Orientador: Dalva Martinelli Cury Lunardi / Resumo: A fim de se caracterizar a radiação solar global (Rg), bem como estabelecer equações horárias para sua estimativa, na região de Botucatu-SP (lat. 22052'S, long. 48026'W Grw), foram analisados os dados em diferentes níveis de agrupamento, referentes ao período de 1983 a 1993. Em termos percentuais, a radiação solar global (Rg) na região apresentou três períodos ou estações: primavera (29%), verão (27%) e outono-inverno (22%, cada uma). Os maiores valores de Rg ocorreram nos meses de novembro, outubro e dezembro (acima de 440,00 cal.cm-2.dia-1) e os menores em julho, maio e junho (abaixo de 335,00 cal.cm-2.dia-1). O período das 12 às 13 horas foi o que mais contribuiu com o total diário de Rg (13,49%). VII O modelo que estabelece relação entre a razão de radiação (R) e razão de insolação (r) da forma: R=a+b.r, mostrou-se apropriado para estimativa de Rg exceto nos horários próximos ao nascer e ao por do sol. As equações obtidas para estimativa de Rg mostraram-se apropriadas apenas para os horários e nível do agrupamento que as originou. Os coeficientes a e b das equações mostraram variações sazonais e horárias, sendo a variabilidade relativa de b maior que a de a. / Abstract: With the objective to characterize the behavior of the global solar radiation (Rg) and to stablish hourly equations to estimate it in Botucatu-SP (22052'S, 48026'W Grw) data between 1983 and 1993, in different levels of grouping were analysed. Regarding to percentile values, the global solar radiation (Rg) showed three periods or seasons: spring (29%), summer (27%) and autumn-winter (22%, each one). The highest values of Rg occurred in November, October and December (above 440,00 cal.cm-2.day-1) and the smalest ones occurred in July, May and June (below 335,00 cal.cm-2.day-1). The twelve and thirteen hour period was the one which more contributed to daily total of Rg (13,49%). The model that stablishes the relation between ratio of radiation (R) and ratio of insolation (r), as follows: R=a+b*r, showed to be highly significant, except around sunrise and sunset. The equations obtained showed to be switable for estimating global solar radiation considering the hour and grouping level that originated them. The coefficients a and b of the equations showed seasonal and hour variations taking into account that the variability of b was higher than a. / Doutor

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:58:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DiltonS_DISSERT.pdf: 1329458 bytes, checksum: 93af6e35d0ed131c06c793e3af29ce95 (MD5) Previous issue date: 2010-10-20 / Universidade Federal do Rio Grande do Norte / It was studied a system for heating water to be used to obtain water for bathing at home, the absorbing surface of the collector is formed by one plate of polycarbonate. The polycarbonate plate has 6 mm thick, 1.050 mm wide and 1.500 mm long with an area equal to 1,575 m?. The plate was attached by its edges parallel to PVC tubes of 32 mm. The system worked under the thermo-siphon and was tested for two configurations: plate absorber with and without isolation of EPS of 30 mm thick on the bottom surface in order to minimize heat losses from the bottom. The tank's thermal heating system is alternative and low cost, since it was constructed from a polyethylene reservoir for water storage, with a volume of 200 liters. Will present data on the thermal efficiency, heat loss, water temperature of thermal reservoir at the end of the process simulation and baths. Will be demonstrated the feasibility of thermal, economic and material pickup proposed for the intended purpose. / Estudou-se um sistema para aquecimento de ?gua a ser utilizada para obten??o de ?gua destinada ao banho em resid?ncias, a superf?cie absorvedora do coletor ? formada por uma placa de policarbonato. A placa de policarbonato tem 6 mm de espessura, 1.050 mm de largura e 1.500 mm de comprimento com ?rea correspondente a 1,575 m2. A placa foi ligada pelas extremidades em paralelo a tubos de PVC de ? 32 mm. O sistema funcionou em regime de termo-sif?o e foi testado para duas configura??es: placa absorvedora com e sem isolamento de EPS de 30 mm de espessura na superf?cie inferior para minimizar as perdas t?rmicas pela parte de baixo. O reservat?rio t?rmico do sistema de aquecimento ? alternativo e de baixo custo, pois foi constru?do a partir de um reservat?rio de polietileno para armazenamento de ?gua, com volume de 200 litros. Ser?o apresentados dados de efici?ncia t?rmica, perda t?rmica, temperatura da ?gua do reservat?rio t?rmico no final do processo e de simula??o de banhos. Ser?o demonstradas as viabilidades t?rmica, econ?mica e de materiais do coletor proposto, para o fim desejado

