En el presente trabajo de Tesis se desarrolla el dimensionamiento y evaluación simulada de un nuevo Concentrador Parabólico Compuesto (CPC) de un Colector Lineal Fresnel (LFC), que tiene la característica de operar con 2 tuberías de absorción en lugar de una como en el modelo estándar, particularidad que le da ventajas ópticas, térmicas y proyección a mejores prestaciones operativas, por su disposición como tubería continua preparada para recirculación. El estudio de sus posibilidades energéticas de servicio, se centra en la localidad altoandina de Pilpichaca ubicada en el departamento de Huancavelica en la serranía del Perú, poseedora de un alto potencial solar pero de climatología fría por la gran altitud de su localización geográfica. De manera introductoria se presentan los aspectos generales de la tecnología de los LFCs y de los CPCs señalando sus características y su desarrollo actual. En el capítulo 1, se abordan los conceptos teóricos necesarios para el diseño y el análisis posterior, se exponen las ecuaciones implicadas, para el tratamiento de temas como: Geometría y Óptica solar, Transferencia de Calor y Masa y Termodinámica Aplicada, para hallar los resultados que servirán para medir el performance operativo del nuevo CPC propuesto como solución técnica. En el capítulo 2, se expone la metodología que será aplicada para realizar el pre dimensionamiento, análisis, evaluación y validación del nuevo diseño de CPC, presentando la secuencia lógica del flujo de tareas necesarias. En el capítulo 3, se realiza la caracterización energética y climática de la zona Caso de Estudio, también se desarrolla la evaluación del recurso en términos de encontrar la radiación solar directa (DNI) del sitio para los meses estacionales del año, a partir de hallar los ángulos solares característicos y luego aplicar modelos matemáticos de distribución horaria de valoración. En este capítulo también se trata un aspecto importante que es el dimensionamiento básico del LFC en cuanto a la configuración de su Campo de Espejos y la altura eficiente de ubicación del CPC. En el capítulo 4, se realiza el dimensionamiento geométrico y óptico del CPC propuesto, fundamentado en las teorías de optimización de flujo y uniformidad de distribución, para ello se utiliza la técnica de Trazado de Rayos Ray-Tracing- Montecarlo, a través de un software especializado de cálculo numérico, probando varios arreglos de CPCs y realizando contrastación de logros energéticos, esta tarea luego se extiende al modelo estándar para hallar las ventajas ópticas definitivas de la nueva propuesta. En el capítulo 5, se desarrolla el Balance Energético en las Tuberías de Absorción del nuevo CPC, para ello se configura una matriz climática de la zona, para hacerla interactuar con las propiedades térmicas de los materiales a través del modelo matemático de ecuaciones de conservación de masa y energía, y obtener los resultados de los rendimientos alcanzados por la instalación, bajo las Leyes de la Termodinámica. En el capítulo 6, se hace la discusión de los resultados obtenidos y sus implicancias sobre los logros alcanzados por el nuevo diseño de CPC frente al modelo estándar, haciendo las aclaraciones relevantes sobre los puntos más sensibles encontrados. Finalmente se concluye el estudio, validando la ventajas técnicas alcanzadas por el nuevo diseño de CPC en el aprovechamiento solar como energía de calor para procesos, para las aplicaciones identificadas como brecha energética, y otras actividades de fomento de desarrollo socioeconómico para la comunidad usuaria, al término se realizan las recomendaciones sobre puntos de atención sobre el tema y futuros trabajos a ser tratados. / Tesis

En el presente trabajo de Tesis se desarrolla el dimensionamiento y evaluación simulada de un nuevo Concentrador Parabólico Compuesto (CPC) de un Colector Lineal Fresnel (LFC), que tiene la característica de operar con 2 tuberías de absorción en lugar de una como en el modelo estándar, particularidad que le da ventajas ópticas, térmicas y proyección a mejores prestaciones operativas, por su disposición como tubería continua preparada para recirculación. El estudio de sus posibilidades energéticas de servicio, se centra en la localidad altoandina de Pilpichaca ubicada en el departamento de Huancavelica en la serranía del Perú, poseedora de un alto potencial solar pero de climatología fría por la gran altitud de su localización geográfica. De manera introductoria se presentan los aspectos generales de la tecnología de los LFCs y de los CPCs señalando sus características y su desarrollo actual. En el capítulo 1, se abordan los conceptos teóricos necesarios para el diseño y el