Orientador: Franscisco de Assis Comarú / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC. Programa de Pós-Graduação em Energia, 2013

Made available in DSpace on 2017-07-10T15:14:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 _Anderson_Lenz.pdf: 3725618 bytes, checksum: 39203aa64331d0ed552c80b97130d676 (MD5) Previous issue date: 2016-02-15 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Considering that the energy consumption of residential water heating systems by showers represents 24% of household electricity consumption, and households account for 27% of total electricity consumption in Brazil in order to minimize this consumption, one of the most sustainable alternatives is the use of heating systems using thermosolar plates. This work aimed to evaluate during the period of one year performance of a thermosolar heating system of 1 m² in size, using commonly found materials in civil construction. The unit of measurement used to measure the amount of energy absorbed by the system is the W (watt), the same unit of consumption of the showers to facilitate your sizing. inside the results it can be observed that along one year, the monthly average efficiency ranged from 33.7% will be 53.54%, and average efficiency was 45.9%, and over this period the system absorbed 695 394 Wh Thermal energy, indicating the amount of electric energy that can be saved by using a thermosolar water heating system instead of showers. The system was considered suitable for use in water heating in residences because their efficiency was within the same levels obtained with plates manufactured industrially. Photovoltaic solar panels can be used both for rural electrification in isolated systems, as they are used connected to the power grid. In both cases one of the factors that most limits the overall efficiency is the panel temperature, because it increases its internal resistance and therefore generates energy losses. To minimize this effect was mounted a cooling system in the bottom of the panel with water spray, to assess the cooling effect on the panel performance characteristics as current, voltage, power and efficiency. The performance of the panel was monitored in three different periods, the 1st with intermittent cooling, without cooling the 2nd and 3rd with cooling continued in the hottest hours of the day. The analyzes were performed on two levels of irradiation, the high level with respect to levels closer to the maximum occurring on a clear day, around 1000 W / m², and the lower level was set to 700 W / m² that it is one of the largest occurrence levels. Within the analysis of the data it was observed that the use of cooling for a high level of solar irradiation power increased by 12.26% and 12.17% efficiency at not cooled, and the low irradiation power increased by 8.48% and 9.09% efficiency compared to not be cooled. It is concluded that the system was effective in boosting the performance of the panel and can be used to increase efficiency in isolated systems as in the network connected systems. In this work we studied the technical performance of two solar energy conversion technologies into useful energy, thermal energy in the case of thermosolar panels and electric energy with photovoltaic panels, which can be used to help supply the energy needs of a single family residence rural as well as urban households. The collected performance technical information can provide an incentive for new ventures. / Tendo em vista que o consumo energético dos sistemas de aquecimento de água residenciais por chuveiros representa 24% do consumo de energia elétrica residencial, e que as residências correspondem a 27% do consumo de energia elétrica total no Brasil, visando minimizar este consumo, uma das alternativas mais sustentáveis é o uso de sistemas de aquecimento utilizando placas termossolares. Neste trabalho buscou-se avaliar durante o período de um ano desempenho de um sistema de aquecimento termossolar de 1 m² de área, utilizando materiais comumente encontrados em construção civil. A unidade de medida utilizada para mensurar a quantia de energia absorvida pelo sistema foi o W(watt), mesma unidade de consumo dos chuveiros visando facilitar o seu dimensionamento. Dentro dos resultados observa-se que ao longo de um ano a eficiência média mensal variou de 33,7% á 53,54%, e eficiência média ficou em 45,9%, e ao longo deste período o sistema absorveu 695.394 Wh de energia térmica, indicando o montante de energia elétrica que pode ser economizada ao utilizar um sistema de aquecimento de água termossolar em vez de chuveiros. O sistema foi considerado adequado para o uso de aquecimento de água em residências, pois a sua eficiência ficou dentro dos mesmos níveis obtidos com placas fabricadas industrialmente. Painéis solares fotovoltaicos podem ser utilizados tanto para eletrificação rural em sistemas isolados, quanto serem usados conectados a rede de energia elétrica. Em ambos os casos um dos fatores que mais limita a eficiência do conjunto é a temperatura do painel, pois aumenta a sua resistência interna e por consequência