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.

O processo de admissão e exaustão exercem grande influência no desempenho de um motor a combustão interna. Vários têm sido os estudos para conhecimento e detalhamento do comportamento dos parâmetros que interferem nesses processos, nas últimas décadas. Este trabalho voltou-se principalmente para o ensaio experimental de um motor do ciclo Otto utilizando etanol como combustível, avaliando o desempenho deste motor utilizando três tipos distintos de comando de válvulas e dois coletores de admissão diferentes em sua geometria, além do uso da turbo - alimentação. Numa etapa complementar fez-se uma proposta inicial de simulação numérica do comportamento hidrodinâmico do escoamento na admissão, usando técnicas de CFD, através do software CFX. Os resultados experimentais permitiram apontar o melhor arranjo não só sob o ponto de vista de torque, potência e consumo específico, como também, o que apresentou menor índice de emissões para os gases CO, CO2, NOx, HC. Criou-se um farto banco de dados para subsidiar pesquisas em motores movidos a etanol, material escasso na bibliografia aberta. A simulação numérica apresentou concordância com alguns parâmetros medidos, mas merece ainda alguns ajustes no refinamento da malha, no tempo de simulação, e no número de ciclos ensaiados, para comprovação e maior confiabilidade nos resultados obtidos. / Intake and exhaust process exercise great influence in Internal Combustion Engine performance. The behaviour of parameters that interfere in this process have been studied in the last decades. The mainly goal of this work is to test experimentally a cycle Otto engine that use ethanol as fuel, evaluating its performance using three different types of the camshaft and two intake manifold of different geometry, besides the use of the turbocharger. In addition an initial proposal numeric simulation of the hydrodynamic flow behaviour in intake, using techniques of CFD with the software CFX was made. The experimental results allowed to aim the best arrangement of the torque, specific consumption and power and what presented lower index of emissions for the gases CO, CO2, NOx, HC. A full database was created to subsidize researches in engines powered ethanol. The numeric simulation presented agreement with some measured parameters, but it still deserves some fittings in the refinement of the mesh, in the time step of simulation and in the number of rehearsed cycles, for confirmation and larger reliability in the obtained results.

Entre outubro de 2009 e dezembro de 2012, foi realizado estudo no Laboratório de Hidrologia Florestal Walter Emmerich (L.H.F.W.E.), para avaliar o potencial hidrológico dos nevoeiros e a precipitação oculta em ambiente de Floresta Ombrófila Densa Montana, na Serra do Mar, em Cunha, a leste do Estado de São Paulo. Os objetivos específicos da pesquisa foram: 1) avaliar o desempenho de coletores de água de nevoeiro; 2) verificar o potencial de coleta de água de nevoeiro no laboratório; 3) analisar o potencial de coleta de água de nevoeiro em três setores da microbacia experimental D; 4) averiguar a distribuição espacial e temporal de ocorrência dos nevoeiros na microbacia D e 5) estimar a contribuição da precipitação oculta na floresta da microbacia D. Para alcançar os três primeiros objetivos foram usados coletores passivos tipo harpa, nas formas cilíndrica e plana. Para estudar a distribuição de nevoeiros, foram feitas observações diárias de três referências visuais situadas a distâncias conhecidas no interior da microbacia D. O método da medição da precipitação efetiva foi empregado para estimar a precipitação oculta na floresta. Sobre a distribuição espacial e temporal da ocorrência de nevoeiros na microbacia D, os resultados mostraram que os episódios de nevoeiro foram mais comuns à tarde, como decorrência da brisa marítima proveniente do Oceano Atlântico. Para 61,3% do tempo, em média, foi observada a presença de nevoeiro em algum setor da microbacia, com a ocorrência dos nevoeiros diminuindo de montante para jusante da área. No que concerne ao desempenho dos equipamentos, a média de coleta diferiu de coletor para coletor, exceto entre o coletor cilíndrico descoberto e o coletor plano, que interceptaram mais água que os coletores cilíndricos cobertos. O coletor plano foi o único a interceptar água em todos os episódios amostrados. Sobre o potencial de coleta de água de nevoeiros no laboratório, concluiu-se que é reduzido e resulta da combinação de três fatores: a grande ocorrência de nevoeiros de radiação, a curta duração dos