III dia da indústria heliotérmica Utilização de sistemas de concentração termossolar para geração de vapor utilizando a tecnologia com espelhos de Fresnel Júlio César Passos Departamento de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Santa Catarina LEPTEN -Laboratórios de Engenharia de Processos de Conversão e Tecnologia de Energia Professor titular Email: julio.passos@ufsc.br Obs.: Grande parte do material desta apresentação foi retirada do Exame de Qualificação do doutorando Victor César Pigozzo Filho. Universidade Presbiteriana Mackenzie, São Paulo, 26 de agosto de 201
Universidade Federal de Santa Catarina DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA/ LEPTEN Principais áreas de trabalho: Concentração Heliotérmica(CSP-Fresnel-DSG), Transferência de Calor com Mudança de Fase(ebulição e condensação), Energia Eólica Atividades e avanços na área de energia heliotérmica: Pesquisa em CSP-Fresnel-DSG(análise experimental e numérica) AMU-Aix-Marseille Université(doutorado sanduíche de Alexandre Bittencourt de Sá) SUN-CNIM, La Seyne sur Mer-França. Construção de uma bancada CSP-Fresnel-DSG(campo solar e absorvedor), com 60 m 2 de área (54 m 2 de espelhos), equivalente a 30 kwtérmicos; Testes com espelhos conformados no LEPTEN-UFSC; Conclusão do campo solar e do absorvedor; Defesa de duas teses de doutorado e de uma dissertação de mestrado, além de trabalhos de final de curso. 2
Geração direta de vapor - A geração direta de vapor é uma tendencia nos CFL devido às características construtivas mais favoráveis deste com relação a CCP. - Em muitos processos industriais, vapor na temperatura de 200 C é suficiente. - Para estas temperaturas, o menor custo dos CFL tende a compensar sua menor eficiência.
Fresnel Boiling Absorvedor 10 Linhas de espelhos Largura: 5 m Comprimento: 12 m Altura do absorvedor: 4 m Área total: 60 m² Área de espelhos: 54 m² Potência nominal (est.): ~ 27 kwth
- Análise geométrica do Fresnel Design do Fresnel
Monte Carlo Ray tracing - código desenvolvido no MATLAB. Design do Fresnel
- Influência na altura do absorvedor Design do Fresnel
Design do Fresnel - Influência na altura do absorvedor - Fator de preenchimento (área de espelhos/ área total)
Design do Fresnel - Influência na altura do absorvedor - Fator de preenchimento (área de espelhos/ área total) - Perfil de concentração no absorvedor: foco = 1.1 Cascaes (2015)
Design do Fresnel - Influência na altura do absorvedor - Fator de preenchimento (área de espelhos/ área total) - Perfil de concentração no absorvedor: foco = 1.1
Campo de espelhos - Espinhas de peixe: peça cortada a laser para fornecer a curvatura desejada para os espelhos - Cantoneiras longitudinais são coladas no espelho e nas espinhas de peixe para transmitir a tensão de deformação ao longo do comprimento - Espelhos colados com cola tipo epoxi
Campo de espelhos - A estrutura dos espelhos é fixa nos eixos - Eixos: tubos quadrados 60 x 60 - Superdimensionado! - Cada eixo tem 4 m de comprimento e é apoiado em mancais de rolamento nas extremidades - 120 espelhos serão utilizados - 1 m c0mprimento - 45 cm de largura - 3 mm de espessura
Espelhos conformados a frio no LEPTEN/UFSC convexidade de 2,5 mm
Sistema de rastreamento solar Sistema responsável pelo posicionamento os espelhos ao longo do dia, de acordo com a posição do sol. No Fresnel a relação ente o movimento do sol e dos espelhos é de 2:1 - Mecanismo projetado: - Faixa de operação: -+ 40 (espelhos) ou -+ 80 (sol) - Precisão do posicionamento: 0,1 - O ângulo de incidência solar transversal ao Fresnel é obtido com equações solares. - A orientação dos espelhos é medida com inclinômetro - O bom funcionamento desse sistema é fundamental para se obter boas eficiências e fluxos de radiação elevados no centro do absorvedor
Absorvedor Absorvedor de chapas de alumínio prenchidas com lã de rocha para isolamento térmico. Espessura do isolamento: 75 mm Condutividade térmica: 0,04 W/m.K
Absorvedor - Janela de vidro para minimizar as perdas de calor para o ambiente. Espaço não evacuado - Tubos absorvedores: 6 tubos de aço inoxidável, com 1 pol. de diâmetro externo e 1,2 mm de parede. Recobrimento seletivo dos tubos absorvedores: Tinta: Solkote Solec Emissividade: 0,20-0,49 Absortividade: 0,88 0,94 Temperatura: -73 538 C
Absorvedor Extensão do suporte do absorvedor para movimentação. Redução de perdas de final de linha. 1,7 m
Instrumentação Termopares no absorvedor - Temperatura do fluido - Temperatura da parede do tubo - Temperatura no isolamento - Temperatura do ar na cavidade - Temperatura do vidro
Instrumentação Termopares no absorvedor - Temperatura do fluido - Temperatura da parede do tubo - Temperatura no isolamento - Temperatura do ar na cavidade - Temperatura do vidro
Instrumentação Termopares no absorvedor - Temperatura do fluido - Temperatura da parede do tubo - Temperatura no isolamento - Temperatura do ar na cavidade - Temperatura do vidro
Instrumentação Termopares no absorvedor - Temperatura do fluido - Temperatura da parede do tubo - Temperatura no isolamento - Temperatura do ar na cavidade - Temperatura do vidro
Instrumentação Termopares no absorvedor - Temperatura do fluido - Temperatura da parede do tubo - Temperatura no isolamento - Temperatura do ar na cavidade - Temperatura do vidro
Instrumentação Termopares no absorvedor - Temperatura do fluido - Temperatura da parede do tubo - Temperatura no isolamento - Temperatura do ar na cavidade - Temperatura do vidro
Instrumentação Termopares no absorvedor - Temperatura do fluido - Temperatura da parede do tubo - Temperatura no isolamento - Temperatura do ar na cavidade - Serão utilizados termopares com bainha de inox - Temperatura do vidro - Os termopares terão uma blindagem contra a radiação solar - Transdutores de pressão serão utilizados em alguns pontos do escoamento
Instrumentação Outras medições: - Vazão de escoamento - Temperatura ambiente - Radiação Solar Direta (DNI): Estação solarimétrica do Labsolar/LEPTEN - Velocidade e direção do vento - Inclinômetro
Layouts de escoamento - Diferentes layouts de escoamento é um dos graus de liberdade de um absorvedor multitubos para Fresnel - É possível acoplar a intensidade do fluxo de radiação ao longo da largura do absorvedor com o coeficiente de convecção interna nos tubos - A conexão entre os tubos é desafiadora devido a falta de espaço e à dilatação térmica diferente para os tubos - A influência nas perdas térmicas deve ser mínima - Outros layouts poderão ser utilizados, inclusive com outra quantidade de tubos
Equipe do Projeto Heliotérmica-LEPTEN/UFSC Professor Júlio César Passos Doutorandos: Alexandre Bittencourt de Sá e Victor Pigozzo Mestrandos: Yves Garnard + 2 mestrandos (Selen e Willian) Alunos de IC: João Pedro G. Trancoso, Pedro M. Brogni e Lauro Oliveira Pós-doutorando: Loïc Tachon(bolsista CAPES)
Muito obrigado pela atenção!