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Estampagem incremental e soldagem FSW para fabricação de coletor solarSchreiber, Rafael Gustavo January 2018 (has links)
Este trabalho apresenta um modelo inovador de coletor solar plano, com placa absorvedora fabricada por Estampagem Incremental e Soldagem FSW (Friction Stir Welding). Esta placa absorvedora é constituída de duas chapas de alumínio AA1200-H14 com espessura de 1 mm, estampadas e soldadas em simetria, a fim de que na união das chapas sejam deixados canais para passagem de água. Neste estudo foi realizada a caracterização do material por Ensaio de Tração e Ensaio Nakajima. Para determinação dos parâmetros de Estampagem Incremental foram realizados 16 experimentos com ferramenta de diâmetro df = 9,5 mm, variando a rotação de N = 50 rpm a 800 rpm e o incremento vertical de Δz = 2 mm a 0,2 mm, mantendo o avanço em = 250 mm/min. E também foram realizados 3 experimentos com ferramenta df = 22 mm, variando o incremento vertical de Δz = 2 mm a 0,5 mm, mantendo a rotação em N = 50 rpm e o avanço em = 250 mm/min. Para determinação dos parâmetros de Soldagem FSW foram realizados 4 experimentos com ferramenta de ombro de diâmetro 8 mm e pino roscado M3x0,5, mantendo a rotação em N = 1500 rpm e variando o avanço entre = 100 mm/min a 400 mm/min. Em seguida foi fabricado um protótipo de placa absorvedora de coletor solar com área de 0,12 m². Nos experimentos realizados foi constatado que é possível obter maiores deformações na Estampagem Incremental do que na Estampagem Convencional e que as deformações são mais elevadas quando se utiliza menores diâmetros, maiores rotações e menores incrementos verticais da ferramenta. Na Soldagem FSW não foi constatada influência na qualidade do cordão de solda em relação à variação do avanço da ferramenta. Neste estudo também se verificou que é possível fabricar protótipos de placas absorvedoras de coletores solares pelos processos de Estampagem Incremental e Soldagem FSW. No entanto, para coletores em tamanho comercial, novos estudos são necessários para melhorar a forma de fixação das chapas durante a Soldagem FSW. / This work presents an innovative model of flat plate solar collector, with absorber plate manufactured using Incremental Sheet Forming (ISF) and Friction Stir Welding (FSW). This absorber plate consists of two AA1200-H14 aluminum sheets with a thickness of 1 mm, stamped and welded in symmetry, in order to leave channels for the passage of water. In this study the characterization of the material by Nakajima Test and Traction Test was performed. In order to determine the parameters of ISF, 16 experiments were performed with a tool of diameter df = 9.5 mm, varying the rotation speed of N = 50 rpm at 800 rpm and the step down of Δz = 2 mm to 0.2 mm, maintaining the feed rate at = 250 mm/min. Also, 3 experiments with tool df = 22 mm were performed, varying the step down of Δz = 2 mm to 0.5 mm, maintaining the rotation speed at N = 50 rpm and the feed rate at = 250 mm/min. For determination of FSW parameters, 4 experiments with 8 mm diameter shoulder tool and M3x0.5 pin were performed, maintaining the rotation speed at N = 1500 rpm and varying the feed rate from = 100 mm/min to 400 mm/min. A prototype solar collector absorber plate with a 0.12 m² area was then manufactured. In the experiments carried out, it was found that it is possible to obtain greater deformations in the ISF than in the Conventional Stamping and that the deformations are higher when using smaller diameters, higher rotations and smaller step downs of the tool. In FSW, no influence was observed in the quality of the weld bead in relation to the variation of the tool feed rate. In this study it was also verified that it is possible to manufacture prototypes of solar collector absorber plates by the processes of ISF and FSW. However, for commercial size collectors, further studies are needed to improve the way the plates are fixed during FSW.
