Análise energética do sistema de secagem solar

A análise energética do sistema de secagem solar foi realizada para os experimentos 3 (EXP3) e 4 (EXP4), experimentos realizados com a adoção de estratégia de controle da convecção do ar de secagem e sem a estratégia mencionada. A análise energética será feita mediante os cálculos utilizando as propriedades termodinâmicas do ar de secagem (temperatura e umidade relativa) medidas nas partes que compõe o secador solar (coletor solar e câmara de secagem), essas propriedades foram medidas na entrada e na saída do coletor solar, bem como na entrada e na saída da câmara de secagem. Com o auxílio do programa CATT, determinou-se as entalpias nas entradas e saídas do coletor solar e da câmara de secagem.

4.2.1 Eficiência do sistema de secagem solar no EXP3.

4.2.1.1 Eficiência térmica do coletor solar

Na Tabela 4.18, pode ser observados os valores, da vazão mássica do ar de secagem, da entrada e na saída do coletor solar. Os valores das entalpias de entrada e saída ( ) do coletor solar, calculadas pelo Computer Aided Thermodynamic Tables (CATT), utilizando apenas os dados das médias da temperatura e da umidade relativa do ar medidos durante a realização do experimento 3.

Tabela 4.18. Dados obtidos do processo de secagem do experimento 3- (secagem solar com controle): vasão mássica, média da irradiação solar, entalpias de entrada e saída do coletor, área de incidência do coletor

solar, rendimento térmico do secador.

̇ = ̇ (kg/s) ̅ (W/m²) ( ) ( A (m²) (%) 0,009795 1 27,85

O CATT, mostrado na Figura 4.46, apresenta como resultado os valores de entalpia e as demais propriedades termodinâmicas resultantes das medições realizadas. Com os valores obtidos e substituídos na Equação 3.31 foi calculado o rendimento térmico do coletor ( ).

Figura 4.46. Dados das propriedades termodinâmicas do ar de secagem, obtidos com uso do CATT, Experimento 3.

4.2.1.2 Eficiência térmica da câmara de secagem

A Equação 3.37, é obtida como resultado da aplicação da primeira lei da termodinâmica ao volume de controle aplicado na câmara de secagem, mostrado na Figura, 3.46. Substituindo os valores obtidos, mostrados na Figura 4.46, onde são as entalpias de entrada e saída do ar na câmara de secagem, calculadas pelo CATT e obtido do trabalho de Moran e Shapiro, 2009. Com esses dados foi possível determinar o rendimento da câmara de secagem ( ), apresentado na Tabela 4.19.

Tabela 4.19. Dados obtidos do processo de secagem do experimento 3- (secagem solar com controle): vasão mássica, entalpias de entrada e saída do câmara, massa de água retirada, rendimento térmico da câmara.

̇ = ̇ (kg/s) ̇ (kg/s) ̇ (kg/s) ̇ ( ) ( ) ( ) (%) 0,009795 93,33

4.2.1.3 Eficiência térmica do secador solar no EXP3:

A Equação 3.39, é obtida como resultado da aplicação da primeira lei da termodinâmica ao volume de controle aplicado no secador solar, Figura 3.46. Substituindo os valores de rendimento, já calculados para o coletor solar, tem-se que o rendimento do secador solar é o mesmo rendimento do coletor solar, que no experimento 3 apresentou rendimento de 27,85%.

4.2.2 Eficiência do sistema de secagem solar no EXP4.

4.2.2.1 Eficiência térmica do coletor solar

Na Tabela 4.20, pode ser observados os valores, da vazão mássica do ar de secagem, da entrada e na saída do coletor solar. Os valores das entalpias de entrada e saída ( ) do coletor solar, calculadas pelo Computer Aided Thermodynamic Tables (CATT), utilizando apenas os dados das médias da temperatura e da umidade relativa do ar medidos durante a realização do experimento 4.

Tabela 4.20. Dados obtidos do processo de secagem do experimento 4 (secagem solar sem controle): vasão mássica, média da irradiação solar, entalpias de entrada e saída do coletor, área de incidência do coletor

solar, rendimento térmico do secador.