análisis posterior, se exponen las ecuaciones implicadas, para el tratamiento de temas como: Geometría y Óptica solar, Transferencia de Calor y Masa y Termodinámica Aplicada, para hallar los resultados que servirán para medir el performance operativo del nuevo CPC propuesto como solución técnica. En el capítulo 2, se expone la metodología que será aplicada para realizar el pre dimensionamiento, análisis, evaluación y validación del nuevo diseño de CPC, presentando la secuencia lógica del flujo de tareas necesarias. En el capítulo 3, se realiza la caracterización energética y climática de la zona Caso de Estudio, también se desarrolla la evaluación del recurso en términos de encontrar la radiación solar directa (DNI) del sitio para los meses estacionales del año, a partir de hallar los ángulos solares característicos y luego aplicar modelos matemáticos de distribución horaria de valoración. En este capítulo también se trata un aspecto importante que es el dimensionamiento básico del LFC en cuanto a la configuración de su Campo de Espejos y la altura eficiente de ubicación del CPC. En el capítulo 4, se realiza el dimensionamiento geométrico y óptico del CPC propuesto, fundamentado en las teorías de optimización de flujo y uniformidad de distribución, para ello se utiliza la técnica de Trazado de Rayos Ray-Tracing- Montecarlo, a través de un software especializado de cálculo numérico, probando varios arreglos de CPCs y realizando contrastación de logros energéticos, esta tarea luego se extiende al modelo estándar para hallar las ventajas ópticas definitivas de la nueva propuesta. En el capítulo 5, se desarrolla el Balance Energético en las Tuberías de Absorción del nuevo CPC, para ello se configura una matriz climática de la zona, para hacerla interactuar con las propiedades térmicas de los materiales a través del modelo matemático de ecuaciones de conservación de masa y energía, y obtener los resultados de los rendimientos alcanzados por la instalación, bajo las Leyes de la Termodinámica. En el capítulo 6, se hace la discusión de los resultados obtenidos y sus implicancias sobre los logros alcanzados por el nuevo diseño de CPC frente al modelo estándar, haciendo las aclaraciones relevantes sobre los puntos más sensibles encontrados. Finalmente se concluye el estudio, validando la ventajas técnicas alcanzadas por el nuevo diseño de CPC en el aprovechamiento solar como energía de calor para procesos, para las aplicaciones identificadas como brecha energética, y otras actividades de fomento de desarrollo socioeconómico para la comunidad usuaria, al término se realizan las recomendaciones sobre puntos de atención sobre el tema y futuros trabajos a ser tratados.

O apelo por processos mais limpos em aspectos econômicos e ambientais são desafios na busca de metodologias que atinjam a sustentabilidade na produção dos mais diversos gêneros englobando conceitos que vão da minimização de resíduos a substituição de matrizes energéticas. Neste mesmo cenário, a demanda por óleos vegetais tem se intensificado em virtude do crescimento do mercado oleoquímico nos segmentos de biocombustíveis, alimentos, fármacos e cosméticos. Nas diversas nuances da sustentabilidade, a energia solar vem se destacando por representar uma fonte não poluente e praticamente inesgotável da Terra com grande potencial de aproveitamento. Este trabalho teve como objetivo principal estudar o uso da energia solar nos processos de lixiviação e destilação, associados à obtenção de óleos de amendoim, coco e baru. Na extração, o solvente é aquecido e percola as partículas do material contido no interior de um leito fixo. Foram utilizados nos experimentos dois modelos de concentradores solares para o aquecimento do solvente etanol hidratado combustível, sendo um de formato cilíndrico-parabólico e outro de geometria biangular de doze lados. Para os testes, foram variadas as vazões de alimentação do solvente em 15, 25 e 35 mL/min, sendo a de 25 mL/min que apresentou melhor hidrodinâmica em todas as extrações. O protótipo biangular alcançou uma eficiência 15,34% maior que o primeiro na extração do óleo de amendoim, quando comparado o rendimento com o Soxhlet. Para as extrações com o coco e o baru foram empregues duas granulometrias diferentes em cada e o concentrador biangular atingiu eficiência de 70,88% e 89,24%, respectivamente para a menor granulometria avaliada. A destilação solar foi utilizada na recuperação do solvente resultante da miscela. Os testes em batelada revelaram como sendo 0,16 cm a altura ideal para melhor taxa de evaporação. Tal valor permitiu projetar um modelo de alimentação continua para que o destilador operasse sempre próximo a faixa de