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Análise Experimental de um Secador Híbrido Solar Elétrico Alimentado por um Sistema Fotovoltaico
A população mundial deve passar de 7,7 bilhões de indivíduos em 2019 para 9,7 bilhões em 2050, de acordo com a ONU. O aumento populacional mundial leva a uma maior demanda por alimentos. Diversas iniciativas têm promovido a adoção de boas práticas agropecuárias e o emprego de tecnologias em todas as etapas da produção como meios de se aumentar a oferta de alimentos. No entanto, o equilíbrio entre oferta e demanda só pode ser conseguido através da redução das perdas alimentares e do uso de sistemas sustentáveis. É importante também a redução das perdas alimentares e o uso de fontes renováveis de energia para aumentar a sustentabilidade mundial. No presente projeto, é proposta a análise de um secador híbrido solar elétrico para secagem de alimentos. No dispositivo, o ar de secagem é aquecido pela radiação solar incidente sobre o mesmo. Em períodos de baixa ou nenhuma insolação, uma resistência elétrica auxilia na manutenção da temperatura do ar acima da temperatura ambiente, garantindo que o produto não reabsorva umidade. A sustentabilidade é garantida através do uso de um sistema fotovoltaico para alimentar a resistência e os ventiladores. Além disso, o sistema fotovoltaico será posicionado de maneira a realizar o pré-aquecimento do ar de secagem, aumentando a sua temperatura e aumentando a eficiência de secagem do dispositivo. Pretende-se utilizar uma análise termodinâmica para avaliar a eficiência energética e exergética do secador, além da eficiência de secagem.
Financiador: CNPq (Produtividade em pesquisa).
Estudo da eficiência de um coletor solar para aquecimento de água
Os impactos ambientais decorrentes da degradação oriunda da ação humana fizeram com que a busca por fontes limpas de energia se tornasse uma realidade. Dentro deste contexto, a energia solar se destaca por ser uma fonte limpa, renovável e pouco poluente. O aquecimento solar de água é a aplicação de energia solar mais consolidada no Brasil e no mundo. No entanto, o movimento diário e sazonal da Terra afeta a intensidade da radiação solar incidente, o que afeta a eficiência dos coletores solares. O aumento da eficiência pode ser conseguido através do correto posicionamento dos equipamentos e de alterações construtivas. Neste projeto, pretende-se modelar um coletor solar e avaliar a sua eficiência instantânea para diferentes configurações, para a cidade de Belo Horizonte. Serão avaliados aspectos construtivos e operacionais, como número de coberturas, utilização de superfícies seletivas e inclinação dos coletores. Pretende-se obter uma configuração para o coletor que aumente a sua eficiência, avaliando-se ainda o impacto ao longo do ano.
Desenvolvimento de um modelo matemático para avaliação de coletores solares de piscina
Os sistemas de aquecimento solar de piscina são usados para converter a energia solar em calor para aquecer a água de piscinas. Esses sistemas geralmente são compostos por um coletor solar, um filtro, uma bomba e uma válvula de controle de fluxo. Para garantir a qualidade, os coletores solares de piscina solar são testados por normas técnicas regulamentadoras e, em seguida, classificados com base em sua eficiência térmica. As normas da ABNT NBR 15747 regulamentam esses testes no Brasil. Os coletores podem ser testados ao sol ou em simuladores solares; no entanto, quando são testados expostos diretamente ao sol, o tempo de ensaio é geralmente grande, por ser exigida uma radiação solar mínima por um tempo determinado. Sendo assim, é interessante a utilização de simuladores solares, como o disponível no Laboratório GREEN PUC Minas. Um dos requisitos da norma é uma área de absorção do coletor de 3 m2, mas o simulador solar da PUC comporta coletores de até 2,67 m2. Propõe-se neste projeto o desenvolvimento de um modelo matemático para a determinação da eficiência térmica de coletores de piscina, para se avaliar a possibilidade de testes em módulos menores e a posterior adequação da eficiência esperada para coletores maiores. O modelo será inicialmente desenvolvido utilizando-se uma análise global, mas pode-se estender a análise diferencial do escoamento, utilizando-se técnicas de CFD.