̇ = ̇ (kg/s) ̅ (W/m²) A (m²) (%) 0,01071 572,62 92,81 109,2 1 30,65

O CATT, mostrado na Figura 3.47, apresenta como resultado os valores de entalpia e as demais propriedades termodinâmicas resultantes das medições realizadas. Com os valores obtidos e substituídos na Equação 3.31 foi calculado o rendimento térmico do coletor ( ).

Figura 4.47. Dados das propriedades termodinâmicas do ar de secagem, obtidos com uso do CATT, Experimento 4.

4.2.2.2 Eficiência térmica da câmara de secagem

A Equação 3.37, é obtida como resultado da aplicação da primeira lei da termodinâmica ao volume de controle aplicado na câmara de secagem, mostrado na Figura, 3.46. Substituindo os valores obtidos, mostrados na Figura 4.47, onde são as entalpias de entrada e saída do ar na câmara de secagem, calculadas pelo CATT, foi obtido do trabalho de Moran e Shapiro, 2009. Com esses dados foi possível determinar o rendimento da câmara de secagem ( ), apresentado na Tabela 4.21.

Tabela 4.21. Dados obtidos do processo de secagem do experimento 4 (secagem solar sem controle): vasão mássica, entalpias de entrada e saída do câmara, massa de agua retirada, rendimento térmico da câmara.

̇ = ̇ (kg/s) ̇ (kg/s) ̇ (kg/s) ̇ ( ) ( ) ( ) (%) 0,01071 94,22

4.2.2.3 Eficiência térmica do secador solar no EXP4:

A Equação 3.39, é obtida como resultado da aplicação da primeira lei da termodinâmica ao volume de controle aplicado no secador solar, Figura 3.46. Substituindo os valores de rendimento, já calculados para o coletor solar, tem-se que o rendimento do secador solar é o mesmo rendimento do coletor solar, que para o experimento 4 apresentou rendimento de 30,65%.

Como pode ser visto, o rendimento térmico obtido a partir dos dados de medição da temperatura e da umidade relativa do ar de secagem, na entrada e na saída do coletor solar foi de 27,85 % para o experimento 3 e 30,65% para o experimento 4. Verifica-se que os valores do cálculo do rendimento térmico para os ambos os experimentos foram elevados, apesar das condições atípicas em que foram realizados os experimentos, mas ligeiramente acima dos reportados na literatura por (FUDHOLI et al., 2014).

4.2.3 Rendimento médio do secador solar

Para os cálculos dos rendimentos do coletor solar, experimentos de 3 a 5, foi feita uma média das temperaturas do ar de secagem na entrada e na saída do coletor solar, conforme Equação 3.41.

Portanto, na Tabela 4.22 estão alguns parâmetros das condições de secagem encontradas em cada processo.

Tabela 4.22. Parâmetros de Secagem.

Experimentos [W/m2] ̅ [ºC] ̅ [ºC] ̅̅̅̅ [ºC] [m/s] 3 15 a 16 / 06 / 2016 592,32 30,38 49,76 19,38 0,320 4 07 e 08 / 07 / 2016 572,62 32,49 49,96 17,47 0,360

Na Tabela 4.23, são apresentados os dados referentes às propriedades do ar de secagem.

Tabela 4.23. Propriedade do ar de secagem.

Massa específica 1,2754 kg/m³

Calor específico 1,0048 kJ/kg.K

Dessa forma, tem-se, na Tabela 4.24, os valores referentes à potência transferida ao fluido de trabalho durante cada processo e, por conseguinte, o rendimento térmico do equipamento.

Tabela 4.24. Potência útil e rendimento do coletor solar para cada processo.

Experimentos ̇ [W] ̅ [%] 3 _{15 a 16 / 06 / 2016} 177,02 29,88 4 _{07 e 08 / 07 / 2016} 167,66 29,27

A Tabela 4.25mostra as eficiências térmicas (reais) do coletor solar, e, portanto, do secador solar dadas pelas Equações 3.31, 3.37 e 3.39, respectivamente.

Tabela 4.25. Eficiências térmicas do coletor solar.

Experimentos [%]

EXP3 27,85

EXP4 30,65