Neste trabalho é apresentado o desenvolvimento de um programa computacional que simula o desempenho térmico de um sistema de aquecimento solar de água com circulação forçada, adequado para uso em edificações. O programa trabalha realizando o balanço de massa e de energia no reservatório térmico a cada hora, tendo como valores de entrada dados do ano meteorológico típico da localidade selecionada e a vazão de água quente de consumo. Os componentes do sistema são o reservatório térmico de água quente com aquecedor auxiliar interno, o coletor solar e a bomba de circulação. A base de dados meteorológicos escolhida foi a do projeto SWERA, que contém arquivos no formato padrão TMY disponíveis na internet para um número considerável de cidades, incluindo diversas localidades brasileiras. Foi proposto um modelo de temperatura de água da rede de abastecimento relacionado com a temperatura do solo, dado disponível nos arquivos de entrada utilizados. O programa utilizou como referência para a validação dos modelos de cálculo resultados obtidos pelo programa comercial de simulação TRNSYS. Foram comparados resultados para os modelos de irradiação incidente em superfície inclinada, do coletor solar e do sistema completo. Para isto foram simulados sistemas localizados em quatro cidades distintas com climas diferentes. O tempo total usado nas simulações foi de um ano e os resultados das comparações dos valores resultantes foram considerados satisfatórios. / This paper presents the development of a software that simulates the thermal performance of a solar water heating system with forced circulation, suitable for buildings. The implemented model computes the mass and energy balance in the thermal tank every hour. Its input data are values from a typical meteorological year of a chosen location and the hot water load. The system components are the thermal tank, the solar collector and the circulation pump. The Swera project was used as the meteorological database, which contains files in the standard TMY format. Those are available on the internet for a number of cities, including several Brazilian locations. A model for the network water supply temperature was proposed. It is related with the ground temperature, available in the data input files. The validation of the models used results obtained by the commercial simulation software TRNSYS. Results for the incident radiation on tilted surface, the solar collector and the complete system models were compared. For that, systems were simulated in four cities with different climates. The total time used in the simulations was one year and the results obtained from this comparison were satisfactory.

Sistemas de aquecimento de água que utilizam a conversão de energia solar em energia térmica, além de serem um meio fácil e limpo de geração de energia, trazem benefícios econômicos ao país e principalmente a quem os utiliza. O elemento principal destes sistemas, o coletor solar, é objeto de estudo neste trabalho. Coletores planos são amplamente utilizados e possuem uma tecnologia consolidada, porém, um tipo de coletor composto por tubos de vidro, com isolamento a vácuo e superfície absorvedora seletiva vem se tornando uma opção cada vez mais viável economicamente. Com benefícios evidentes em climas de frio mais intenso, estes coletores devem ter seus parâmetros de desempenho térmico determinados segundo procedimentos normativos, para que possam ser dimensionados de forma correta os sistemas de aquecimento que os utilizarem. Este trabalho descreve o desenvolvimento de uma bancada de ensaios construída no Laboratório de Energia Solar da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, que tem o intuito de possibilitar o ensaio deste tipo de coletor. Esta bancada contou com uma instrumentação cuidadosamente calibrada e com um dispositivo, desenvolvido neste trabalho, capaz de realizar medidas da diferença de temperatura da água entre as seções de entrada e saída do coletor com uma incerteza inferior a 0,05 °C. Foram realizados ensaios individuais de dois tubos a vácuo de superfícies absorvedoras distintas desacoplados do coletor. Um ensaio determinou seu coeficiente de transferência de calor e outro avaliou as propriedades ópticas de cada tubo. A metodologia experimental utilizada se mostrou válida e possível de determinar alguns parâmetros para utilização em simulações. Um melhor desempenho do tubo com superfície seletiva de (Al-N/SS/Cu) em relação ao que utiliza (Al-N/Al) ficou evidente nestes ensaios. Foi realizado na bancada desenvolvida o ensaio de um coletor de tubos de vidro a vácuo que utiliza o principio de transferência direta. Sua curva de eficiência e seus parâmetros de desempenho foram determinados sob condições