ix episódios dos nevoeiros orográficos e a baixa intensidade dos ventos na região. No que concerne ao potencial de coleta de água de nevoeiro em três setores da microbacia D, árvores localizadas próximas aos coletores funcionaram como obstáculo à livre circulação dos nevoeiros orográficos, induzindo os coletores a interceptar exíguos volumes de água. Considerando apenas os eventos de nevoeiro sem chuva, a precipitação oculta foi de 2,3 mm, correspondendo a 0,12% da precipitação pluviométrica anual. Para os eventos de chuva com a presença de nevoeiro, a precipitação oculta gerou um total de 5,1 mm de água adicional ao piso da floresta, correspondendo a 0,27% da precipitação pluviométrica. Concluiu-se que a precipitação oculta na floresta não é um processo importante para a entrada de água na microbacia D. / Between October 2009 and December 2012 a study was conducted at the Walter Emmerich Hydrologic Laboratory (LHFWE) to assess the hydrological potential of fog and occult precipitation in the Montane Dense Ombrophilous Forest environment located in the Parque Estadual da Serra do Mar - Núcleo Cunha, east of the State of São Paulo, Brazil. The specific multiple objectives of the research were: 1) evaluate the performance of passive fog collectors, 2) evaluate the potential for collecting fog water in the laboratory, 3) evaluate the potential of collecting fog water in three sectors of experimental catchment \"D\", 4) determine the spatial and temporal distributions of fog occurrence in catchment \"D\", 5) estimate the contribution of occult precipitation in the rainforest in catchment \"D\". To achieve the first three objectives, cylindrical and flat harp collectors were used. To study the spatial and temporal distributions of fog occurrence, we made daily observations of three visual references located at known distances within the catchment. Net precipitation was measured and used to estimate the occult precipitation in the rainforest. Regarding the spatial and temporal distributions of fog occurrence, the results showed that episodes of fog were more common in the afternoon as a result of the sea breeze from the Atlantic Ocean. For 61.3% of the time on average, we observed the presence of fog in some sector of the catchment, with its occurrence decreasing in areas located from upstream to downstream. Concerning the comparison of the performance of the collectors, the average volume of water collected differed from collector to collector, except between cylindrical collector uncovered and flat collector, which captured more water than the cylindrical collectors covered to prevent rainwater input. The flat collector was the only gauge to intercept water in all episodes. The high incidence of fog radiation, the short duration of orographic fog, and the low intensity of winds combined to reduce the potential for harvesting fog water in the laboratory. Regarding the potential for collecting fog water in three sectors of the catchment \"D\", xi trees located next to collectors operated as an obstacle to the free movement of orographic fog inducing gauges to intercept exiguous volumes of water. Considering only fog, but no rain, occult precipitation was 2.3 mm, corresponding to 0.12% of annual rainfall. For rainfall events with the presence of fog, occult precipitation generated a total of 5.1 mm of additional water to the floor of the forest, equivalent to 0.27% of the rainfall. It was therefore concluded that occult precipitation in rainforest did not significantly contribute to water entering catchment \"D\".

Submitted by Maicon Juliano Schmidt (maicons) on 2015-07-08T14:09:52Z No. of bitstreams: 1 Daniel dos Santos Silva.pdf: 1207479 bytes, checksum: a37801e7a4a9fabd110fb80d5c179a85 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-07-08T14:09:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Daniel dos Santos Silva.pdf: 1207479 bytes, checksum: a37801e7a4a9fabd110fb80d5c179a85 (MD5) Previous issue date: 2012-01-31 / Nenhuma / O uso da energia solar, como alternativa energética renovável, tem tomado um destaque fundamental no cenário mundial. Em especial, esse tipo de energia utilizado para aquecimento de água, tanto para uso doméstico como industrial representa um mercado mundial com crescimento em torno de 15% ao ano. No Brasil, esse crescimento deve-se, principalmente, aos programas habitacionais patrocinados pelo governo federal, além dos apelos cada vez mais fortes no sentido de buscar-se uma sustentabilidade energética e de economia através da diminuição do consumo de eletricidade e gás. Um sistema de aquecimento de