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Riffel, Douglas; Leite, Antonio; Belo, Francisco. Simulação do aporte térmico de coletores solares planos em um tanque cilíndrico estratificado. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE ENERGIA SOLAR, 2007, Fortaleza. Anais... Fortaleza: ABENS, 2007.
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Resumo

A simulação apresentada neste artigo descreve o aporte térmico de coletores solares planos e o armazenamento dessa energia em um tanque cilíndrico estratificado. Uma aproximação numérica foi desenvolvida para representar o transitório nos coletores. Essa solução utiliza as respostas analíticas das equações de um nó ou o modelo de Hottel-Vhillier em regime permanente, corrigindo-as em função das constantes de tempo de resposta térmica e de transferência de calor. A representação da estratificação do tanque de água quente é feita através das equações implícitas de condução de calor unidimensional obtida pela técnica de volumes finitos, as quais são resolvidas pelo método de inversão de matrizes. Um estudo de caso foi proposto, almejando validar o modelo em um dia típico de funcionamento de uma central de ar condicionado solar por adsorção. Os resultados da simulação mostraram que: 1) nos casos estudados, a solução adotada se aproxima da resposta dinâmica (coeficiente de correlação muito próximo da unidade); 2) para atingir a temperatura desejada, necessita-se de coletores planos de alta eficiência como, por exemplo, o uso de coberturas com materiais isolantes transparentes (TIM) do tipo estrutura capilar; 3) por fim, a resposta do modelo frente a uma situação climática real demonstrou a viabilidade técnica do emprego dos coletores planos de alta eficiência e do tanque estratificado na central de ar condicionado.

Abstract

This paper presents a simulation for the flat-plate solar collectors and the stratified thermal storage tanks. A numerical approach was developed and compared with analytical solution. The collector model is based on the switching from steady state of the one node transient equation, correcting it with the thermal response and heat transport time. The finite volume method was used to describe the thermal stratification of the storage tank and the equation system is solved using the matrix-inversion method. A case study is proposed to validate the model for typical operational day of a central air conditioning based on adsorption and solar energy. The simulation results showed that: 1) in the studied cases, the numerical approach is closed to the dynamic response (coefficient of correlation close to one); 2) to reach the designed temperature it is need high efficiency collectors; 3) at least, the response of the model in a real weather conditions showed the technical viability of the flat-plate collectors and the stratified thermal storage tanks utilization on the central air conditioning.
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