Enunciado
FenTrans, MecFlu, TransCal e TransMassa - Incropera - Fundamentos de Transferência de Calor e Massa- Ed: 7º - Capítulo 6.Problemas - Ex. 11
11. Um coletor solar concentrador é constituído por um refletor parabólico e um tubo coletor de diâmetro D, através do qual escoa um fluido de trabalho que é aquecido pela irradiação solar concentrada. Ao longo do dia, o refletor é reposicionado lentamente para seguir o sol. Para condições de vento caracterizadas por um escoamento horizontal normal ao eixo do tubo, o coeficiente de transferência de calor local na superfície do tubo varia, como
mostrado no esquema, para várias posições do refletor.
(a) Estime o valor do coeficiente de transferência de calor médio sobre toda a superfície do tubo coletor para cada um dos três casos.
(b) Supondo que o tubo recebe a mesma quantidade de energia solar em cada um dos três casos, em qual caso o coletor teria a maior eficiência?
Passo 1
Letra (a)
Suponha que a irradiação solar seja independente da orientação do refletor.
Determine a relação entre o coeficiente de convecção médio e o coeficiente de convecção local, conforme mostrado.
Resolva a integral :
Portanto, o coeficiente médio de transferência de calor pode ser estimado como o valor médio do coeficiente local de transferência de calor.
Portanto, no caso 1, o coeficiente médio de convecção é , no caso 2, o coeficiente médio de convecção é , no caso 3, o coeficiente médio de convecção é .
Passo 2
Letra (b)
O tubo coletor será mais quente que o ar ambiente. No caso 2, o refletor parabólico protege parcialmente o tubo coletor do vento, resultando em coeficientes de transferência de calor reduzidos. O fluxo adjacente ao tubo também sofre uma mudança de direção no caso 2, com um grande padrão de recirculação estabelecido atrás do refletor.
As perdas convectivas do tubo coletor diminuirão a eficiência geral do coletor. Portanto, o Caso 2 terá a maior eficiência do coletor.
Resposta
- Explicação em texto