gera perdas de energia. Visando minimizar este efeito montou-se um sistema de resfriamento na parte inferior do painel com aspersão de água, para avaliar o efeito do resfriamento sobre as características de desempenho do painel como corrente, tensão, potência e eficiência. O desempenho do painel foi monitorado em três períodos distintos, o 1° com resfriamento intermitente, o 2° sem resfriamento e o 3° com resfriamento continuo nas horas mais quentes do dia. As análises foram feitas sobre dois níveis de irradiação, o nível alto diz respeito aos níveis mais próximos do máximo que ocorre em um dia de céu limpo, em torno de 1000 W/m², e o nível baixo foi definido como 700 W/m² que é um dos níveis de maior ocorrência. Dentro da análise dos dados observou-se que o uso do resfriamento para um nível alto de irradiação solar a potência aumentou 12,26% e a eficiência 12,17% em relação ao não resfriado, e para o nível baixo de irradiação a potência aumentou 8,48% e a eficiência 9,09% em relação ao não resfriado. Conclui-se que o sistema foi eficaz em aumentar o desempenho do painel e que pode ser utilizado para incrementar a eficiência em sistemas isolados como em sistemas conectados a rede. Neste trabalho estudou-se o desempenho técnico de duas tecnologias de conversão de energia solar em energia útil, energia térmica no caso dos painéis termossolares, e energia elétrica com painéis fotovoltaicos, que podem ser utilizadas para auxiliar o suprimento das necessidades energéticas de uma residência unifamiliar rural bem como em residências urbanas. As informações técnicas de desempenho coletadas podem servir de incentivo para novos empreendimentos.

[pt] O presente trabalho consiste na integração de um campo solar em uma usina de gaseificação de resíduos sólidos urbanos no município de Boa Esperança em Minas Gerais. Os resíduos sólidos acumulados no lixão da cidade são utilizados como insumos para a geração de gás de síntese no reator químico da unidade. Esta operação recupera a extensa área degradada deste vertedouro permitindo a instalação do campo solar com coletores de calhas parabólicas. O intuito do projeto é o fornecimento contínuo de calor pelo campo solar através da instalação de tanques de armazenamento direto de calor. A operação do campo solar é simulada pela elaboração de uma rotina computacional no software Matlab através do método das diferenças finitas unidimensional. A solução numérica do sistema de equações diferenciais que compõe o balanço de energia do receptor solar é validada pela comparação com o teste experimental do Laboratório Nacional de Sandia do concentrador solar SEGS LS-2 com tubo absorvedor evacuado. Além disso, o controle da vazão mássica circulante pelo campo solar é incorporado na lógica computacional de modo que a temperatura na saída do campo solar seja mantida com valores próximo ao set-point de 390 graus Celsius. Portanto, as simulações computacionais com proposições sobre a partida e operação do campo solar são testadas para dias ensolarados do ano meteorológico típico de Boa Esperança. Finalmente, um dia real com nebulosidade é simulado para a análise do funcionamento do campo solar de acordo com a variação intermitente da irradiância direta normal. Os resultados da operação do dia real são utilizados como base para a aplicação da presente rotina computacional em futuros projetos do campo solar. / [en] This work intends to hybridize a solar field into the current waste to energy gasification power plant in Boa Esperança in Minas Gerais. The gasification process converts municipal solid waste to usable synthesis gas for electrical production. This current operation of waste to energy power plant removes waste accumulated from the landfill site. It recovers an extensive area for future solar field installation due to this available space without any waste in the future. The design of the planned solar field comprises the parabolic trough concentrating systems. The aim of the solar design is to provide ongoing heat to the power block with direct storage tanks. The solar field operation is simulated by the development of a Matlab computer program based one dimensional implicit difference method with energy balance approach of an evacuated receiver. The validation of present model was done by comparing the outlet temperatures of simulation results and the experimental data obtained by Sandia National Laboratories. Moreover, the mass flow rate is regulated through the field to make sure that the outlet temperature from the solar collector is kept as close to the desired 390 Celsius Degree as possible. To accomplish the main purpose of the work, many different computational models with start-up and full operation stages are suggested for different clear days along the typical meteorological year of the city Boa Esperança. Eventually, a cloud day with a real meteorological data was chosen for a computational model of the solar field performance. All results of the real day operation are used to improve the computer program of the present work. These results are useful for future solar field design.