água com energia solar é composto basicamente por coletor e reservatório térmico. Esses dois componentes representam quase a totalidade dos custos de instalação e isso ocorre principalmente em função dos materiais utilizados (cobre, alumínio e aço inoxidável) e dos processos de fabricação utilizados. Uma das formas para reduzir esses custos é a utilização de outros materiais mais baratos para a confecção de coletores e reservatórios e também de novos processos, mais ágeis e autômatos.Para contribuir com a solução desse problema, esse trabalho apresentará o desenvolvimento de uma ferramenta computacional que facilite a avaliação do rendimento térmico de diferentes composições de coletores solares de placa plana. Essa ferramenta foi desenvolvida sobre a plataforma EES (Engineering Equation Solver), pela sua facilidade de implementação, disponibilidade de funções de propriedades térmicas de fluidos, materiais e de escoamento. O programa segue um modelamento matemático baseado na teoria de Hottel-Bliss_Whillier e permite a entrada de dados relacionados aos parâmetros construtivos do coletor, como diâmetro dos tubos e espaçamento, espaçamento absorvedor-cobertura, material dos tubos, material da placa coletora e espessuras, material da cobertura e espessuras de isolamento, além de variáveis ambientais. Como dados de saída o programa fornece o desempenho térmico do coletor, calor útil, perdas térmicas, temperatura de estagnação, entre outros dados fundamentais de projeto. Os modelos matemáticos adotados na construção do programa foram validados através do confronto dos resultados calculados com dados obtidos experimentalmente em testes realizados pelo Test Center for Thermal Solar Systems do Fraunhofer Institut Solare Energie Systeme e pelo Institut für Thermodynamik und Wärmetechnik. Após a validação, a ferramenta é utilizada para avaliar o rendimento térmico de coletores com outros materiais construtivos, características óticas e termodinâmicas e também aspectos construtivos como a otimização do espaçamento de tubos, distanciamento entre cobertura e placa coletora, entre outros apresentados no capítulo quatro. / The use of solar energy as an alternative renewable energy, has taken a key highlight in the scene in different parts of the world. In particular, this type of energy used for heating water for domestic use becomes for a growing world market, mainly due to housing programs sponsored by the federal appeals beyond the increasingly strong in the sense of trying to achieve a sustainable energy and economy by reducing the consumption of electricity and gas. A system for heating water with solar energy is basically composed of collector and storage tank. These two components account for almost the entire cost of installation and this is mainly due to the materials (copper, aluminum and stainless steel) and the manufacturing processes used. One way to reduce these costs is the use of other cheaper materials for the manufacture of collectors. and reservoirs as well as new processes, more agile. To contribute to solving this problem, the present study the development of a software tool that facilitates the evaluation of the thermal efficiency of different compositions of flat plate solar collectors. This tool was developed on the platform EES (Engineering Equation Solver) for its ease of implementation, availability of functions of the thermal properties of fluids, materials and marketing.the program follows a mathematical model based on the theory of Hottel-Bliss_Whillier and allows entry of data related to the construction parameters of the collector, such as pipe diameter and spacing, spacing absorber-cover, the pipe material, the absorber material and thickness of material coverage and thickness of isolation and environmental variables. As output data the program provides the thermal performance of the collector, useful heat, thermal losses, stagnation temperature, and other fundamental data design.the mathematical models adopted in the construction of the program were validated by comparing the calculated results with data obtained experimentally by renowned research centers in Germany, as test center for thermal solar systems of Fraunhofer Institut Solare Systeme and Institut für Energie und Wärmetechnik Thermodynamik. After validation, the tool is used to evaluate the thermal performance of collectors with other building materials, optical characteristics and thermodynamic aspects of construction as well as the optimization of the spacing tubes, distance between absorber plate and cover, among others presented in chapter four.

