Técnicas de fabricação, modelagem e testes de termossifões bifásicos de sódio - efeitos de Geyser Boiling e de ponta fria

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Rodríguez Cisterna, Luis Hernán
Data de Publicação: 2019
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFSC
Texto Completo: https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/214428
Resumo: Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2019
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spelling Técnicas de fabricação, modelagem e testes de termossifões bifásicos de sódio - efeitos de Geyser Boiling e de ponta friaEngenharia mecânicaProcessos de fabricaçãoAlta temperaturaSódioTese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2019Normalmente, ciclos de potência de alta temperatura como o ciclo Brayton e o ciclo Stirling são utilizados em sistemas Concentrated Solar Power com coletores térmicos do tipo torre de aquecimento e disco parabólico respectivamente. Estes ciclos operam a temperaturas na faixa de 700 a 1000 ºC. A componente chave deste tipo de sistema é o receptor solar de alta temperatura, onde a energia térmica solar concentrada é absorvida e transferida para um gás pressurizado, o qual é utilizado no ciclo de potência. A tecnologia de termossifões bifásicos operando com sódio como fluido de trabalho se apresenta, segundo as referências bibliográficas, como uma alternativa no projeto de receptores deste tipo de plantas solares. Contudo, para a industrialização deste tipo de dispositivo, é necessário contar com processos de fabricação de termossifões que garantam bom desempenho do dispositivo, segurança durante a manipulação e baixo custo de implementação. Além disso, é necessário o conhecimento dos principais parâmetros que influenciam o seu desempenho. Portanto, neste trabalho desenvolveu-se um novo dispositivo e procedimento de carregamento de termossifões de sódio, o qual se apresenta viável para a fabricação de termossifões com sódio visando aplicações industriais, devido principalmente ao bom desempenho apresentado no termossifão, à segurança de manipulação e ao baixo custo de implementação. Ademais, propõe-se uma correlação para o coeficiente de transferência de calor na ebulição em piscina e uma correlação para o coeficiente de transferência de calor na condensação que se ajustam aos dados experimentais obtidos neste trabalho. São propostos também modelos matemáticos para estimar o fluxos de calor mínimos necessários para entrar e para sair da região de Geyser Boiling em termossifões bifásicos operando com sódio como fluido de trabalho. Finalmente, se apresentam três modelos matemáticos que permitem determinar o limite de startup, o limite do contínuo, o perfil de temperatura ao longo do condensador quando o termossifão opera com ponta fria. Os resultados obtidos em todos os modelos desenvolvidos apresentam boa concordância com os dados experimentais, mostrando que os modelos propostos podem ser utilizados em projetos de engenharia envolvendo termossifões com sódio, visando ao desenvolvimento de processos de industrialização confiáveis e seguros.Abstract: Typically, high temperature power cycles such as the Brayton cycle and the Stirling cycle are used in Concentrated Solar Power (CSP) systems with heating tower type and parabolic disk thermal collectors respectively. These cycles operate with a temperature range of 700 to 1000 ° C. The key component of this type of system is the high temperature solar receiver, where the concentrated solar thermal energy is absorbed and transferred to a pressurized gas, which is used in the power cycle. The technology of two phase thermosyphons operating with sodium as working fluid presents itself, according to specialized literature, as an alternative in the design of receivers of this solar plant type. However, for industrialization of this type of device, it is necessary to have thermosyphon manufacturing processes that guarantee good device performance, safety during handling and low implementation cost. In addition, it is necessary to know the main parameters that influence its performance. Therefore, a new device and procedure for the loading of sodium thermosyphons was developed, which is feasible for the production of thermosyphons with sodium for industrial applications, mainly due to the good performance presented in the thermosyphon, the safety during handling and the low implementation cost. Furthermore, a correlation is proposed for the pool boiling heat transfer coefficient and a correlation for the film condensation heat transfer coefficient that adjust to the experimental data obtained in this work. Also mathematical models are proposed to estimate the minimum heat fluxes required to enter and leave the Geyser Boiling region in two phase thermosyphons operating with sodium as working fluid. Finally, three mathematical models are presented that allow determining the startup limit, the continuum limit, and the temperature profile along the condenser when the thermosyphon operates with a cold tip. The results obtained in all the developed models show good agreement with the experimental data, showing that the proposed models can be used in engineering projects involving thermosyphons with sodium, aiming the development of reliable and safe industrialization processes.Mantelli, Márcia Barbosa HenriquesMilanez, Fernando HenriqueUniversidade Federal de Santa CatarinaRodríguez Cisterna, Luis Hernán2020-10-21T21:05:13Z2020-10-21T21:05:13Z2019info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesis203 p.| il., tabs., gráfs.application/pdf361926https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/214428porreponame:Repositório Institucional da UFSCinstname:Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)instacron:UFSCinfo:eu-repo/semantics/openAccess2020-10-21T21:05:13Zoai:repositorio.ufsc.br:123456789/214428Repositório InstitucionalPUBhttp://150.162.242.35/oai/requestopendoar:23732020-10-21T21:05:13Repositório Institucional da UFSC - Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)false
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