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Otimização dos parâmetros geométricos de uma Twisted Tape para a intensificação da transferência de calor em coletor solar

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Por  Luís Gonçalves – Engenharia de Energia na UNESP

O Brasil é um país que dispõe de vastos recursos naturais que podem ser aproveitados para propósitos energéticos. Dentre as possibilidadeees economicamente viáveis e com tecnologia em plena evolução, a energia proveniente da incidência solar tem despontado como uma das mais atrativas alternativas renováveis em resposta ao crescente aumento da demanda mundial por energia, em função da intensa atividade socioeconômico das populações. Além disso, preocupações quanto aos impactos ambientais provocados pela expansão da oferta de energia a partir de fontes não renováveis são latentes e imediatas, provocando discussões de amplitude continental. Nesta conjuntura, suportado pelas favoráveis características climáticas, o Brasil emerge como um protagonista no aproveitamento da energia solar para a geração de energia elétrica e energia térmica.

O projeto de pesquisa está compreendido na ramificação da solar térmica, que avalia a conversão da energia solar para o aquecimento de água para aplicações domésticas e/ou industriais por meio de coletor solar de placa plana. Diferentemente das células fotovoltaicas que convertem a energia solar diretamente em eletricidade, a solar térmica é uma solução técnica e economicamente viável para prover energia térmica não somente para o aquecimento de água de uso doméstico, mas também para a secagem ou aquecimento industrial de processos e produtos. Em aplicação residencial, os coletores solares podem substituir os chuveiros elétricos no aquecimento da água ou minimizar sua utilização.

O objetivo do projeto é inserir dentro dos tubos destes coletores solares um dispositivo passivo intensificador da transferência de calor conhecido como Fita torcida (Twisted Tape), e realizar a otimização por meio de Algoritmo genético da configuração geométrica dessa fita, a fim de aumentar a taxa de absorção de calor do fluido (água). As fitas torcidas são muito utilizadas em trocadores de calor, pois elas geram uma distorção no escoamento que promove o aumento da mistura do fluido dentro do tubo. Entretanto, estes dispositivos também provocam uma perda de pressão no escoamento, isto é, apesar de aumentar a temperatura da água, a fita torcida aumenta a perda de carga do sistema. Como solução, utilizamos a otimização através do método Algoritmo Genético, o qual, é uma técnica inspirada pela biologia evolutiva, que usa como operadores base de evolução da solução a hereditariedade, mutação, seleção natural e recombinação, com o objetivo de identificar a melhor configuração geométrica da fita dentro do tubo que irá gerar aumento no aquecimento da água com a menor perda de carga possível no escoamento.

Uma das consequências marginais deste projeto de pesquisa, considerando o possível aumento da eficiência térmica de conversão energética, é a possibilidade de redução na área de captação solar, reduzindo, entre outros, a quantidade de materiais empregados no processo de manufatura, minimização na complexidade de instalação, redução de custo e, consequentemente, a potencialidade de aumento da competitividade da indústria solar térmica nacional.

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