de regime permanente. Houve pequena diferença entre os valores obtidos e os fornecidos pelo fabricante, o que deve ter ocorrido, em parte, devido à diferença das condições de realização dos ensaios. A curva de desempenho obtida neste trabalho para o coletor de tubos de vidro a vácuo foi comparada às curvas de dois coletores planos. Nesta comparação ficou evidente que o coletor ensaiado é mais eficiente em situações onde a diferença entre a temperatura da água no interior do coletor e temperatura ambiente são maiores. / The use of solar systems for heating water brings economic benefits to the country and especially to the users. Furthermore, it is an easy and clean form of energy generation. The solar collector, the main element of such systems, is the object of the present study. Flat plane collectors are widely used and have a consolidated technology. However, the market share of tubular evacuated glass collectors is rapidly increasing. These collectors are constituted by elements consisting in two concentrical tubes with vacuum in between. Instead of using a black painted sheet of metal as the absorbing element, the internal glass tube is coated with a selective surface. The vacuum provides a high level insulation, with evident benefits in severe cold climates. In order to allow a correct sizing of systems employing such collectors, their thermal performance parameters must be determined according to standard procedures. This work show the description of a test system, built at Laboratório de Energia Solar of Universidade do Rio Grande do Sul, which enable the testing of this type of collector. This test system features a carefully calibrated instrumentation and a device, developed in this work, for measuring the water temperature difference between the collector inlet and outlet with an accuracy of 0.05 °C. A test for estimating the thermal losses and the optical properties of two evacuated tubes with different selective surfaces (Al-N/SS/Cu e Al-N/Al) was also performed. The better performance of the tube with the selective surface deposited on a copper layer was. The experimental methodology was proven to be valid and useful for determining some parameters used in simulations. A test based on the current Brazilian standard with a solar collector with twenty water-in-glass vacuum tubes was performed. Its efficiency curve and its performance parameters were determined under steady state conditions. Some differences between the obtained values and manufacturer data were detected, probably due to the difference between the test conditions. The efficiency curve obtained for the tubular solar collector was compared to the curves of two flat plane collectors. This comparison indicated that the tested collector is more efficient under situations in which the difference between the temperature of the water inside the collector and the ambient temperature are higher.

O presente trabalho trata da produção de gelo, com energia solar. A produçao de gelo e feita atraves de um sistema de refrigeração por absorção, onde a energia solar é a fonte de calor. O gelo tem uma grande aplicação na conservação de alimentos, e a energia solar permite a produção de gelo onde n-ao se dispo-e de energia ele, trica. Pode-se ver que a grande aplicação destes sistemas é tipicamente o meio rural. O sistema pode ser dividido em duas partes: o sistema solar de captação de energia e o equipamento de refri - geração. O sistema solar baseia-se no uso de coletores solares concentradores parabÓlicos compostos (CPC), onde a energia solar é utilizada para aquecimento de Óleo térmico. Os coletores são posicionados dentro de uma "estufa", que os protege da ação do vento, permitindo uma estrutura mais leve. Neste trabalho é feito um estudo do projeto de engenharia desenvolvido para o sistema solar, onde são analisadas as etapas de projeto propriamente dito, fabricação e testes iniciais do sistema. Para quantificar o fator de interceptação de espelhos reais, foi feita uma simulação do comportamento dos coletores em micro-computador. O equipamento de refrigeração baseia-se em um ciclo de absorção, que utiliza o Óleo térmico aquecido como fonte de calor para seu funcionamento. O ciolo utiliza dois fluidos, a água como absorvente e a amonia como refrigerant. Partindo da bibliografia existente e da operação do equipamento procurou-se o conhecimento teÓrico do ciclo de refrigeração por absorção. As mediçÕes experiment3is do equipamento de refrigeração foram feitas com o sistema trabalhando em regime, e os dados recolhidos foram utilizados em equações de balanço provenientes da análise teÓrica acima citada. Os resultados desses cálculos foram então comparados com o comportamento global do sistema medido em forma