Submitted by Maicon Juliano Schmidt (maicons) on 2015-07-20T14:17:58Z No. of bitstreams: 1 Ronaldo Bueno de Souza.pdf: 1999281 bytes, checksum: 5dd2b3645a9e4750a12f291e30ba6d41 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-07-20T14:17:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ronaldo Bueno de Souza.pdf: 1999281 bytes, checksum: 5dd2b3645a9e4750a12f291e30ba6d41 (MD5) Previous issue date: 2015-04-07 / CYTED - Programa Iberoamericano de Ciencia y Tecnología para el Desarrollo / Este trabalho apresenta o estudo de um sistema de refrigeração por absorção assistido por energia solar térmica com intuito de ser empregado no arrefecimento de uma pousada de ecoturismo localizada em um local remoto, desprovida de conexão à rede elétrica. Para o estudo do sistema proposto foi utilizado o software de simulações TRNSYS, onde em uma etapa inicial do trabalho foi realizada a comparação dos resultados do software com os resultados dos modelos matemáticos dos componentes do sistema de refrigeração. Foi desenvolvido um modelo computacional, para realização de simulações horárias que permitiu a simulação de três configurações de sistemas de refrigeração por absorção, podendo assim determinar a influência dos componentes e parâmetros utilizados no sistema no uso da energia auxiliar e no atendimento da carga térmica. O primeiro modelo é constituído por um sistema onde a água aquecida pelo coletor solar térmico e é armazenada em um reservatório térmico, sendo a mesma utilizada para a alimentação do chiller de absorção. A água gelada produzida pelo chiller é armazenada em outro reservatório térmico onde fica disponível para o consumo. Neste modelo observa-se que com o uso de 120 m² de coletores de tubo evacuado chega-se a índices de atendimento dos consumos superiores a 87 %. O segundo modelo é similar ao primeiro, com a inclusão de um aquecedor auxiliar para a água de alimentação do chiller de absorção. Neste modelo observou-se que com o uso de 120 m² de coletores de placas planas chega-se a um consumo de energia auxiliar inferior a 195 GJ, e com o uso de 120 m² de coletores de tubo evacuado chega-se a um consumo de energia auxiliar inferior a 150 GJ. O terceiro modelo é similar ao segundo, onde foi acrescentado um sistema para utilização da água de arrefecimento do chiller de absorção, para uso no consumo de água quente para banho, nos chuveiros. Neste modelo observa-se que o aproveitamento da água de arrefecimento não afeta o consumo de energia auxiliar, se comparado com o consumo do segundo modelo. / This paper presents the study of a cooling system for absorption assisted by solar energy with a view to be used in the cooling of an ecotourism lodge located in a remote location, devoid of connection to the grid. To study the proposed system was used TRNSYS simulation software, where in an initial work step of comparing software results with the results of mathematical models of the components of the refrigeration system is performed. A computer model was developed to perform simulations slot which simulated three configurations absorption refrigeration systems and can therefore determine the influence of the components and system parameters used in the auxiliary power usage and meet the thermal load. The first model is made up of a system where the water heated by the solar thermal collector and is stored in a thermal storage tank, being the same used for feeding the absorption chiller. The chilled water produced by the chiller is stored in another thermal reservoir where it is available for consumption. In this model it is observed that with the use of 120 m² evacuated tube collectors comes to fuel consumption attendance rates of over 87 %. The second model is similar to the first, with the inclusion of an auxiliary heater to supply water from the absorption chiller. In this model we found that with the use of 120 m² of flat plate collectors comes to an auxiliary power consumption of less than 195 GJ, and with the use of 120 m² evacuated tube collectors we arrive at a consumption of auxiliary power less than 150 GJ. The third model is similar to the second, which was added to a system using the cooling water from absorption chiller for use in the consumption of hot water for baths, showers on. In this model, it is observed that the use of the cooling water does not affect the auxiliary power consumption compared with the consumption of the second model.

O uso de energia solar para o aquecimento de água, além de permitir economizar energia elétrica, evita picos de consumo nas horas mais críticas do dia. Para um uso eficiente da energia solar é necessário utilizar um coletor solar. Este deve passar por um teste para analisar sua eficiência de conversão da energia solar em energia térmica para a água. A eficiência é avaliada com base na temperatura de entrada, na temperatura de saída, na radiação solar que atinge a área do coletor, no calor específico da água e na vazão mássica. Para padronizar os testes e ter uma melhor precisão dos resultados obtidos são utilizadas normas, neste caso a norma brasileira NBR 15747-2. Nela são descritos os seguintes métodos de ensaio de coletores com cobertura de vidro: o método estacionário e o quase dinâmico. Ambos possuem requisitos que devem ser cumpridos para validação do resultado dos testes. Um dos parâmetros que influencia diretamente no cálculo da eficiência é a temperatura de entrada da água no coletor. A variação permitida desta para o método estacionário é de ± 0,1°C da temperatura média medida. No Laboratório de Energia Solar da Universidade Federal do Rio Grande do Sul existe uma bancada construída para realizar o teste de coletores solares, porém para fazer ensaio simultâneo de dois coletores é necessário que a temperatura de entrada para ambos os coletores seja a mesma e também não varie mais que o permitido. Assim, foi