Processos de transferência de calor com mudança de fase de elevado desempenho aplicados ao aproveitamento de energia solar

• Processo: 16/09509-1
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Temático
• Data de Início da vigência: 01 de julho de 2017
• Data de Término da vigência: 30 de junho de 2023
• Área do conhecimento: Engenharias - Engenharia Mecânica - Fenômenos de Transportes
• Pesquisador responsável: Gherhardt Ribatski
• Beneficiário: Gherhardt Ribatski
• Instituição Sede: Escola de Engenharia de São Carlos (EESC). Universidade de São Paulo (USP). São Carlos , SP, Brasil
• Pesquisadores principais: Jose Alexandre Diniz ; José Roberto Simões Moreira ; Luben Cabezas Gómez
• Pesquisadores associados: Arganthael Berson ; Cristiano Bigonha Tibirica ; Giuseppe Antonio Cirino ; John Richard Thome ; Luben Cabezas Gómez ; Luis Alberto Mijam Barea ; Mario F. Trujillo ; Newton Cesario Frateschi ; Stanislav Moshkalev ; Sushanta Mitra
• Auxílio(s) vinculado(s): 19/08577-1 - EMU concedido no processo 16/09509-1: câmera de alta velocidade phantom V2012, AP.EMU; 18/23030-6 - 2019 Photonics West-OPTO, AR.EXT; 17/26691-0 - EMU concedido no processo no 2016/09509-1: câmera infravermelha FLIR X6580sc, AP.EMU
• Bolsa(s) vinculada(s): 23/02383-6 - Desenvolvimento de um modelo do método de lattice Boltzmann do campo de fases para a simulação da mudança de fase líquido-gás térmica para aplicações de engenharia, BP.DD; 22/02665-9 - Estudo de aspectos transientes do mecanismo de ebulição convectiva no interior de microcanais através de termografia IR, BP.DD; 21/03632-4 - Estudo de métodos de controle da condutância térmica de tubos de calor pulsante, BP.IC; + mais bolsas vinculadas 20/10867-5 - Análise experimental do campo de velocidade e da distribuição de temperatura da superfície de microcanais durante ebulição convectiva por meio de termografia por infravermelho e ferramentas de aprendizado de máquina, BP.PD; 20/14819-5 - Avaliação experimental do efeito da nucleação de bolhas em condições confinadas na distribuição do escoamento em dissipadores de calor compostos por multi-microcanais, BP.IC; 20/12919-2 - Estudo do método de Lattice Boltzmann aplicado à micro fluidodinâmica: desenvolvimento e uso de simuladores de alto desempenho em arquiteturas de memória compartilhada, BP.PD; 20/10923-2 - Avaliação do comportamento hidrodinâmico e dos mecanismos de transferência de calor durante a ebulição convectiva em microcanais em condições de secagem de parede, BP.DD; 20/08211-4 - Estudo experimental de absorção de amônia-água avaliado em condições reais de operação do ciclo de refrigeração, BP.PD; 20/02062-7 - Estudo de aspectos transientes do mecanismo de ebulição convectiva no interior de microcanais através de termografia IR, BP.DD; 19/22105-5 - Estudo da ebulição convectiva de fluidos quase-críticos visando sua aplicação em ciclos Rankine orgânicos, BP.DR; 19/21022-9 - Estudo do método de rede de Boltzmann para simulação numérica de processos hidrodinâmicos e térmicos em microcanais, BP.IC; 19/01755-1 - Desenvolvimento de um microssensor e sua aplicação na avaliação da espessura do filme líquido durante a ebulição convectiva em microcanais em condições próximas a secagem de parede, BP.MS; 18/13358-4 - Projeto, fabricação e caracterização de aquecedores e termopares de filmes finos para uma plataforma de testes de dissipadores de calor de alta eficiência, BP.IC; 18/23538-0 - A fabricação dos multi-microcanais para o desenvolvimento de processos de transferência de calor de elevado desempenho com mudança de fase aplicados ao aproveitamento de energia solar, BP.PD; 17/25558-5 - Desenvolvimento de técnicas de medição da transferência de calor em tubos de calor pulsante, BP.IC; 18/09041-5 - Estudo do Método Lattice Boltzmann para modelagem de escoamentos em microcanais de absorvedores solares, BP.DD; 15/24834-3 - Desenvolvimento de dissipadores de calor de alto desempenho baseados em multi-microcanais contendo superfícies micro- e nanoestruturadas visando aplicações em receptores solares, BP.PD - menos bolsas vinculadas
• Assunto(s): Absorção Ebulição Escoamento bifásico Energia renovável Energia solar Termometria
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Absorção | Ebulição | Energia Solar | escoamento bifásico | termometria infravermelha | Tubos de Calor | Transferência de Calor e Energia Solar