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Estampagem incremental e soldagem FSW para fabricação de coletor solarSchreiber, Rafael Gustavo January 2018 (has links)
Este trabalho apresenta um modelo inovador de coletor solar plano, com placa absorvedora fabricada por Estampagem Incremental e Soldagem FSW (Friction Stir Welding). Esta placa absorvedora é constituída de duas chapas de alumínio AA1200-H14 com espessura de 1 mm, estampadas e soldadas em simetria, a fim de que na união das chapas sejam deixados canais para passagem de água. Neste estudo foi realizada a caracterização do material por Ensaio de Tração e Ensaio Nakajima. Para determinação dos parâmetros de Estampagem Incremental foram realizados 16 experimentos com ferramenta de diâmetro df = 9,5 mm, variando a rotação de N = 50 rpm a 800 rpm e o incremento vertical de Δz = 2 mm a 0,2 mm, mantendo o avanço em = 250 mm/min. E também foram realizados 3 experimentos com ferramenta df = 22 mm, variando o incremento vertical de Δz = 2 mm a 0,5 mm, mantendo a rotação em N = 50 rpm e o avanço em = 250 mm/min. Para determinação dos parâmetros de Soldagem FSW foram realizados 4 experimentos com ferramenta de ombro de diâmetro 8 mm e pino roscado M3x0,5, mantendo a rotação em N = 1500 rpm e variando o avanço entre = 100 mm/min a 400 mm/min. Em seguida foi fabricado um protótipo de placa absorvedora de coletor solar com área de 0,12 m². Nos experimentos realizados foi constatado que é possível obter maiores deformações na Estampagem Incremental do que na Estampagem Convencional e que as deformações são mais elevadas quando se utiliza menores diâmetros, maiores rotações e menores incrementos verticais da ferramenta. Na Soldagem FSW não foi constatada influência na qualidade do cordão de solda em relação à variação do avanço da ferramenta. Neste estudo também se verificou que é possível fabricar protótipos de placas absorvedoras de coletores solares pelos processos de Estampagem Incremental e Soldagem FSW. No entanto, para coletores em tamanho comercial, novos estudos são necessários para melhorar a forma de fixação das chapas durante a Soldagem FSW. / This work presents an innovative model of flat plate solar collector, with absorber plate manufactured using Incremental Sheet Forming (ISF) and Friction Stir Welding (FSW). This absorber plate consists of two AA1200-H14 aluminum sheets with a thickness of 1 mm, stamped and welded in symmetry, in order to leave channels for the passage of water. In this study the characterization of the material by Nakajima Test and Traction Test was performed. In order to determine the parameters of ISF, 16 experiments were performed with a tool of diameter df = 9.5 mm, varying the rotation speed of N = 50 rpm at 800 rpm and the step down of Δz = 2 mm to 0.2 mm, maintaining the feed rate at = 250 mm/min. Also, 3 experiments with tool df = 22 mm were performed, varying the step down of Δz = 2 mm to 0.5 mm, maintaining the rotation speed at N = 50 rpm and the feed rate at = 250 mm/min. For determination of FSW parameters, 4 experiments with 8 mm diameter shoulder tool and M3x0.5 pin were performed, maintaining the rotation speed at N = 1500 rpm and varying the feed rate from = 100 mm/min to 400 mm/min. A prototype solar collector absorber plate with a 0.12 m² area was then manufactured. In the experiments carried out, it was found that it is possible to obtain greater deformations in the ISF than in the Conventional Stamping and that the deformations are higher when using smaller diameters, higher rotations and smaller step downs of the tool. In FSW, no influence was observed in the quality of the weld bead in relation to the variation of the tool feed rate. In this study it was also verified that it is possible to manufacture prototypes of solar collector absorber plates by the processes of ISF and FSW. However, for commercial size collectors, further studies are needed to improve the way the plates are fixed during FSW.
