Otimização termo-hidráulica e exergoeconômica de aquecedores de ar solares planos utilizando técnicas de intensificação de calor tipo venezianas com potencial aplicação no agronegócio brasileiro

• Processo: 22/12073-1
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
• Data de Início da vigência: 01 de abril de 2023
• Data de Término da vigência: 31 de março de 2025
• Área do conhecimento: Engenharias - Engenharia Mecânica - Engenharia Térmica
• Pesquisador responsável: Daniel Jonas Dezan
• Beneficiário: Daniel Jonas Dezan
• Instituição Sede: Centro de Engenharia, Modelagem e Ciências Sociais Aplicadas (CECS). Universidade Federal do ABC (UFABC). Ministério da Educação (Brasil). Santo André , SP, Brasil
• Pesquisadores associados: Antonio Garrido Gallego ; Tamara Guimarães Bucalo ; Wallace Gusmao Ferreira
• Assunto(s): Energia solar Agronegócio Aquecedores Dinâmica dos fluidos computacional Transferência de calor Aprendizado computacional
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Agronegócio Brasileiro | Análise de sensibilidade de dados | Aquecedores de ar solares | Dinâmica dos Fluidos Computacional | Intensificação da transferência de calor | Otimização suportada por algoritmos de aprendizagem de máquinas | Engenharia Solar Térmica

Resumo

Em princípio, a transferência de calor entre um fluido e uma superfície sólida é aumentada através do aumento da área de contato e/ou aumento do coeficiente de transferência de calor. O uso de superfícies estendidas é amplamente utilizado em trocadores de calor, com um considerável incremento tanto na taxa de transferência de calor quanto na perda de pressão do sistema. Este projeto de pesquisa pode ser considerado multidisciplinar, envolvendo metodologias numéricas e experimentais, e tendo como etapas principais: (i) Validação da modelagem numérica a partir da comparação dos resultados numéricos com dados experimentais obtidos na Pennsylvania State University; (ii) Levantamento de correlações para número de Nusselt e fator de atrito para canais de aquecedores de ar solares com duas aletas com venezianas via modelos paramétricos e não-paramétricos (técnicas de machine learning), além da otimização do desempenho termo hidráulico destes canais sob condições escoamento turbulento (números de Reynolds variando entre 5000 e 20000) através de Dinâmica dos Fluidos Computacional (CFD). Comparações entre os modelos paramétricos e não-paramétricos para previsão do número de Nusselt e fator de atrito serão realizadas; (iii) Otimização termo econômica dos aquecedores com venezianas sob diferentes condições de operação, através de modelagem numérica unidimensional do aquecedor e; (iv) Estudos de caso visando a aplicação do novo conceito do aquecedor no agronegócio brasileiro.Na primeira etapa do projeto, a validação da modelagem numérica do aquecedor com venezianas é realizada através da comparação dos resultados numéricos com resultados experimentais obtidos na Pennsylvania State University, cujo aparato experimental está em fase final de desenvolvimento. Para a segunda etapa, simulações numéricas tridimensionais do canal do aquecedor com duas aletas com venezianas independentes são realizadas para obtenção de correlações para número de Nusselt e fator de atrito em função dos seguintes parâmetros geométricos: ângulos das venezianas, larguras das venezianas, espaçamento entre as venezianas (louver pitch), o espaçamento entre as aletas (fin pitch) e número de Reynolds. Ainda, a segunda etapa do projeto contempla a utilização de métodos de desenhos de experimentos computacionais, em conjunto com métodos de análise de sensibilidade para investigação estatística dos efeitos principais e de interação entre as variáveis na transferência de calor e perda de carga, e de processos de otimização via técnicas de aprendizagem de máquinas para maximização da relação entre a taxa de transferência de calor e potência de bombeamento para o canal. Na etapa seguinte, um modelo numérico unidimensional de aquecedores de ar solares é implementado em termos de análises energética, exergética, econômica e exereconômica. Análise de sensibilidade e otimização termo econômica serão consideradas neste contexto com o intuito de quantificar o impacto das condições ambientais, geométricas e operacionais dos aquecedores com venezianas na energia útil anual disponibilizada pelo sistema, e da maximização deste mesmo parâmetro, tendo como restrição a maximização do parâmetro exergoeconômico (¾_ex). Por fim, na quarta etapa do projeto, o modelo computacional completo é usado para estudos de viabilidade termo econômica da aplicação dos aquecedores aqui propostos no agronegócio brasileiro. (AU)

Publicações científicas

(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)

DUARTE, RAFAEL M. D.; SALVIANO, LEANDRO O.; FERREIRA, WALLACE G.; DEZAN, DANIEL J.. Numerical investigation of heat transfer enhancement by using louvered-winglet vortex generators mounted in a solar air heater channel-type. JOURNAL OF THERMAL ANALYSIS AND CALORIMETRY, v. 148, n. 24, p. 22-pg., 2023-11-01. (22/12073-1)

PELISSARI, FELIPE; FILHO, JOSE C. COSTA; FERREIRA, WALLACE G.; DEZAN, DANIEL J.. Surrogate-based optimization applied to parabolic trough collectors with variable geometry. JOURNAL OF THERMAL ANALYSIS AND CALORIMETRY, v. 149, n. 24, p. 28-pg., 2024-12-05. (22/12073-1)

PINTO, RODRIGO VIDONSCKY; DUARTE, RAFAEL MODOLO DIAS; FERREIRA, WALLACE GUSMAO; DEZAN, DANIEL JONAS. Thermal-hydraulic performance evaluation of solar air heaters containing longitudinal vortex generators: review and meta-analysis. Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering, v. 47, n. 4, p. 20-pg., 2025-04-01. (22/12073-1)