O presente trabalho consiste em um estudo experimental sobre o efeito do controle de vazões em sistemas de aquecimento solar de água em instalações com grande número de coletores, onde o gradiente de temperatura não é suficiente para circular a água por termossifonagem. Foi avaliado o desempenho de todo o sistema sob diferentes condições de insolação, de vazão, de diferenciais de temperatura entre os coletores e o reservatório, em regime não permanente. Os resultados experimentais foram comparados com a equação de rendimento dos coletores, para condições de regime quase permanente, obtida segundo a norma da ABNT - NBR 10184/1988. Os ensaios foram realizados em duas baterias de testes, cada uma composta de dois coletores industrializados e um reservatório isolado termicamente. Em uma destas baterias, o fluxo de água entre os coletores e o reservatório ocorreu por termossifonagem, isto é, sem nenhuma restrição à vazão; na outra bateria, a vazão foi controlada por um registro e uma bomba hidráulica. Um sistema de automação coletou e processou os dados de forma a permitir a execução dos controles desejados, inclusive a simulação de consumo de água quente. O sistema com circulação natural, isto é, por termossifão, demonstrou ter uma grande habilidade de se adaptar à disponibilidade de energia com as temperaturas da água armazenada, por meio da otimização da velocidade da troca de calor. Foi desenvolvido, tomado como referência o escoamento por termossifão, um modelo de operação para sistemas diretos ativos que calcula a vazão com base no monitoramento das temperaturas das extremidades das tubulações que interligam o reservatório e os coletores, temperatura do ar, radiação solar disponível e vazão no instante anterior. O modelo foi testado experimentalmente e a operação do sistema ativo resultou em significativa melhora a eficiência. / The focus of this work is the experimental study of the effect of water control discharge in solar water-heating systems with a large number of collectors where the temperature gradient is not sufficient for thermosiphon water circulation. The performance of the system was evaluated under different conditions of solar radiation, flow rate, temperature differential between solar collectors and the storage tank and under transient conditions. The results were compared to a collector\'s performance equation of the quasi-steady-state model according to ABNT-NBR 10184/1988 standard. The tests were carried out on two systems each one constituted of two manufacturing collectors and one thermal tank. In one of these systems the flow between the collectors and storage occurred by thermosiphoning, i.e., by natural convection and without discharge restrictions. In the other, the flow control was done by means of a valve and a pump. In order to allow the execution of the desired controls, including hot water consumption, data were colleted and controlled through an automation system. The system of natural circulation shows a great ability to adaptation of disposal energy with water temperature stored, through velocity of heat exchange optimization. An operation model was developed, having thermosiphoning water circulation as reference, for active direct circulation systems that calculate the discharge taking into consideration the monitoring of the differential temperature between solar collectors and the storage tank, the air temperature, solar radiation available and the flow rate on previous time interval. This model was experimentally tested and resulted in a significant improvement in performance of the system operation.

O presente trabalho consiste em um estudo experimental sobre o efeito do controle de vazões em sistemas de aquecimento solar de água em instalações com grande número de coletores, onde o gradiente de temperatura não é suficiente para circular a água por termossifonagem. Foi avaliado o desempenho de todo o sistema sob diferentes condições de insolação, de vazão, de diferenciais de temperatura entre os coletores e o reservatório, em regime não permanente. Os resultados experimentais foram comparados com a equação de rendimento dos coletores, para condições de regime quase permanente, obtida segundo a norma da ABNT - NBR 10184/1988. Os ensaios foram realizados em duas baterias de testes, cada uma composta de dois coletores industrializados e um reservatório isolado termicamente. Em uma destas baterias, o fluxo de água entre os coletores e o reservatório ocorreu por termossifonagem, isto é, sem nenhuma restrição à vazão; na outra bateria, a vazão foi controlada por um registro e uma bomba hidráulica. Um sistema de automação coletou e processou os dados de forma a permitir a execução dos controles desejados, inclusive a simulação de consumo de água quente. O sistema com circulação natural, isto é, por termossifão, demonstrou ter uma grande habilidade de se adaptar à disponibilidade de energia com as temperaturas da água armazenada, por meio da otimização da velocidade da troca de calor. Foi desenvolvido, tomado como referência o escoamento por termossifão, um modelo de operação para sistemas diretos ativos que calcula a vazão com base no monitoramento das temperaturas das extremidades das tubulações que interligam o reservatório e os coletores, temperatura do ar, radiação solar disponível e vazão no instante anterior. O modelo foi testado experimentalmente e a operação do sistema ativo resultou em significativa melhora a eficiência. / The focus of this work is the experimental study of the effect of water control discharge in solar water-heating systems with a large number of collectors where the temperature gradient is not sufficient for thermosiphon water circulation. The performance of the system was evaluated under different conditions of solar radiation, flow rate, temperature differential between solar collectors and the storage tank and under transient conditions. The results were compared to a collector\'s performance equation of the quasi-steady-state model according to ABNT-NBR 10184/1988 standard. The tests were carried out on two systems each one constituted of two manufacturing collectors and one thermal tank. In one of these systems the flow between the collectors and storage occurred by thermosiphoning, i.e., by natural convection and without discharge restrictions. In the other, the flow control was done by means of a valve and a pump. In order to allow the execution of the desired controls, including hot water consumption, data were colleted and controlled through an automation system. The system of natural circulation shows a great ability to adaptation of disposal energy with water temperature stored, through velocity of heat exchange optimization. An operation model was developed, having thermosiphoning water circulation as reference, for active direct circulation systems that calculate the discharge taking into consideration the monitoring of the differential temperature between solar collectors and the storage tank, the air temperature, solar radiation available and the flow rate on previous time interval. This model was experimentally tested and resulted in a significant improvement in performance of the system operation.