desenvolvido e montado um estabilizador de temperatura com controle proporcional, integral, derivativo (PID) para atender essa necessidade. O estabilizador foi testado em bancada de laboratório de modo a observar seu comportamento e, após constatar que sua capacidade de controle atendia ao requisito da norma, este foi montado na bancada externa em que são realizados os testes. De posse dos resultados obtidos durante os ensaios dos coletores conclui-se que o estabilizador de temperatura cumpriu seu papel na bancada. Além de permitir que a bancada possa ser utilizada para ensaios de mais de um coletor simultaneamente, o dispositivo agrega a possibilidade de realizar comparações muito precisas do desempenho de dois coletores diferentes. / The use of solar energy in water heating is a way to save electricity, and avoid consumption peaks during the most critical hours of a day. For an efficient use of solar energy it is necessary to use a solar collector. The collector should pass a test to analyze its efficiency in conversion of solar energy into thermal energy for the water. Efficiency is evaluated based on the inlet and outlet temperature, solar radiation reaching the area of the collector, specific heat of water and mass flow rate. To standardize the tests and have greater certainty of results standards are used like the Brazilian´s standard NBR 15747-2. This norm describes two test methods for glassed collectors: the stationary and quasi dynamic method, both have requirements that must be met for the validity of the test results. One of the parameters which directly influence the calculation of the efficiency is the water inlet temperature in the collector. The stationary method requires a variation of ± 0.1 °C at the average temperature measured. In the Laboratório de Energia Solar da Universidade Federal do Rio Grande do Sul exists a bench built to perform testing of solar collectors, but to simultaneously test more than one collector is necessary that the inlet temperature of both collectors are the same and also does not vary more than allowed. Thus it was developed and mounted a temperature stabilizer with proportional, integral, derivative (PID) control to meet this need. The stabilizer has been tested indoor at the laboratory to observe their behavior and after noting that his ability to control met the standard required it was mounted on the outdoor bench where the tests are performed. With the results obtained during the testing of collectors is possible to notice that the temperature stabilizer comply with its purpose on the bench. In addition to allowing the test bench to be used for testing more than one collector simultaneously, the stabilizer adds the possibility of performing accurate comparisons of the performance of two different collectors in various situations, since all operational conditions are equal.

O coletor solar de tubos evacuados une uma alta absortividade de radiação solar a um ótimo grau de isolamento térmico. Estas características, aliadas a um custo relativamente baixo, fazem deste tipo de coletor o mais utilizado no mundo. Por isso, diversos tipos de abordagens estão sendo adotadas para descrever seu comportamento térmico. Nesta linha, este trabalho foi desenvolvido através de abordagem experimental e teórica, sendo a última subdividida em numérica por CFD e analítica. A abordagem experimental contou com a construção de uma bancada para medida de temperatura e radiação, em um coletor de 24 tubos evacuados acoplados em um reservatório de 178 L. A abordagem por CFD utilizou um modelo tridimensional transiente. Com o modelo numérico validado, utilizando resultados experimentais, simularam-se diferentes condições de operação, em termos de ângulo de inclinação, fluxo de calor sobre o coletor, tamanho do reservatório e temperatura de entrada da água. Em relação à abordagem analítica, esta é dividida em: modelo de irradiância, modelo do tubo e modelo do reservatório. O modelo de irradiância determina a distribuição da radiação solar ao longo da circunferência do tubo. Parte desta radiação é absorvida pelo coletor e transferida para água. Esta quantidade é determinada com o modelo do tubo, que é baseado no método de resistências térmicas. O modelo do reservatório descreve o comportamento térmico da água em seu interior, tanto em aquecimento quanto em resfriamento, analisando a interação energética com o coletor e com o meio externo. O desenvolvimento do modelo do tubo passa pela avaliação da vazão mássica entre o tubo e o reservatório, além disso, o coeficiente de transferência de calor por convecção no interior do tubo deve ser determinado. Tais variáveis são determinadas a partir de uma correlação para o número de Reynolds, a qual foi obtida com resultados da avaliação por CFD e é função dos números de Nusselt, Grashof e Prandtl. A correlação proposta apresentou bom ajuste com os resultados numéricos. Com a bancada de ensaio experimental foram feitas medidas de temperatura da água no reservatório ao longo de alguns dias. Para as mesmas condições do experimento, a temperatura média da água no reservatório foi estimada com resultados da integração dos modelos de irradiância, do tubo e do reservatório. A diferença entre os resultados experimental e teórico foi de 4,8% para a energia acumulada. / The evacuated tube solar collector combines high solar radiation absorptivity to a great thermal insulation degree. These characteristics, combined with a relatively low cost, make this type of collector the most used in the world. Therefore, various types of approaches are being adopted to describe its thermal behavior. In this way, this work was developed through experimental and theoretical approaches, the latter being subdivided into numeric, by CFD, and analytical analysis. For the experimental approach a test bench was built. The tests was carried