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Manufacturing process and study of a selective surface for flat plate solar collectors by using granite residue / ObtenÃÃo e estudo de uma superfÃcie seletiva para coletores solares tÃrmicos a partir de resÃduos de granitoFelipe Pereira Rodrigues 31 July 2014 (has links)
CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / The using of alternatives materials to replace selective surfaces is a natural trend, because it usually looks for improvements on efficiency of surfaces at the same time that it tries to reduce costs. Composites are already used on obtainment of some selective surfaces, however, if the possibility to use residue that would be discarded was associated to these
characteristics, providing an added-value, it would brings some benefits like a possible reduction of manufacturing costs. Thus, this thesis proposes the obtainment and study of selective surfaces for flat plate solar collectors for low cost by using residue from granite industry. Three different surfaces was studied, two of them of obtained on the laboratory, one is granite powder made and the other is a surface composed by a mixture of granite powder and CRFO (Cr0,75Fe1,25O3); the third surface is a commercial one, known as TiNOX. To perform the tests of the surfaces it was built an experimental stand, it allows simulating a solar collector conditions. The tests was performed in a stagnation condition, in other words, there wasnât any water flow inside tubes. Through this experimental apparatus it was possible to test the three surfaces simultaneously. The field tests showed that the highest temperatures were reached by granite powder surface, which reached an average temperature of 119 ÂC, while the granite powder and CRFO mixture surface reached an average of 96 ÂC. The
TiNOX achieve an average temperature of 101 ÂC. The three surfaces was compared each other through an equation that gives a global heat loss coefficient. The granite powder surface was the one which achieved the lowest global heat loss coefficient. / O uso de materiais alternativos com objetivo de substituir superfÃcies seletivas à uma tendÃncia natural, pois geralmente se busca melhorias na eficiÃncia das superfÃcies ao mesmo tempo em que se tenta diminuir os custos. SubstÃncias compÃsitas jà sÃo utilizadas na obtenÃÃo de algumas superfÃcies seletivas, no entanto, se for associado a estas caracterÃsticas a possibilidade de utilizar resÃduos que iriam ser descartados, conferindo aos mesmos um valor agregado, isso traria alguns benefÃcios, como uma possÃvel reduÃÃo de custos de fabricaÃÃo. Desta forma, o presente trabalho propÃe a obtenÃÃo e o estudo de superfÃcies seletivas para aplicaÃÃes em coletores solares de placa plana de baixo custo originÃrio do resÃduo da indÃstria de granito. Foram estudadas trÃs diferentes superfÃcies, duas delas foram obtidas no laboratÃrio, a superfÃcie a base de pà de granito e a superfÃcie composta pela mistura de pà de granito e CRFO (Cr0,75Fe1,25O3); e a terceira superfÃcie foi uma superfÃcie comercial, conhecida como TiNOX. Para a realizaÃÃo dos testes foi construÃda uma bancada experimental de madeira, de forma que fosse possÃvel simular as condiÃÃes de um coletor solar de placa plana. Os testes foram feitos em condiÃÃo de estagnaÃÃo, ou seja, nÃo havia fluxo de Ãgua atravÃs de tubos no coletor. AtravÃs desse aparato experimental foi possÃvel testar as trÃs superfÃcies seletivas simultaneamente. Os testes de campo mostraram que a superfÃcie composta por pà de granito foi a que atingiu as maiores temperaturas, com uma mÃdia de atà 119 ÂC, enquanto a superfÃcie obtida com uma mistura de pà de granito e CRFO chegou a temperatura mÃdia de 96 ÂC, jà a superfÃcie comercial atingiu uma mÃdia de 101 ÂC. As superfÃcies foram comparadas atravÃs de uma equaÃÃo que fornece o coeficiente global de perda de energia tÃrmica. Os menores coeficientes foram obtidos pela superfÃcie de pà de granito
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Estudo de materiais poliméricos para a plicação em coletores solares planosLeitão, José Maurício de Moura 21 November 2018 (has links)
Submitted by JOSIANE SANTOS DE OLIVEIRA (josianeso) on 2019-03-13T15:52:53Z
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Previous issue date: 2018-11-21 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Eficiência e economia na produção de energia são fatores-chave no desenvolvimento social e econômico de um país. A energia solar é uma fonte de energia limpa e renovável, utilizada em sua maior parte para o aquecimento de água por meio de coletores solares. Nos últimos 15 anos, os coletores solares planos vêm, devido ao apelo mundial para o uso de materiais mais facilmente recicláveis e ao baixo custo, utilizando cada vez mais materiais poliméricos, substituindo os convencionais. Para analisar quais materiais poliméricos podem ser usados em coletores solares planos, este trabalho realizou um teste de intemperismo acelerado nos materiais polissulfona (PSU), polietileno (PE) e policarbonato (PC). Destacam-se o PSU e o PE. O PSU tem o melhor resultado em relação ao nível de degradação, pois sua cadeia polimérica é composta por anéis aromáticos e fortes ligações de carbono, enxofre e oxigênio dentro da espinha dorsal do polímero. Adicionalmente, foram realizadas análises do infravermelho nos materiais envelhecidos na câmara de intemperismo acelerado pelo método ATR ou refletância total atenuada. Eles apresentaram, na cadeia molecular, pequenas mudanças nos espectros na região do infravermelho à medida que o tempo exposto na câmara de envelhecimento aumentava. Por fim, foi desenvolvida uma simulação numérica de um coletor solar plano na plataforma ESS (Engineering