Investigação experimental do comportamento térmico de termossifões aplicados a coletores solares utilizando nanofluido de óxido de grafeno

• Autor(a) principal: Dimbarre, Victor Vaurek
• Data de Publicação: 2021
• Tipo de documento: Trabalho de conclusão de curso
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
• Texto Completo: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/26612
• topic: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA; Coletores solares; Tubos de calor; Análise térmica; Solar collectors; Heat pipes; Thermal analysis

Os termossifões são dispositivos passivos de transferência de calor assistidos pela gravidade utilizando, o calor latente de vaporização de seu fluido de trabalho operando em ciclo bifásico. Esses dispositivos são capazes de transferir grandes quantidades de calor com pequenos gradientes de temperatura. Entre outras aplicações, os termossifões são comumente usados em coletores solares a vácuo de alta pressão, com o objetivo de melhorar a eficiência térmica desses trocadores de calor. Os termossifões são compostos por três partes, o evaporador, que tem por função absorver o calor e transferir ao fluido de trabalho para que ele evapore e por diferença de pressão ascenda ao evaporador; o condensador, que tem por função trocar calor com o fluido de arrefecimento para que o fluido de trabalho possa condensar e retornar ao evaporador; e por fim, a seção adiabática. O objetivo deste Trabalho de Conclusão de Curso foi analisar experimentalmente a influência da aplicação de nanofluido de óxido de grafeno, nas concentrações volumétricas de 5% e 10%, no desempenho térmico, sob diferentes valores de inclinação de trabalho e de razão de preenchimento, visando o estabelecimento de condições ótimas. Para isso foram construídos termossifões com comprimento do evaporador de 1600mm, 40mm de seção adiabática e 35mm de condensador, a partir de um tubo de cobre de 1/4" de diâmetro externo sem costura. Primeiramente foi avaliado o comportamento dos fluidos de trabalho (água destilada, nanofluido de óxido de grafeno com 5% e 10% em concentrações volumétricas), com diferentes vazões volumétricas do fluido de resfriamento no condensador do termossifão (1,00L/min, 0,75L/min e 0,50L/min), sob diferentes cargas térmicas (35W, 55W e 75W), com razão de preenchimento de 50% e inclinação de trabalho de 25°, devido à latitude da cidade de Ponta Grossa/PR, que é de 25° 5' 40'. Concluiu-se que para as diferentes cargas térmicas as condições de vazão volumétrica de 0,75L/min e o nanofluido de óxido de grafeno 5% apresentaram as melhores condições. Na segunda etapa dessa investigação experimental foi analisada a influência da inclinação de trabalho (17°, 25° e 35°) e foi concluído que a inclinação de trabalho de 35° teria a menor resistência térmica para as condições estabelecidas. Na terceira etapa foi estudada a influência da razão de preenchimento (30%, 40% e 50%), onde a razão de preenchimento de 40% apresentou a menor resistência térmica. Com os parâmetros pré-definidos, foi executado um estudo experimental comparativo do comportamento térmico entre os termossifões com nanofluido de óxido de grafeno 5% e com água destilada com tais parâmetros e foi concluído que para pequenas cargas térmicas o nanofluido apresenta resistência térmica consideravelmente menor, porém para cargas térmicas maiores seus valores são muito próximos.