on a solar collector with 24 evacuated tubes coupled to a 178 L tank, measuring temperature and solar radiation. The CFD approach used a transient three-dimensional model. After the numerical model validation using experimental data, simulations was carried over different operating conditions in terms of angle, heat flux on the collector, tank size and water inlet temperature. The analytical approach is divided into: irradiance model, tube model and tank model. The irradiance model determines the irradiance distribution of solar radiation along the circumference of the tube. Part of this radiation is absorbed by the collector and transferred to water, this amount is determined with the tube model, using the thermal resistance method. The tank model describes the thermal behavior of inside water, both in heating and in cooling, analyzing energy interaction with the collector and the external environment. The development of the tube model involves the assessment of the mass flow rate between the tube and the tank, furthermore the convection heat transfer coefficient inside the tube must be determined. These variables are determined from a correlation for the Reynolds number, which was obtained with evaluation results by CFD. Proposed Reynolds number is a function of the Nusselt, Prandtl and Grashof numbers. The correlation presented a good agreement with the numerical results. Using the experimental test bench the water temperature was measured into the tank over a few days. For the same experiment conditions, the average temperature of the water into the tank was estimated by results of integration of irradiance, tube and tank models. The difference between the experimental and theoretical results was 4.8% for the accumulated energy.

Os aproveitamentos de energia solar em aplicações térmicas ou para a produção de energia elétrica são cada vez mais importantes, por se tratarem de fontes de energia. Os estudos acerca dessas fontes estão se intensificando, a fim de melhorar seus desempenhos e suas aplicações para as condições atuais de desenvolvimento pelo mundo. Uma dessas tecnologias que utilizam como fonte a energia solar, desenvolvida nos últimos 30 anos, é o coletor híbrido térmico fotovoltaico. Esse coletor converte a energia proveniente da radiação solar em energia térmica e elétrica, simultaneamente, com a superposição de um módulo fotovoltaico a um coletor solar de placa plana, podendo ser promissor no progresso de novas tecnologias. Um coletor híbrido térmico fotovoltaico tem sua eficiência térmica menor que um coletor térmico convencional, decorrente de uma maior perda de calor para o meio, pois, em geral, o coletor não tem proteção contra o vento, como a cobertura transparente em um coletor convencional. A eficiência elétrica desses coletores híbridos é maior quando comparada a um sistema fotovoltaico convencional, pois há um resfriamento devido à passagem do fluido na parte posterior desses módulos. Para uma avaliação dessas eficiências, no presente trabalho, foram instalados três tipos de tecnologias que utilizam a energia solar como fonte, (um módulo fotovoltaico, um coletor híbrido térmico fotovoltaico e um coletor solar de placa plana) a fim de comparar os resultados de seus rendimentos, separadamente, atribuindo as mesmas condições meteorológicas em todos eles. A eficiência térmica máxima do coletor híbrido térmico fotovoltaico teve seu valor 3 vezes menor que o do coletor de placa plana utilizado. Já a eficiência elétrica de cada módulo teve um aumento de 5,5% comparando a diferença de energia elétrica gerada ao longo de um ano. Com esses resultados, pode-se dizer que melhorias na parte térmica do coletor híbrido térmico fotovoltaico poderiam ser feitas, de forma a aumentar seu desempenho térmico sem comprometer o rendimento das suas células fotovoltaicas. / The use of solar energy for thermal application and production of electric energy is becoming more important, because it is a form of clean and renewable energy. The studies of these sources are intensifying to improve the performance of these technologies and their applications for the current conditions of the development around the world. One of this technologies using as a source solar energy, developed in the last 30 years is the photovoltaic thermal hybrid solar collector. This collector simultaneously converts the solar radiation into thermal and electrical energy, with the superposition of a photovoltaic module on a flat plate solar collector, may be promising in the progress of new technologies. That a photovoltaic thermal hybrid solar collector has a lower thermal efficiency than a conventional thermal collector, due a greater loss of heat to the environment, because in general the collector has no protection from the wind, as the transparent cover in a conventional collector. The electrical efficiency of these hybrid collectors is higher compared to a conventional photovoltaic, because their cells are cooled by the water passing in the back of the photovoltaic plate. For an evaluation of efficiencies, it were installed three types of technologies that use solar energy as energy source (a photovoltaic module, a thermal hybrid collector and a flat plate solar collector) to separately compare the results of their performance, exposing them all of the same meteorological conditions. The maximum thermal efficiency of the photovoltaic thermal hybrid solar collector was determined being three times lower value than the flat plate collector one. The electrical efficiency of each module was increased by 5.5 % comparing the difference of the electrical energy generated over a whole year. These results indicate that improvements in the thermal part of the photovoltaic thermal hybrid solar collector could be made, increasing the thermal performance without compromise their solar cells efficiency.

