Modelagem experimental e numérica de um receptor de concentrador solar para secagem do bagaço da cana-de-açúcar

Abstract

A conversão de energia solar em energia térmica por meio da Energia Solar Concentrada (ESC) se tornou uma alternativa para o processo de secagem de materiais. O bagaço da cana-de-açúcar, resíduo de grande impacto na agroindústria brasileira, que pode ser facilmente utilizado como biomassa, tem seu uso reduzido devido ao seu alto teor de umidade, ou seja, baixa eficiência na produção de energia. Este trabalho objetiva avaliar numericamente um receptor de concentrador solar, a partir das temperaturas extraídas experimentalmente. A metodologia adotada se baseou em dois tipo de modelagem, a experimental e a numérica. Na etapa experimental foram construídos dois modelos de concentradores, com estrutura metálica e superfície de espelhos planos inclinados que convergem à radiação solar em um foco central, tendo sido ensaiados dois tipos de materiais, a água e o bagaço da cana-de-açúcar, com a finalidade de caracterização dos receptores e aprimoramento do processo da secagem. Na etapa numérica, utilizou-se o Método dos Elementos Finitos, por meio do software Abaqus, para determinação do gradiente de temperatura. Para validar a metodologia adotada, três tipos de receptores foram ensaiados a fim de determinar qual o modelo mais eficiente para o processo de secagem. Para o receptor escolhido foi feita uma análise em estado estacionário e transiente, objetivando encontrar a variação da temperatura no tempo, as tensões térmicas, as deformações e os deslocamentos no receptor. Por fim, concluiu-se que a radiação atingida no receptor analisado foi um fator preponderante na eficiência necessária à secagem do bagaço, uma vez que se verificou uma distribuição não uniforme das tensões e, consequentemente, encontrando fragilidades nas áreas de descontinuidades da estrutura do receptor. Isso resultou em maiores tensões e deformações, localizando os possíveis pontos de falhas de fadiga.