Resumo

A irradiação solar se trata de fonte de energia renovável cuja utilização depende de sua conversão em calor e/ou eletricidade, e que na última década teve sua importância econômica e tecnológica gradativamente elevada. Na sua conversão, trocadores de calor são necessários, seja para aproveitar o calor gerado por um absorvedor/receptor ou no resfriamento de células fotovoltaicas. A radiação concentrada em receptores solares pode proporcionar fluxos de calor superiores a 150W/cm2, correspondendo a 1500 vezes a irradiação solar na superfície terrestre. A manutenção de fluxos de calor desta magnitude para diferenças de temperatura restritas em condições seguras, trata-se de um tema de pesquisa recorrente na área de ciências térmicas e que tem se apresentado como um grande desafio para engenheiros e pesquisadores. Neste contexto, a presente proposta tem como objetivo geral o estudo de aspectos fundamentais e o desenvolvimento de dispositivos baseados em processos de transferência de calor com mudança de fase aplicados ao aproveitamento de energia solar. Como objetivos específicos apresentam-se os seguintes: (i) desenvolvimento de absorvedores de calor de elevado desempenho baseados na ebulição convectiva em multi-microcanais. Tal desenvolvimento se baseará em resultados experimentais levantados através de técnicas de termografia infravermelha aplicadas a canais únicos e multicanais e análises considerando resultados de simulações numéricas através do método de Boltzmann; (ii) desenvolvimento de técnicas inovadoras de microfabricação e aplicação destas na manufatura de absorvedores de calor de alto desempenho e todo o instrumental necessário ao seu estudo utilizando infraestruturas do Laboratório de Pesquisa em Dispositivos (LPD) do Departamento de Física Aplicada (DFA) do Instituto de Física "Gleb Wataghin" (IFGW), do Centro de Componentes Semicondutores e de Nanotecnologia (CCSNano) e do Laboratório Multiusuários do IFGW (LAMULT); (iii) desenvolvimento de técnicas de instrumentação e controle para transferência de calor com mudança de fase aplicadas em circuitos passivos pulsados. Estes possuem potencial de ser utilizados como aletas de alta eficiência operando com mudança de fase em seu interior. No presente projeto seu desenvolvimento estaria relacionado a sua aplicação no interior dos trocadores de calor no sistema de refrigeração por absorção, podendo ser utilizados tanto no absorvedor como no gerador, reduzindo assim o volume destes dispositivos; (iv) estudo experimental do processo de absorção por filme descendente para a mistura amônia-água visando o desenvolvimento de um absorvedor. Ciclos de absorção, aplicados ao condicionamento de ar, combinados a geração de energia a partir da irradiação solar tornam-se extremamente atrativos considerando a utilização de calor remanescente de um processo de geração fotovoltaica de uma máquina térmica operando segundo os ciclos Stirling, Ericsson ou orgânico de Rankine. Finalmente, vale destacar que o presente projeto envolve temas de fronteira do conhecimento e estratégicos ao desenvolvimento do estado de São Paulo, combinando o aproveitamento de energia renovável com técnicas complexas de micro fabricação. Nele constam desafios envolvendo aspectos fundamentais e teóricos somados ao elevado potencial para o desenvolvimento de novas tecnologias e produtos possíveis de aplicações imediatas. (AU)

Publicações científicas

(36)

(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)

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Patente(s) depositada(s) como resultado deste projeto de pesquisa