experimental. / Thia work denis with solar energy ice production. Ice is obtained from an absorption refrigeration system, on which solar energy is the heat source. Ice is very important for food conservation, and solar energy makes ice production possible where there is no electrical energy. Thus, farm regions seems like the main application of these systems. The system can be divided into two componente: the equipment for solar energy collection and the refrigeration equipment. The solar equipment uses compound parabolic collectors (CPC) that heat thermal oil. The collectors are mounted inside o greenhouse, that protects the collectors from wind and allows a light structure. This worlc describes an analysis of the engineering deaign developed for the solar syatem, as well as the factor, y making and the initial testa of the system. The interception factor was evaluated by computer simulation of the collector behaviour. The refrigeration equipment is based on an absoi ·ption cyclo which uses the heated thermal oil as heat source, water as the ebsorbent and ammonia as the refrigerant. The operation of the system, as well as a survey on the available literatura, allowed a study on the theory of the absorption refrigeration cycle. The experimental meosurements were obtained wifu. the equipment working in constant operation (24 hours/day), and the resulta were utilized in the derived theoretical equations. The results thus obtained were then compared to those derived from the experimental measurements.

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No Brasil, assim como em outros países que recebem abundantes quantidades de radiação solar durante todo o ano, há um grande potencial para os sistemas que usam a tecnologia fotovoltaica para promover o bombeamento de água. Entretanto, a escolha dos conjuntos de motores e bombas mais adequados para cada situação passa pela análise do desempenho dos sistemas de bombeamento. Portanto, devem ser analisadas tanto as melhores configurações de geradores fotovoltaicos destinados a operar os conjuntos formados pelos motores e bombas, quanto às eficiências das bombas e da conversão fotovoltaica. Nesse trabalho são apresentadas medidas e comparações do desempenho de dois sistemas de bombeamento diretamente acoplados a geradores fotovoltaicos. Para tanto, foi construída uma bancada destinada a realizar uma série de experimentos. Um dos sistemas usou uma bomba centrífuga acoplada a um gerador fotovoltaico formado por três módulos fotovoltaicos. O outro, utilizou uma bomba volumétrica de diafragma acoplada a um único módulo fotovoltaico. Os experimentos foram conduzidos em duas etapas distintas. A primeira foi feita com os motores acoplados a uma fonte de potência em corrente contínua e serviu para a determinação das curvas de desempenho de cada uma das bombas, das curvas dos sistemas, assim como das curvas de corrente (I) e de tensão (V) de cada um dos motores que acionavam as bombas. A segunda foi realizada com os sistemas acoplados diretamente aos geradores fotovoltaicos. A determinação da configuração dos geradores fotovoltaicos destinados a acionar os diferentes sistemas de bombeamento em análise nesse trabalho foi feita por meio da sobreposição das curvas de corrente e tensão dos motores e dos módulos fotovoltaicos. A parte experimental, estando os sistemas acoplados aos geradores, constou de medidas realizadas em intervalos de tempo de cinco segundos, para cada bomba e em várias alturas, das seguintes variáveis: temperatura ambiente, irradiância, temperatura dos módulos, corrente e tensão do motor, rotação do motor, temperatura da água, diferencial de pressão entre entrada e saída da bomba e vazão. As diversas alturas foram simuladas por meio da abertura e/ou fechamento de uma válvula de controle de vazão colocada na extremidade tubulação de descarga, operada manualmente. Os procedimentos adotados nessa dissertação permitiram caracterizar os sistemas de bombeamento propostos, assim como determinar quais os arranjos mais adequados para operar cada sistema. Verificou-se que o melhor arranjo para operar o conjunto motor e bomba centrífuga foi aquele formado por três módulos fotovoltaicos ligados em paralelo, enquanto que a melhor opção para operar o conjunto motor e bomba de diafragma foi com somente um módulo fotovoltaico. De posse dos dados medidos foi possível determinar as eficiências: instantâneas, máximas instantâneas e diárias da conversão fotovoltaica assim como dos conjuntos motores e bombas, em diferentes alturas. Relativamente à conversão fotovoltaica, verificou-se que o conjunto motor e bomba centrífuga operou com eficiência instantânea máxima de 5,74% e eficiência diária de 4,70%, enquanto que o conjunto motor e bomba