Simulação fluidodinâmica de um reator solar

• Autor(a) principal: Campos, Luiz Felipe de Oliveira
• Data de Publicação: 2011
• Tipo de documento: Trabalho de conclusão de curso
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFRJ
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/11422/18568
• topic: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::ENGENHARIA TERMICA::TERMODINAMICA; CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::OPERACOES INDUSTRIAIS E EQUIPAMENTOS PARA ENGENHARIA QUIMICA::REATORES QUIMICOS; Energia solar; Modelo matemático; Reator solar; Radiação

Nos últimos anos tem havido uma crescente preocupação em relação à utilização das fontes convencionais de energia, provenientes basicamente de combustíveis fósseis, e seus impactos negativos sobre o meio ambiente. Por ser uma fonte de energia limpa e teoricamente inesgotável, a energia solar tem sido muito explorada e a via de armazenamento da mesma através de ciclos termoquímicos representa um dos desafios atuais neste campo de estudo. Atualmente, o armazenamento da energia solar é realizado termoquimicamente por meio de reações químicas endotérmicas, em que a fonte de energia é a radiação solar. A reação de redução térmica do óxido de zinco em reatores solares produz o zinco gasoso que, ao sofrer hidrólise, produz hidrogênio. Este último pode ser utilizado como combustível não poluente, representando uma possível solução no campo energético. Em estudos anteriores foi desenvolvida uma geometria ótima para o reator solar baseando-se na minimização da fração molar de zinco na região próxima à janela de entrada da radiação solar, o que evitaria sua deposição sobre a mesma e a consequente queda na eficiência de transmissão da radiação. O modelo matemático desenvolvido em tais estudos para a simulação do processo e posterior avaliação da geometria não levou em consideração os efeitos da radiação, os quais podem influenciar decisivamente no campo de escoamento. O objetivo principal do presente trabalho foi gerar um modelo matemático que levasse em consideração os efeitos do campo de radiação, analisar as possíveis modificações causadas sobre o escoamento e, consequentemente, avaliar a geometria proposta nas novas condições. De acordo com os resultados, foi possível concluir que apesar das grandes alterações nos perfis de velocidade e de temperatura, a geometria conseguiu manter a concentração de zinco baixa na região próxima à janela do reator, cumprindo assim seu objetivo. Entretanto, foi verificado que o projeto do reator permite zonas preferenciais de irradiação do leito, acarretando taxas mais baixas de reação nas regiões de menor incidência de radiação