This thesis presents an analysis of the economic feasibility of replacing the shower when electric heaters by solar in a unifamiliar residence in the city of Maceio/AL. The solar heating systems, plain plate type and with natural movement (for siphon term) are very suitable for heating household water. In Brazil, due to its climatic conditions are very favorable for these types of systems, they are widely used especially in the Northeast since they depend on sunlight and solar radiation received locally. It is presented a brief introduction describing the entire methodology used for the completion of project. Are given the variables of interest, the design and assembly of the system are. The given practical application of the methodology used is presented in a case study conducted in a unifamiliar residence at the Maceió/AL city. With all mounted system can assess the efficiency of the project, its economic viability and economy generated over 20 years. The outcomes obtained they showed what the substitution of the bath electric for heating solar is viable, generates an economy about to the consumer of low income of R$ 1.826,05, about to the of average income of R$ 4.290,01 & high-yielding of R$ 5.919,75 durante the 20 years of I screen. / Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Alagoas / Esta dissertação apresenta uma análise da viabilidade econômica quando da substituição do chuveiro elétrico por aquecedores solares numa residência unifamiliar no município de Maceió/AL. Os sistemas de aquecimento solar, tipo placa plana e com circulação natural (por termossifão) são considerados uma alternativa muito apropriada para o aquecimento de água doméstica. No Brasil, devido as suas condições climáticas serem bastante favoráveis para esses tipos de sistemas, os mesmos estão sendo muito utilizados, em especial na região Nordeste, já que estes sistemas dependem da insolação e radiação solar recebida local. O trabalho apresenta uma breve introdução com relação ao tema abordado, descrevendo toda metodologia utilizada para realização do projeto. São apresentadas as variáveis de interesse, o dimensionamento e montagem do sistema. A aplicação prática da metodologia utilizada é apresentada na forma de um estudo de caso realizado numa residência unifamiliar no município de Maceió/AL. Com todo sistema montado é possível avaliar a eficiência do projeto, sua viabilidade econômica e economia gerada ao longo de 20 anos. Os resultados obtidos mostraram que a substituição do chuveiro elétrico por aquecedor solar é viável, gerando uma economia para o consumidor de baixa renda de R$ 1.826,05, para o de média renda de R$ 4.290,01 e alta renda de R$ 5.919,75 durante os 20 anos de projeto.

Made available in DSpace on 2015-05-08T14:59:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 parte1.pdf: 3400492 bytes, checksum: 7beeb8e70cf4eabbbfd2d39cc29c4b97 (MD5) Previous issue date: 2009-12-04 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / This work presents the development of an automated system for performance analysis of solar collector plan. Concerns to the design and implementation of units of heating and cooling liquid, which provide the adjustments of circulating liquid temperature. Describes how the mass flow rate of the system is controlled by a frequency converter and pulleys that operate on a motor-pump coupling. Shows a graphical interface designed to indicate in real time: the values of the temperature of fluid flowing through the mass flow rate, the ambient air temperature, the state of solid state relays and values of solar radiation incident on solar collector. Explains how the solid state relays enable the units of heating and cooling liquid. Describes the design of electronic circuits for signal conditioning, which are responsible for the compatibility of the signals from the sensors of the system modules for A/D and D/A converters with a resolution of 12 bits. Describes how the values sampled by the A/D and D/A converters were recorded electronically and used in calculations for determining the performance of solar collectors, according to ABNT NBR-10184/1988. To confirm the functionality of the system, was evaluated a solar collector and the parameters of the resulting characteristic curve were 0.61 for FR(τα) and 6.64 W/m2 °C for FR(UL), indicating a typical solar collector behavior with aluminium absorption surface and glass coverage, traded in the Brazilian market. / Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um sistema automatizado de levantamento de desempenho de coletor solar plano. Trata do projeto e implementação das unidades de refrigeração e de aquecimento auxiliar de líquido, as quais proporcionam os ajustes dos valores de temperatura do líquido circulante. Descreve como a vazão mássica do sistema é controlada por um conversor de freqüência e polias que atuam sobre um conjunto motorbomba. Mostra uma interface gráfica desenvolvida para indicar em tempo real: os valores da temperatura do fluido em circulação, a vazão mássica, a temperatura do ar ambiente, o estado dos atuadores acionados por relés de estado sólido e os valores da radiação solar incidente no coletor solar. Explica como os relés de estado sólido habilitam as unidades de aquecimento e resfriamento de líquido. Faz a descrição do projeto dos circuitos eletrônicos de condicionamento de sinais que são os responsáveis pela compatibilidade dos sinais oriundos dos sensores do sistema para os módulos de conversores A/D e D/A com resolução de 12 bits. Descreve como os valores amostrados pelos conversores A/D e D/A são registrados eletronicamente e usados nos cálculos para determinação do desempenho de coletores solares, de acordo com a NBR-10184/1988. Avaliou-se um coletor solar plano para confirmação da funcionalidade do sistema, cujos parâmetros da curva característica resultante foram 0,61 para FR(τα) e 6,64 W/m2°C para FR(UL), indicando um comportamento comum a coletores solares com superfície de absorção de alumínio e cobertura de vidro, comercializados no mercado brasileiro.