volumétrica de diafragma operou com eficiência instantânea máxima de 7,66% e eficiência diária de 5,82%. Relativamente à eficiência dos conjuntos motores e bombas, verificou-se que o conjunto motor e bomba centrífuga operou com eficiência instantânea máxima de 19,19% e eficiência diária de 16,79%, enquanto que o conjunto motor e bomba volumétrica de diafragma operou com eficiência instantânea máxima de 38,88% e eficiência diária de 34,30%. Verificou-se ainda que a altura foi determinante na eficiência do conjunto motor e bomba centrífuga e pouco influenciou na eficiência do conjunto motor e bomba de diafragma. Além dessas, outras considerações sobre o comportamento dos sistemas de bombeamento ao longo de um dia também foram ser registrados, tais como: limiares de irradiância para início e final de vazão, correntes de pico ou de arranque dos motores e correntes de início de vazão ou escoamento. / In Brazil as well as in other countries which receive a great amount of solar radiation during all year long there is a great potential for the systems which use the photovoltaic technology for water pumping. However, the performance of the motors and pumps should be accordingly analyzed for each situation. Therefore, should be analyzed the best configurations of photovoltaic arrays which will be used to drive the motors and pumps as well as the efficiency of the pumps and of the photovoltaic conversion. This work shows the measurements made during the experiences and compares the performance of two water pumping systems directly coupled to the photovoltaic arrays. A laboratory test facility was built to evaluate the photovoltaic pumping systems. One of the systems used a centrifugal pump directly coupled to an array assembled with three photovoltaic modules. The other system used a volumetric diaphragm pump directly coupled to an only one photovoltaic module. The experiences were made in two stages. On the first stage the motors and pump were coupled to a DC power source. In this stage all the experiments and data were used to evaluate the characteristic performance of the pumps as well as their current and voltage performances. On the second stage the motors and pumps were directly coupled to the photovoltaic arrays. The determination of the best array to be used to drive the different sets of motors and pumps were made by superimposing the current and voltage curves of the motors to the current and voltage curves of the photovoltaic arrays. The following measurements of the variables were made with the motors and pumps directly coupled to the photovoltaic arrays: weather temperature, solar radiation, cell and module temperature, current and voltage of the motors, velocity of the motors in rpm, water temperature, pressure differential between entrance and exit of the pump and water flow. All the experiences were made for several pump heads and the measurements were made at each five seconds. The several pump heads were simulated by a control valve manually operated. The procedures adopted in that work allowed characterizing the proposed pumping systems, as well as determining which the arrays more adapted to operate each system. It was verified that the best array to operate the motor and centrifugal pump set was that formed by three photovoltaic modules connected in parallel, while the best option to operate the motor and diaphragm pump set was with only a photovoltaic module. With all the measured data was possible to determinate the instantaneous efficiency, the maximum instantaneous efficiency and the daily efficiency of the photovoltaic conversion as well as of the motors and pumps sets. Relatively to the photovoltaic conversion, it was verified that motor and centrifugal pump set operated with a maximum instantaneous efficiency of 5,74% and a daily efficiency of 4,70%, while motor and volumetric diaphragm pump operated with a maximum instantaneous efficiency of 7,66% and a daily efficiency of 5,82%. Relatively to the efficiency of motors and pumps sets, it was verified that the motor and centrifugal pump set operated with a maximum instantaneous efficiency of 19,19% and a daily efficiency of 16,79%, while the group motor and bomb diaphragm volumetric operated with a maximum instantaneous efficiency of 38,88 % and a daily efficiency of 34,30%. It was also verified that the head pumping is strongly decisive in the efficiency of motor and centrifugal pump set and little influenced in the efficiency of motor and volumetric diaphragm pump set. A series of considerations about the behavior of the pumping systems along the day could also be registered, such as: irradiance threshold for the beginning and flow stop, peak current of the motors and current for the beginning of flow.

