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Jul 27, 2023

Melhorando a transferência de calor em energia solar

Relatórios Científicos volume 13, Artigo número: 9476 (2023) Citar este artigo 1051 Acessos 4 Detalhes da Métrica Altmétrica O objetivo desta pesquisa é explorar o uso de navios movidos a energia solar (SPS) como

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 9476 (2023) Citar este artigo

1051 acessos

4 Altmétrico

Detalhes das métricas

O objetivo desta pesquisa é explorar o uso de navios movidos a energia solar (SPS) como meio de reduzir as emissões de gases de efeito estufa e a dependência de combustíveis fósseis na indústria marítima. O estudo se concentra em melhorar a eficiência da transferência de calor em SPS, empregando nanofluidos híbridos (HNF) contendo nanotubos de carbono (CNTs). Além disso, é proposta uma nova abordagem utilizando energia renovável e controle eletromagnético para melhorar o desempenho do SPS. A pesquisa implementa o modelo não newtoniano de fluxo de calor do tipo Maxwell e Cattaneo-Christov em coletores solares de calha parabólica usados ​​​​em navios. O estudo realiza experimentos teóricos e simulações para avaliar a condutividade térmica e a viscosidade do HNF baseado em CNT. Várias propriedades, incluindo radiação térmica solar, dissipação viscosa, velocidade escorregadia e meio poroso, são avaliadas para determinar a eficácia do transporte térmico no SPS. A pesquisa emprega variáveis ​​de similaridade para simplificar as equações diferenciais parciais complexas em equações diferenciais ordinárias e resolvê-las usando o método espectral de colocação de Chebyshev. Os resultados indicam que o nanofluido híbrido MWCNT-SWCNT/EO melhora significativamente a condutividade térmica, aumentando assim a transferência de calor. O HNF apresenta uma taxa de eficiência de aproximadamente 1,78% com uma taxa de eficiência mínima de 2,26%.

A procura global de energia continua a aumentar, mas o esgotamento dos combustíveis fósseis e o custo crescente das fontes de energia tradicionais, como a electricidade, levaram os cientistas a mudar o seu foco para as energias renováveis ​​nos últimos anos1. Gerar eletricidade a partir de fontes sustentáveis ​​é uma forma ecologicamente correta de produzir energia, uma vez que não libera gases de efeito estufa. Em contrapartida, a queima de combustíveis fósseis emite dióxido de carbono na atmosfera, contribuindo para o aquecimento global2. Além disso, os ambientalistas acreditam firmemente que a utilização de recursos sustentáveis ​​pode ter um impacto significativo na diminuição da poluição por carbono e no abrandamento da taxa de aquecimento global3. Nos últimos anos, a energia solar tornou-se uma opção amplamente discutida de energia sustentável devido à sua acessibilidade, ausência de emissões nocivas e impacto ambiental mínimo, tornando-a uma escolha altamente atractiva para a produção de energia4. A energia solar tem o maior potencial de utilização a longo prazo, acessibilidade e o menor impacto negativo no ambiente entre todas as fontes de energia. Com utilização adequada, esta fonte de energia tem potencial para gerar cerca de quatro vezes a quantidade de energia que está sendo usada atualmente em todo o mundo5. Estudos recentes mostram que as emissões globais de CO2 deverão diminuir 75% até 2050, em comparação com os níveis registados em 19856. Segundo um estudo realizado pelo Departamento de Energia dos EUA, a quantidade de energia solar que atinge a superfície terrestre em apenas 90 minutos são suficientes para satisfazer as necessidades energéticas mundiais durante um ano inteiro7. Num relatório dos Estados Unidos, descobriu-se que a energia solar pode servir como um substituto natural para outras formas de energia. Além disso, os sistemas de energia solar podem gerar energia térmica que pode ser utilizada para fins de aquecimento e resfriamento. Portanto, a principal preocupação agora é descobrir a forma mais eficaz de aproveitar a energia solar.

Dois métodos proeminentes para converter luz solar em eletricidade são atualmente amplamente utilizados e você deve estar familiarizado: sistemas fotovoltaicos (PV) e energia solar concentrada (CSE)8. Os sistemas fotovoltaicos têm inúmeras aplicações, incluindo (a) Geração de eletricidade para residências e empresas9 (b) Fornecimento de energia para naves espaciais e satélites10 (c) Alimentação de vários tipos de veículos, como carros, ônibus e barcos, e (d) Fornecimento de energia em áreas remotas (RAPS) sistema que consiste em geradores, iluminação pública e dispositivos de comunicação sem fio que fornecem eletricidade para áreas distantes dos centros urbanos. Em resumo, os sistemas fotovoltaicos proporcionam uma forma ecológica, acessível e de baixa manutenção de produzir eletricidade que seja sustentável e possa funcionar independentemente da rede elétrica. Um dispositivo fotovoltaico consiste principalmente em um material semicondutor que conduz eletricidade através de elétrons. Ao contrário dos condutores, que podem conduzir um número ilimitado de elétrons, os semicondutores possuem propriedades únicas que lhes permitem regular o fluxo de elétrons. Esse recurso torna os semicondutores componentes valiosos para dispositivos fotovoltaicos. Enquanto isso, CSP é um método de geração de eletricidade a partir dos raios solares, usando superfícies reflexivas ou tecnologia óptica para concentrar e focar a luz solar em uma área muito pequena. Esta luz solar concentrada é convertida em calor, que pode ser utilizado para criar vapor que alimenta uma turbina e gera eletricidade11. As usinas CSP podem produzir grandes quantidades de eletricidade e são particularmente benéficas em áreas com altos níveis de radiação solar. Além disso, essas usinas podem ser construídas em grande escala. Para gerar eletricidade a partir da energia solar, é utilizada a tecnologia de energia solar concentrada, que envolve focar os raios solares em uma pequena área por meio de refletores ou óptica. Este processo cria calor que pode então ser usado para produzir eletricidade, passando-o por um gerador elétrico. No entanto, é importante notar que nem todas as tecnologias dependem de espelhos para concentrar a luz solar, pois algumas utilizam óptica ou outros sistemas. Ressalta-se também que a conversão da luz solar em calor ocorre por meio de um processo físico denominado absorção12. De acordo com a ref13, áreas caracterizadas por climas secos e quentes, como Califórnia e Arizona, nos Estados Unidos, são propícias ao desenvolvimento de usinas maiores que utilizam energia solar concentrada. Esta forma de energia renovável é preferida a alternativas não renováveis, como os combustíveis fósseis, devido à sua compatibilidade ecológica e à falta de emissões de poluentes nocivos. Concluindo, a energia solar é uma opção limpa e sustentável, preferida às fontes de energia tradicionais.