Avaliação da estabilidade de equipamentos de movimento provocados pela ação do vento
Desenvolvimento de uma metodologia para análise dinâmica de equipamentos que contemple a integração das técnicas CFD (computational fluid dynamics) e MBD (multi-body dynamics), proporcionando a avaliação de deslocamentos decorrentes de graus de liberdade de equipamentos de movimento operando sob cargas de vento, possibilitando aumentar os limites de trabalho atuais. A produtividade desses equipamentos depende diretamente do tempo em que podem estar em operação, e o vento é um dos limitadores cruciais neste caso, impedindo que os mesmos operem sob velocidades de vento determinadas por cálculos analíticos e altos coeficientes de segurança. O objetivo geral deste trabalho é criar uma metodologia adequada para avaliação das influências das cargas de vento em equipamentos de grande porte, determinando com mais precisão em quais velocidades a operação e a estabilidade podem estar comprometidos.
Análise computacional do escoamento de fluido multifásico em processo de filtragem
Este projeto propõe a aplicação de modelos computacionais em CFD (Computational fluid dynamics) e DEM (Discrete elements method), para a análise da filtragem de polpa de minério. O presente projeto tem como objetivo entender os efeitos dinâmicos exercidos em um filtro de polpa de minério durante um ciclo de operação. É proposta a criação de um modelo experimental instrumentado para obtenção dos parâmetros de entrada e de saída. Um modelo computacional similar ao experimental será elaborado, calibrado e utilizado para avaliar a influência dos parâmetros de entrada nos resultados.
Avaliação da Viabilidade Técnica de uma Chaminé Solar de Pequenas Dimensões
A busca por fontes alternativas de energia tem se tornado uma necessidade nos dias atuais. Dentro deste contexto, a energia solar se destaca por ser uma fonte limpa, renovável e pouco poluente. Chaminés solares são dispositivos que usam a energia solar para gerar um escoamento de ar quente, combinando as tecnologias de coletores solares (ou coberturas), chaminés e turbinas. Usualmente, o escoamento gerado é utilizado para acionar uma turbina eólica e gerar eletricidade, mas o escoamento também pode ser usado para outros fins, como secagem de produtos agrícolas. Neste projeto, pretende-se avaliar a viabilidade técnica de uma chaminé solar de pequenas dimensões, através de ensaios experimentais em um protótipo que está sendo construído. Pretende-se avaliar a relação entre os valores de vazão e temperatura alcançadas pelo escoamento com as condições ambientais (temperatura ambiente, umidade e radiação solar).
Financiador: FIP PUC Minas. Finalizado.
Análise Numérica de uma Chaminé Solar de Pequenas Dimensões
Financiador: FAPEMIG. Finalizado.
Análise termofluidodinâmica de uma chaminé solar
A energia solar é uma fonte de energia limpa, abundante e renovável. Dentre os dispostivos que utilizam energia solar como fonte de energia, podem ser citados coletores de água para aquecimento, painéis fotovoltaicos, secadores agrícolas, chaminés solares, entre outros. Chaminés solares são dispositivos que usam a energia solar para gerar um escoamento de ar quente, combinando as tecnologias de coletores solares, chaminés e turbinas. Usualmente, o escoamento gerado é utilizado para acionar uma turbina eólica e gerar eletricidade; no entanto, para que se consigam custos de geração competitivos em relação às fontes convencionais, são requeridas grandes dimensões para as chaminés solares. O escoamento gerado em dispositivos com menores dimensões pode ser usado para outros fins, como a secagem de produtos agrícolas. A determinação teórica do desempenho de uma chaminé solar depende fortemente da velocidade e temperatura que serão alcançados pelo escoamento. Portanto, é de fundamental importância a criação de modelos que possam prever estas características em função das dimensões físicas da chaminé solar e de parâmetros ambientais. Neste projeto, pretende-se propor um modelo teórico para se estimar a radiação solar incidente e a temperatura ambiente ao longo do ano, bem como um modelo teórico para se estimar a vazão e temperatura média de saída do escoamento, em função dos parâmetros ambientais estimados anteriormente. Pretende-se ainda desenvolver um modelo computacional para se estimar os campos de velocidade e temperatura no interior do dispositivo, utilizando-se a técnica de Dinâmica dos Fluidos Computacional (CFD). Finalmente, será feita uma análise de 1ª e 2ª Leis da Termodinâmica para se estimar a energia absorvida pelo escoamento e a taxa de exergia perdida para o ambiente, utilizando-se dados experimentais de um protótipo.
