| Summary: | Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2016. === Made available in DSpace on 2016-12-27T03:10:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1
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Previous issue date: 2016 === No presente trabalho de dissertação de mestrado, foi desenvolvido um protótipo em escala real de um receptor ou trocador de calor, projetado para operar junto à um concentrador solar parabólico com motor Stirling. Tal projeto foi desenvolvido em uma parceria entre o Laboratório de Tubos de Calor da Universidade Federal de Santa Catarina e a empresa sueca Cleanergy AB, que, desde 2008, comercializa sistemas de geração de energia elétrica através de motores Stirling, que utilizam ou a radiação solar ou a queima de biogás como fonte de calor. A empresa está desenvolvendo um novo equipamento híbrido capaz de gerar energia elétrica não apenas através da radiação solar ou queima de biogás, mas através das duas fontes simultaneamente. Este equipamento é assistido por um trocador de calor formado por um conjunto de termossifões de sódio. A participação do LABTUCAL no desenvolvimento do trocador de calor foi principalmente relacionada à seleção dos termossifões a serem empregados no trocador de calor. Assim, para definir as características dos termossifões de sódio, nove termossifões foram fabricados e testados em dezoito condições diferentes, visando o estudo da influência da inclinação, posição do evaporador, tipo de condensador, razão de enchimento e comprimento da seção adiabática. O processo de fabricação dos termossifões é descrito em detalhes. Gradientes de temperatura de até aproximadamente 800 °C foram observados na parede externa do condensador e motivaram a criação de um modelo de aleta com condutividade térmica efetiva para descrever o perfil de temperaturas do condensador. Dentre os resultados obtidos através da análise dos dados experimentais, dois destacam-se: o melhor desempenho dos termossifões de sódio com razão de enchimento de 80% quando comparados à razão de enchimento de 100% e a grande influência da taxa de calor rejeitado pelo condensador no perfil de temperatura do condensador. O LABTUCAL carregou todos os 48 termossifões (de 470 mm de comprimento e diâmetro interno de 18,04 mm, os quais foram carregados com 62,3 g de sódio, resultando em uma razão de enchimento de 80%) empregados no protótipo fabricado pela empresa Cleanergy AB. Testes preliminares no protótipo, realizados na sede da empresa, resultaram na geração de 7,61 kW de potência elétrica.<br> === Abstract : In this master's dissertation, a real scale prototype of a receiver or heat exchanger was developed. It was designed to operate in a concentrated solar dish Stirling engine. This project was developed in a partnership between the Heat Pipe Laboratory of the Federal University of Santa Catarina and the Swedish company Cleanergy AB, which, since 2008, sells electric power generation systems using Stirling engines heated by solar radiation or combustion of biogas. The company is developing a new hybrid equipment capable of generating electric power through not only solar radiation or biogas burning, but through both sources simultaneously. This equipment is assisted by a heat exchanger formed by a group of sodium thermosyphon. LABTUCAL participation in the development of the heat exchanger was mainly related to the selection of the thermosyphon employed in the heat exchanger. Therefore, to define the characteristics of the sodium thermosyphon, nine thermosyphon were manufactured and tested in eighteen different conditions in order to study the influence of the inclination, evaporator position, condenser type, filling ratio and length of the adiabatic section. The thermosyphon manufacturing process is described in detail. Temperature gradients up to approximately 800 °C were observed on the condenser external wall and led to the creation of an effective thermal conductivity fin model to describe the condenser temperature profile. Among the results obtained by analyzing the experimental data, two can be highlighted: the best performance of sodium thermosyphon with 80% filling ratio when compared to the filling ratio of 100% and the strong influence of the rate of heat rejected by the condenser in the condenser temperature profile. LABTUCAL charged all 48 thermosyphons (470 mm of length and internal diameter of 18.04 mm, which were charged with 62.3 g of sodium, resulting in a filling ratio of 80%) used in the prototype manufactured by Cleanergy AB. Preliminary tests on the prototype, performed at company s headquarters, resulted in the generation of 7.61 kW of electric power.
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