Equation Solver) em que foi simulado o efeito do número de tubos no absorvedor com diferentes materiais e foi simulada uma geometria de tubos de sessão quadrada no absorvedor. A simulação apresentou o melhor resultado com um absorvedor construído com 100 tubos de sessão quadrada de polissulfona, no qual a eficiência teoricamente pode chegar a 81,62%. / Efficiency and economy in energy production are key factors in the social and economic development of a country. Solar energy is a source of clean and renewable energy used for heating water through solar collectors. Over the past 15 years, due to the worldwide appeal for the use of more readily recyclable materials and their low cost, flat solar collectors have increasingly used polymeric materials to replace conventional ones. In order to assess which polymeric materials can be used in flat-plate solar collectors, an accelerated temperature test has been conducted on polysulfone (PSU), polyethylene (PE), and polycarbonate (PC). PSU and EP have stood out. PSU had the best result for degradation because its polymeric chain is composed of aromatic rings and strong bonds of carbon, sulfur and oxygen within the backbone of the polymer. Additionally, infrared analyses have been made of the materials aged in the accelerated temperature chamber according to the ATR method or attenuated total reflectance. They presented small molecular chain changes in the spectra in the infrared region as exposure time in the UV chamber increased. Finally, a numerical simulation of a flat solar collector was developed in the ESS (Engineering Equation Solver) platform in which the effect of the number of tubes in the absorber with different materials was simulated as well a geometry of square session tubes in the absorber. The simulation presented the best result with an absorber built with 100 polysulfone square session tubes, in which efficiency can theoretically reach 81.62%.
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Nocturnal cooling : Study of heat transfer from a flat-plate solar collectorJohansson, Helena January 2008 (has links)
<p>This thesis investigates the possibility of using an unglazed flat-plate solar collector as a cooling radiator. The solar collector will be connected to the condenser of a heat pump and used as cooler during nighttime. Daytime the solar collector will be connected to the evaporator of the heat pump and used as heat source. The two widely differing fields of application make special demands on the solar collector. The task is given by the heat pump manufacturer Thermia and the main objective is to find out whether a solar collector should be used as a cooler or not. The performance of the solar collector under varying environmental conditions is investigated using COMSOL Multiphysics 3.3. Only the cooling properties are investigated here. The performance of the solar collector as a heat exchanger is estimated using the effectiveness-NTU method, and the solar collector is found to be a good heat exchanger at low wind speeds. The heat transfer coefficients of the convection and radiation are determined for varying temperature and wind speeds. The convective heat transfer coefficient is lowered by tubes above the absorber plate and for a high convective heat transfer rate the solar collector surface should be smooth. For a high radiative heat transfer rate the surface needs to have a high emissivity. The cooling rate is higher from a warm surface than from a cold and since no temperature change of the heat carrier is necessary the solar collector should be kept at a high temperature. To increase the cooling rate alterations need to be made to the solar collector that makes its heating performance deteriorate. A solar collector that can be used for cooling is not an efficient solar collector.</p>
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Nocturnal cooling : Study of heat transfer from a flat-plate solar collectorJohansson, Helena January 2008 (has links)
This thesis investigates the possibility of using an unglazed flat-plate solar collector as a cooling radiator. The solar collector will be connected to the condenser of a heat pump and used as cooler during nighttime. Daytime the solar collector will be connected to the evaporator of the heat pump and used as heat source. The two widely differing fields of application make special demands on the solar collector. The task is given by the heat pump manufacturer Thermia and the main objective is to find out whether a solar collector should be used as a cooler or not. The performance of the solar collector under varying environmental conditions is investigated using COMSOL Multiphysics 3.3. Only the cooling properties are investigated here. The performance of the solar collector as a heat exchanger is estimated using the effectiveness-NTU method, and the solar collector is found to be a good heat exchanger at low wind speeds. The heat transfer coefficients of the convection and radiation are determined for varying temperature and wind speeds. The convective heat transfer coefficient is lowered by tubes above the absorber plate and for a high convective heat transfer rate the solar collector surface should be smooth. For a high radiative heat transfer rate the surface needs to have a high emissivity. The cooling rate is higher from a warm surface than from a cold and since no temperature change of the heat carrier is necessary the solar collector should be kept at a high temperature. To increase the cooling rate alterations need to be made to the solar collector that makes its heating performance deteriorate. A solar collector that can be used for cooling is not an efficient solar collector.
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