Financiador: CNPq (Produtividade em pesquisa). Finalizado.
Análise numérica e experimental de um túnel de vento para baixas velocidades
A aerodinâmica é um desmembramento da dinâmica dos fluidos e tem como objetivo entender os fenômenos fluidodinâmicos específicos do ar e sua influência quando escoando sobre as estruturas de corpos a ele submetidas. Apesar do conhecimento das leis fundamentais e do aprimoramento das ferramentas de pesquisa, as indústrias aeronáutica e automobilística continuam a dispender gastos muito elevados para a execução de ensaios com modelos em escala real de seus produtos. Nesse projeto foi proposta a caracterização numérica e experimental de um túnel de vento para baixas velocidades de circuito aberto e do escoamento ao redor de um cilindro circular inserido em sua seção de testes. Avaliou-se ainda a influência de um ressonador de Helmholtz. Para a simulação experimental, foram utilizados um tubo de Pitot e anemômetros de fio quente. Foram realizadas simulações numéricas através do programa ANSYS CFX, testando a influência de modelos de turbulência. Dentro deste projeto, já foram realizados uma tese de doutorado e 6 dissertações de mestrado. Finalizado.
Avaliação da influência de parâmetros no desempenho de coletores de banho
Um fator de grande relevância para a aplicabilidade dos coletores é a sua eficiência térmica. Tal característica pode ser afetada por diversos fatores, como a temperatura ambiente, a vazão e a radiação solar. Neste trabalho, pretende-se avaliar experimentalmente a influência destes parâmetros na eficiência de um coletor solar plano. Foi selecionado um modelo disponível no mercado nacional, que possui características frequentes entre os modelos de mesma categoria. Foram realizados ensaios experimentais utilizando-se um simulador solar, variando-se os parâmetros nas faixas permitidas pela norma ABNT NBR 15747:2009. A partir dos dados obtidos, foram determinadas as eficiências térmicas e as produções mensais específicas de energia. Finalizado.
Avaliação numérica do escoamento no interior de um coletor de piscina
Os sistemas de aquecimento solar de piscina são utilizados para converter a radiação oriunda do Sol em calor para esquentar água de piscinas. Geralmente esses sistemas são compostos por um coletor solar, um filtro, uma bomba e uma válvula de controle de vazão. Neste projeto propõe-se a análise numérica do comportamento do fluido em um coletor solar aberto polimérico. A análise consiste em verificar a precisão de uma simulação de coletor de piscina, comparando a temperatura alcançada no fluido no tubo de saída em um domínio real com um virtual, após o fluido ter sido aquecido pelo coletor. Portanto, desenvolveu-se um modelo CAD de um coletor solar aberto, baseado em um coletor real, para ser testado em condições de contorno específicas através de análise numérica usando técnicas CFD. O coletor solar de piscina real foi experimentado em um laboratório de simulação solar nas mesmas condições de contorno específicas. Finalizado.
Avaliação de um secador híbrido solar elétrico
CÁTEDRA EQUIPAMENTOS PORTUÁRIOS
A Cátedra de Equipamentos Portuários tem como objetivo o aumento da compreensão sobre os equipamentos portuários, desde sua concepção até o entendimento de suas respostas frente às condições a que estão submetidos, sejam estas decorrentes dos fatores ambientais e ou operacionais. Esta compreensão permitirá ter a máquina adequada à operação que se pretende submetê-la, resultando em melhoria de desempenho e consequente aumento de disponibilidade, resultando em aumento da confiabilidade e consequente queda dos custos de manutenção.
Financiador: Vale
Integrante
Estudo de Problemas Emergentes de Confiabilidade de Módulos Fotovoltaicos: Sujidade na Superfície e Acoplamento Fotônico em Materiais Solares (Emerging Reliability issues for Photovoltaic Modules: Surface Soiling and Fundamental Photon Coupling)
Financiador: CAPES
Avaliação Numérica e Experimental de um Arranjo de Cilindros em um Túnel de Vento