O presente trabalho trata da produção de gelo, com energia solar. A produçao de gelo e feita atraves de um sistema de refrigeração por absorção, onde a energia solar é a fonte de calor. O gelo tem uma grande aplicação na conservação de alimentos, e a energia solar permite a produção de gelo onde n-ao se dispo-e de energia ele, trica. Pode-se ver que a grande aplicação destes sistemas é tipicamente o meio rural. O sistema pode ser dividido em duas partes: o sistema solar de captação de energia e o equipamento de refri - geração. O sistema solar baseia-se no uso de coletores solares concentradores parabÓlicos compostos (CPC), onde a energia solar é utilizada para aquecimento de Óleo térmico. Os coletores são posicionados dentro de uma "estufa", que os protege da ação do vento, permitindo uma estrutura mais leve. Neste trabalho é feito um estudo do projeto de engenharia desenvolvido para o sistema solar, onde são analisadas as etapas de projeto propriamente dito, fabricação e testes iniciais do sistema. Para quantificar o fator de interceptação de espelhos reais, foi feita uma simulação do comportamento dos coletores em micro-computador. O equipamento de refrigeração baseia-se em um ciclo de absorção, que utiliza o Óleo térmico aquecido como fonte de calor para seu funcionamento. O ciolo utiliza dois fluidos, a água como absorvente e a amonia como refrigerant. Partindo da bibliografia existente e da operação do equipamento procurou-se o conhecimento teÓrico do ciclo de refrigeração por absorção. As mediçÕes experiment3is do equipamento de refrigeração foram feitas com o sistema trabalhando em regime, e os dados recolhidos foram utilizados em equações de balanço provenientes da análise teÓrica acima citada. Os resultados desses cálculos foram então comparados com o comportamento global do sistema medido em forma experimental. / Thia work denis with solar energy ice production. Ice is obtained from an absorption refrigeration system, on which solar energy is the heat source. Ice is very important for food conservation, and solar energy makes ice production possible where there is no electrical energy. Thus, farm regions seems like the main application of these systems. The system can be divided into two componente: the equipment for solar energy collection and the refrigeration equipment. The solar equipment uses compound parabolic collectors (CPC) that heat thermal oil. The collectors are mounted inside o greenhouse, that protects the collectors from wind and allows a light structure. This worlc describes an analysis of the engineering deaign developed for the solar syatem, as well as the factor, y making and the initial testa of the system. The interception factor was evaluated by computer simulation of the collector behaviour. The refrigeration equipment is based on an absoi ·ption cyclo which uses the heated thermal oil as heat source, water as the ebsorbent and ammonia as the refrigerant. The operation of the system, as well as a survey on the available literatura, allowed a study on the theory of the absorption refrigeration cycle. The experimental meosurements were obtained wifu. the equipment working in constant operation (24 hours/day), and the resulta were utilized in the derived theoretical equations. The results thus obtained were then compared to those derived from the experimental measurements.