altura calculada. Nos processos em batelada e continuo, a destilação alcançou respectivamente 84,2% e 75,58% de rendimento na coleta de destilado e, em contrapartida, 26,86 % e 44,22% de eficiência térmica. Foram obtidos dados do INMET para analisar a influência das condições meteorológicas. / The requirement for cleaner processes in economic and environmental aspects are challenges in the search for methodologies that achieve sustainability in the production of the most diverse genres, encompassing concepts ranging from waste minimization to substitution of energy matrices. In this same scenario, the demand for vegetable oils has intensified due to the growth of the oleochemical market in the biofuel, food, pharmaceutical and cosmetic segments. In the various nuances of sustainability, solar energy has stood out because it represents a nonpolluting and virtually inexhaustible source of the Earth with great potential of use. The main objective of this work was to study the use of solar energy in the leaching and distillation processes associated with obtaining peanut, coconut and baru oils. Upon extraction, the solvent is heated and percolates the particles of the material contained within a fixed bed. Two models of solar concentrators for the heating of the hydrous ethanol fuel solvent were used, one of parabolic-cylindrical shape and the other of twelve-sided biangular geometry. For the tests, the solvent feed rates were varied at 15, 25 and 35 mL/min, with 25 mL/min that presented better hydrodynamics at all extractions. The biangular prototype achieved a 15.34% greater efficiency than the first one in the extraction of the peanut oil, when compared the yield with the Soxhlet. For the extraction with the coconut and the baru two different granulometries were used in each one and the biangular concentrator reached efficiency of 70.88% and 89.24%, respectively, for the smaller granulometry evaluated. Solar distillation was used to recover the solvent resulting from miscella. The batch tests revealed to be 0.16 cm the ideal height for better evaporation rate. This value allowed the design of a continuous feed model so that the distiller always operated near the calculated height range. In the batch and continuous processes, distillation reached 84.2% and 75.58%, respectively, in the distillate collection and, in contrast, 26.86% and 44.22% of thermal efficiency. INMET data were obtained to analyze the influence of meteorological conditions. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:57:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CarlosAlbertoPQLF.pdf: 2273640 bytes, checksum: a4f60a823eb1d55227bb74c387319cef (MD5) Previous issue date: 2007-05-31 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / A model of a solar oven with a reflective surface composed of two mirror segments is presented, constituting a two semi-parabolic surfaces made of fiberglass, applied on a ceramic mold, intended to be used in residential and commercial cooking. The reflective surface of the semi-parable is obtained with the use of multiple plain segments of 2 mm wide mirrors. The semi-parabolic structure has visible movements that are comparable to that of the sun. The technical details of the manufacturing and assembling processes will be presented with an analysis of the viability of thermal, economic, and materials of such prototype. This prototype has important social implications and primordial aspects, which combats the ecological damages caused by the wide-scale use of firewood during cooking. It has been demonstrated that the solar oven has the capacity to cook simultaneous two meals distinct for a family of four / Apresenta-se um modelo de fog?o solar ? concentra??o composto por dois segmentos espelhados, constituindo duas semi-par?bolas, obtidas atrav?s da utiliza??o de fibra de vidro, aplicada sobre um molde cer?mico, destinado ao cozimento de alimentos para fins residenciais, urbanos e rurais. O espelhamento das semi-par?bolas foi obtido atrav?s da utiliza??o de m?ltiplos segmentos planos de espelho de 2 mm de espessura. A estrutura das semi-par?bolas tem mobilidade de movimentos para a corre??o do movimento aparente do sol. Ser?o apresentados detalhes t?cnicos dos processos de fabrica??o e montagem e uma an?lise das viabilidades, t?rmica, econ?mica e de materiais de tal prot?tipo, que tem uma conota??o social importante e um aspecto primordial, que ? o combate a danos ecol?gicos proporcionados pela utiliza??o, ainda em larga escala, da lenha para o cozimento dos alimentos. Comprovou-se que ? poss?vel o cozimento simult?neo de alimentos de duas refei??es distintas para uma fam?lia de quatro pessoas