Made available in DSpace on 2017-07-10T15:14:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissertacaoFerandoToniazzo.pdf: 4063087 bytes, checksum: 32e14216dde0f5bd7619d1a08ef14e8c (MD5) Previous issue date: 2016-04-04 / Fundação Araucária / This work aims to optimize a solar water heating system for use on small farms. The solar heating system to be optimized is based on a collector with conical concentrator. The principle of concentration of light in a solar funnel collector comes down in abstraction and reflection of solar radiation to central hub with a tapered inner faces reflective. The solar energy concentration area is occupied by a receiver with high thermal conductivity material, suitably isolated by transparent surfaces for forming the greenhouse, where thermal energy is transferred to a working fluid. The characterization of the system shall take place with test runs the field to relate the proposed changes as a function of system efficiency. The method is summarized in data sampling in different scenarios, which vary according to the heating system (passive and active) and solar tracking (manual and stationary). Preliminary results show the optimization of the absorber geometry and the interaction of light in a conical concentrator. The results demonstrate that the scenarios with solar tracker have higher efficiency than with fixed orientation and solar heating systems operated actively are more efficient than passive systems / Este trabalho teve por objetivo otimizar um sistema de aquecimento solar de água para uso em pequenas propriedades rurais. O sistema de aquecimento solar otimizado é baseado em um coletor com concentrador cônico. O princípio de concentração de luz em um coletor solar com concentrador cônico resume-se na captação e reflexão da radiação solar ao centro de um concentrador afunilado com faces internas refletivas. A área de concentração de energia solar é ocupada por um receptor com material de alta condutibilidade térmica, devidamente isolado por superfícies transparentes para formação do efeito estufa, onde a energia térmica é transferida para um fluido de trabalho. A caracterização do sistema se efetuou com execuções de testes a campo para relacionar as mudanças propostas em função da eficiência do sistema. A metodologia constituiu-se de amostragens de dados em diferentes cenários, os quais variaram de acordo com o sistema de aquecimento (passivo e ativo) e rastreamento solar (manual e estacionário). Os resultados demonstraram que os cenários com seguidor solar apresentaram maior eficiência do que os com orientação fixa e os sistemas de aquecimento solar operados de forma ativa foram mais eficientes do que os sistemas passivos.

O presente trabalho apresenta o estudo das camadas estratigráficas de três sambaquis situados nos municípios de Jaguaruna e Treze de Maio, Santa Catarina, Brasil. Partimos do princípio de que eles são estruturas erigidas intencionalmente por uma população que habitou a região por aproximadamente 6000 anos, e que para a construção de seus cemitérios se apropriavam do material malacológico disponível na região. O desmembramento dos componentes de cada camada nos forneceu informações a respeito do material construtivo dos sítios, e a partir destes resultados foi possível testar algumas hipóteses sobre a mudança da matriz construtiva verificada nos sambaquis. / This work presents the study of stratigraphical layers of three sambaquis located on Jaguaruna and Treze de Maio, Santa Catarina, Brazil. We assume that such structures were intentionally built by a population that inhabited the region for over 6000 years, and that for the pilling up of their burial grounds they gathered malacological material available within the area. The breakdown of the elements of each layer provided us information regarding the construction material of the sites, and based on these results it was possible to test some hypothesis regarding a change on the constructive matrix recorded on the sambaquis.