Sistemas de aquecimento de água que utilizam a conversão de energia solar em energia térmica, além de serem um meio fácil e limpo de geração de energia, trazem benefícios econômicos ao país e principalmente a quem os utiliza. O elemento principal destes sistemas, o coletor solar, é objeto de estudo neste trabalho. Coletores planos são amplamente utilizados e possuem uma tecnologia consolidada, porém, um tipo de coletor composto por tubos de vidro, com isolamento a vácuo e superfície absorvedora seletiva vem se tornando uma opção cada vez mais viável economicamente. Com benefícios evidentes em climas de frio mais intenso, estes coletores devem ter seus parâmetros de desempenho térmico determinados segundo procedimentos normativos, para que possam ser dimensionados de forma correta os sistemas de aquecimento que os utilizarem. Este trabalho descreve o desenvolvimento de uma bancada de ensaios construída no Laboratório de Energia Solar da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, que tem o intuito de possibilitar o ensaio deste tipo de coletor. Esta bancada contou com uma instrumentação cuidadosamente calibrada e com um dispositivo, desenvolvido neste trabalho, capaz de realizar medidas da diferença de temperatura da água entre as seções de entrada e saída do coletor com uma incerteza inferior a 0,05 °C. Foram realizados ensaios individuais de dois tubos a vácuo de superfícies absorvedoras distintas desacoplados do coletor. Um ensaio determinou seu coeficiente de transferência de calor e outro avaliou as propriedades ópticas de cada tubo. A metodologia experimental utilizada se mostrou válida e possível de determinar alguns parâmetros para utilização em simulações. Um melhor desempenho do tubo com superfície seletiva de (Al-N/SS/Cu) em relação ao que utiliza (Al-N/Al) ficou evidente nestes ensaios. Foi realizado na bancada desenvolvida o ensaio de um coletor de tubos de vidro a vácuo que utiliza o principio de transferência direta. Sua curva de eficiência e seus parâmetros de desempenho foram determinados sob condições de regime permanente. Houve pequena diferença entre os valores obtidos e os fornecidos pelo fabricante, o que deve ter ocorrido, em parte, devido à diferença das condições de realização dos ensaios. A curva de desempenho obtida neste trabalho para o coletor de tubos de vidro a vácuo foi comparada às curvas de dois coletores planos. Nesta comparação ficou evidente que o coletor ensaiado é mais eficiente em situações onde a diferença entre a temperatura da água no interior do coletor e temperatura ambiente são maiores. / The use of solar systems for heating water brings economic benefits to the country and especially to the users. Furthermore, it is an easy and clean form of energy generation. The solar collector, the main element of such systems, is the object of the present study. Flat plane collectors are widely used and have a consolidated technology. However, the market share of tubular evacuated glass collectors is rapidly increasing. These collectors are constituted by elements consisting in two concentrical tubes with vacuum in between. Instead of using a black painted sheet of metal as the absorbing element, the internal glass tube is coated with a selective surface. The vacuum provides a high level insulation, with evident benefits in severe cold climates. In order to allow a correct sizing of systems employing such collectors, their thermal performance parameters must be determined according to standard procedures. This work show the description of a test system, built at Laboratório de Energia Solar of Universidade do Rio Grande do Sul, which enable the testing of this type of collector. This test system features a carefully calibrated instrumentation and a device, developed in this work, for measuring the water temperature difference between the collector inlet and outlet with an accuracy of 0.05 °C. A test for estimating the thermal losses and the optical properties of two evacuated tubes with different selective surfaces (Al-N/SS/Cu e Al-N/Al) was also performed. The better performance of the tube with the selective surface deposited on a copper layer was. The experimental methodology was proven to be valid and useful for determining some parameters used in simulations. A test based on the current Brazilian standard with a solar collector with twenty water-in-glass vacuum tubes was performed. Its efficiency curve and its performance parameters were determined under steady state conditions. Some differences between the obtained values and manufacturer data were detected, probably due to the difference between the test conditions. The efficiency curve obtained for the tubular solar collector was compared to the curves of two flat plane collectors. This comparison indicated that the tested collector is more efficient under situations in which the difference between the temperature of the water inside the collector and the ambient temperature are higher.

