slope (17, 25, and 35°) analysis, it is concluded that 35° would have the lowest thermal resistance for the conditions already established. In the third stage, the filling ratio was varied (30, 40, and 50%), where 40% FR had the lowest thermal resistance. Given the defined parameters, an experimental comparative study of the thermal behavior between 5% graphene oxide nanofluid and distilled water with such parameters was performed and it was concluded that for small heat loads the nanofluid has considerably lower thermal resistance, but for loads higher thermal values are very close. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/26612 |
| Aparece nas coleções: | PG - Engenharia Mecânica |
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