Conceção, construção e ensaio de um calorímetro para bancos de ensaio de coletores solares a temperaturas entre 100ºC e 200ºC

Abstract

Os Fluidos de Transferência Térmica (HTF) usados em colectores solares (óleos sint éticos) tendem a envelhecer e degradar [1]. Esta degradação é impossível de controlar e afecta a capacidade do HTF e tem implicações na medida da performance do dispositivo em que é usado o HFT (colector solar) uma vez que são usados os valores de capacidade térmica iniciais. O ensaio de colectores solares depende de uma medida exacta do produto de HTF e caudal mássico. Estes ensaios por imposição de normas s o são possíveis com caudalimetros com exactidão e resistência a temperaturas elevadas pelo que são dispositivos algo dispendiosos. Para medidas de Potência, como as que são feitas no ensaio de colectores solares, a medida directa do produto do calor especi co pelo caudal mássico é o que se exige e não necessariamente a medida separada das duas grandezas. A estratégia para medir directamente a o produto é uma técnica calorimetrica que permite medir com exactidão estas grandezas. Soluções deste tipo já foram propostas [2,3]. Neste projecto pretende-se rever e melhorar a solução apresentada em [2] e demonstra a utilidade num circuito de ensaio de colectores solares para temperaturas até 200oC. Foi concebido e ensaiado um prototipo de calorímetro, que se calibrou com água e usou-se a calibraçãoo para medir o calor especi co de um HFT cujo resultado foi comparado com os valores fornecidos pelo fabricante. Conseguiramse bons resultados e demonstrou-se que esta técnica pode ser facilmente implementada em circuitos de alta temperatura e para quaisquer tipo de

fluidos; Development and test results of a calorimeter for solar thermal testing loops with temperatures between 100o C and 200o C Abstract: Thermal heat transfer uids (HTF) used in solar collectors (e.g. synthetic oils) are known to age and degrade [1]. This degradation is impossible to control, a ecting the uid heat transfer capacity and thus the ability of measuring the performance of an HTF heating device (e.g. a solar collector) based on known speci c heat values. Collector testing is also crucially dependent on an accurate measurement of HTF mass

ow rate. Such measurement relies on ow meters suitable for the accuracy, operating temperature and ow range requirements of the testing procedures, often an expensive and demanding component in particular when no-intrusive measurements are to be done ia a close circuit. For power measurement purposes, as those performed in solar collector testing procedures, a direct measurement of the product between speci c heat and mass

ow rather than a separate measurement of both quantities is suitable. A calorimetric technique delivering this direct measurement is thus a suitable strategy to overcome such di culties with acceptable (and even higher) measurement accuracy. Solutions of this kind have already been proposed [2, 3]. In this paper we revisit and improve the solution presented in [2] and demonstrate its usefulness in a solar collector testing loop, for temperatures up to 200oC. A calorimeter prototype was thoroughly tested and calibrated with water as HTF (enabling accurate independent measurement of speci c heat and mass ow rates values). Calorimeter calibration results where then used in the testing with thermal oil whose speci c heat values were previously known from manufacturer and independent laboratory measurements. A comparison of Cp measured by the calorimeter with the value given by the HTF manufacturer is used to test the calorimeter capacities. The agreement achieved was very good. It is noted that the technique can be easily implemented in any high temperature loops, large or small, and for any HTF.