Submitted by Alice Araujo (alice.caraujo@ufpe.br) on 2018-04-13T21:07:22Z No. of bitstreams: 1 TESE Marília Souto Maior de Lima.pdf: 5515962 bytes, checksum: 93a1e083a632ff3c954960a6fdd3d14e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-13T21:07:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TESE Marília Souto Maior de Lima.pdf: 5515962 bytes, checksum: 93a1e083a632ff3c954960a6fdd3d14e (MD5) Previous issue date: 2015-08-21 / Sistemas computacionais portáteis, como smartphones, tablets, câmeras etc., estão se tornando cada vez mais complexos por implementarem novas funcionalidades que não eram possíveis até alguns anos atrás. Sem conexão contínua à rede elétrica e dependentes de bateria como fonte de energia, torna-se um desafio projetar esses sistemas para que sejam capazes de se manterem operacionais durante um longo período de tempo sem recarga. Recentemente, a tecnologia de energy harvesting surgiu como uma forma de superar o problema de fornecimento de energia para este tipo de sistema. O conceito de energy harvesting significa coletar outras formas de energia disponíveis no ambiente e transformá-las em energia elétrica (KANSAL et al., 2007). Porém, para sistemas com energy harvesting, um modelo mais sofisticado é necessário para caracterizar o fornecimento e consumo da energia disponível: como utilizar a energia captada a uma taxa adequada, a fim de manter o sistema funcionando continuamente? Este paradigma foi chamado de “energy neutral operation mode” em (KANSAL et al., 2007) e significa que, durante todo o funcionamento, a energia consumida pelo sistema deve ser inferior à energia disponível, permitindo assim que a sua operação seja contínua e sem desligamento devido à falta de energia. Se por um lado a tecnologia de energy harvesting representa uma alternativa de fornecimento de energia, por outro lado, a complexidade da concepção do projeto aumenta, uma vez que elementos relativos à gestão do consumo de energia e adaptação do desempenho do sistema devem também estar presentes. Como forma de superar esse desafio, neste trabalho é proposto um novo modelo de arquitetura para a concepção de aplicações harvesting-aware em FPGA com o objetivo de reduzir a complexidade adicional de projeto inerente a este tipo de aplicação. A principal contribuição é um modelo de arquitetura capaz de tornar harvesting-aware aplicações síncronas em FPGA que usam energia solar como fonte alternativa de energia. A estratégia adotada consiste em adaptar o consumo de energia do sistema controlando a dissipação de potência dinâmica de acordo com a previsão de energia e os níveis de desempenho definidos pelo projetista. O modelo da arquitetura foi validado com uma implementação em Verilog sintetizável num FPGA Cyclone IV e as suas principais vantagens são: pode ser utilizada num amplo escopo de aplicações, uma vez que foi modelada para controlar sistemas síncronos; causa baixo impacto sobre a concepção do projeto, pois a sua utilização não implica mudanças no código fonte da aplicação. Além disso, a inclusão dos módulos da arquitetura no projeto acarretam um baixo overhead computacional em termos de área ocupada, consumo de energia e tempo de processamento. No estudo de caso apresentado, um conversor de RGB-YCrCb foi utilizado para validar os resultados obtidos através de simulação e medições no FPGA. / Portable computing systems, such as smartphones, tablets, handheld cameras etc., are becoming increasingly more complex providing new functionalities that were not possible a few years ago. Dependent on batteries as a power source, and not connected continuously to the main supply, it becomes a challenge to design these systems to be operational for a long period of time. Recently, energy harvesting technology has emerged as a manner with which to tackle the problem of supplying energy to this type of system. The concept of energy harvesting means collecting other forms of energy available within the environment and transforming them into electrical energy (KANSAL et al., 2007). In systems with energy harvesting, a more sophisticated model is required in order to characterize the available energy: how to use the captured energy at an appropriate rate in order to keep the system running continuously? This paradigm has been called the “energy neutral operation mode” in (KANSAL et al., 2007) and means that the energy consumed by the system is less than the energy available throughout its operation, allowing its continuous operation without suffering shut downs due to the lack of energy. If on one hand energy harvesting technology represents an alternative for generating power for portable computing systems, on the other, the complexity of the project design increases, since elements regarding the management of energy consumption and adapting the application performance must be present. This fact becomes even more evident when implementing these systems in hardware. This thesis describes a novel scalable architecture model for the design of harvesting-aware applications on FPGAs. The objective of the proposed approach is to reduce the additional design complexity inherent to this type of design. The main contribution of this work is an architecture model capable of supporting applications on FPGAs that use solar energy to become harvesting aware. The adopted strategy was to adapt the energy consumption of the system by controlling the toggle rate of its signals according to the energy prediction and the performance levels set by the system designer. The architecture model was designed in a Cyclone IV FPGA and its main advantages are: it may be used within a wide range of applications, since it has been modelled to control synchronous systems; it causes a little impact on the project design, as to couple the harvesting-aware subsystem with the the application modules does not imply changes in the application source code. Moreover, the implementation of the architecture model has a low computational overhead in terms of area, power dissipation and processing time. In the case study presented, an RGB-YCrCb Converter was used as an application in order to validate the implementation data, simulation, measurements and results presented in this work.