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