Made available in DSpace on 2017-07-10T15:14:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Mauricio Medeiros.pdf: 2573107 bytes, checksum: 1e5a17966417b43d576f37b4837c682b (MD5) Previous issue date: 2012-02-17 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work was developed at the State University of West of Paraná UNIOESTE, campus de Cascavel and was aimed at developing a computer program to simulate and scale, optimally, a system of solar water heating. To determine the efficiency parameters of the system were installed three solar collectors of 1.05 m2 each, brand Pro Sol, coupled to a thermal reservoir of 200 liters, containing electrical resistances auxiliary 2000 W. The system works by using thermosyphon, and was installed in a metal bracket fixed to the ground, oriented to the north at an angle of 35 degrees from the horizontal. We collected hourly data of solar radiation and water temperatures, and evaluated two scenarios. In the first scenario, it was considered system utilization auxiliary heating controlled by a thermostat, which linked and hang up the electrical resistances as the temperature of water in boiler oscillated around of temperature of consumption (40 º C). In the second scenario, it was considered the system to power auxiliary heating only in timetables of water consumption, when the water temperature in boiler was lower than the temperature of consumption. Coefficients were calculated heat loss in the solar collector and storage tank, the heat removal factor of solar collector and the overall efficiency of the heating system installed. These calculated parameters and other data collected were used in software developed for simulation and design in order to satisfactorily meet the needs of hot water consumption, and minimize the total installation costs and energy consumption. Finally, these system costs solar heating were compared to costs of an electric shower conventional. The results obtained were as follows: coefficient of heat loss in the solar collector (5,45 Wm-2ºC-1), coefficient of heat loss in the thermal reservoir (5,34 Wm-2ºC-1), removal factor heat of the solar collector (0.78) and overall system efficiency (31%). The times of return on capital invested in the solar heating system (compared to a conventional electric shower), for the two scenarios of use, were, respectively, 11.45 years and 7.81 years. / Este trabalho foi desenvolvido na Universidade Estadual do Oeste do Paraná UNIOESTE, campus de Cascavel, e teve por objetivo principal o desenvolvimento de um programa computacional para simular e dimensionar, de forma otimizada, um sistema de aquecimento solar de água. Para determinar os parâmetros de eficiência do sistema, foram instalados três coletores solares de 1,05 m2 cada, da marca Pro Sol, acoplados a um reservatório térmico de 200 litros, contendo resistências elétricas auxiliares de 2000 W. O sistema utilizado funciona por termossifão, e foi instalado em um suporte metálico fixado ao solo, com orientação para o norte, num ângulo de 35º em relação à horizontal. Foram coletados dados horários de radiação solar e temperaturas da água, e avaliados dois cenários. No primeiro cenário, considerou-se a utilização do sistema de aquecimento auxiliar controlado por um termostato, que ligava e desligava as resistências elétricas conforme a temperatura da água no boiler oscilava em torno da temperatura de consumo (40ºC). No segundo cenário, considerou-se o acionamento do sistema de aquecimento auxiliar somente nos horários de consumo de água, quando a temperatura da água no boiler estivesse menor que a temperatura de consumo. Foram calculados os coeficientes de perda de calor no coletor solar e no reservatório térmico, o fator de remoção de calor no coletor solar e a eficiência global do sistema de aquecimento instalado. Esses parâmetros calculados, e os demais dados coletados, foram utilizados no software desenvolvido para simulação e dimensionamento, de maneira a atender satisfatoriamente às necessidades de consumo de água quente, e minimizar os custos totais de instalação e consumo de energia elétrica. Por fim, esses custos do sistema de aquecimento solar foram comparados aos custos de um chuveiro elétrico convencional. Os resultados obtidos foram os seguintes: coeficiente de perda de calor no coletor solar (5,45 Wm-2ºC-1), coeficiente de perda de calor no reservatório térmico (5,34 Wm-2ºC-1), fator de emoção de calor do coletor solar (0,78) e eficiência global do sistema (31%). Os tempos de retorno do capital investido no sistema de aquecimento solar (em comparação a um chuveiro elétrico convencional), para os dois cenários de utilização, foram de, respectivamente, 11,38 anos e 5,73 anos.