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Apr 11, 2023

Indagine sperimentale su un collettore solare parabolico ad acqua

Scientific Reports volume 13,

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 7398 (2023) Citare questo articolo

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Un lavoro sperimentale limitato ha riguardato il nanotubo di carbonio a parete multipla (MWCNT), un nanofluido di acqua con tensioattivo nel collettore parabolico solare a basse concentrazioni di volume. Con nanofluido concentrato ad alto volume, la caduta di pressione era dovuta maggiormente ad un aumento della viscosità del fluido di lavoro e ad un aumento del costo delle nanoparticelle; quindi non è economico. Questo rapporto ha tentato di utilizzare il tensioattivo Sodium Dodecyl Benzene Sulfonate (SDBS) nel nanofluido MWCNT-acqua concentrato a basso volume per stabilire un efficace trasferimento di calore nelle applicazioni di collettori parabolici solari. Il nanofluido MWCNT-acqua stabile è stato preparato a concentrazioni di volume di 0,0158, 0,0238 e 0,0317. Gli esperimenti sono stati condotti dalle 10:00 alle 16:00 a portate di 6, 6,5 e 7 L/min riguardanti gli standard ASHRAE. Alla portata di 7 L/min del fluido di lavoro, una differenza di temperatura minima tra il fluido di lavoro e il tubo assorbitore porta ad un migliore trasferimento di calore. L'aumento della concentrazione volumetrica di MWCNT nell'acqua migliora l'interazione dell'area superficiale tra acqua e nanoparticelle MWCNT. Ciò si traduce in un'efficienza massima del collettore parabolico solare pari a 0,0317 vol% con una portata di 7 L/min e superiore del 10–11% rispetto all'acqua distillata.

L’aumento della domanda di energia e questioni come il riscaldamento globale e le emissioni pericolose di combustibili fossili hanno portato allo spostamento verso fonti di energia rinnovabili. L’energia solare è stata una delle opzioni promettenti per soddisfare l’attuale fabbisogno energetico. L’energia solare può essere ricavata da collettori solari e celle fotovoltaiche. Le celle fotovoltaiche convertono direttamente l'energia solare in energia elettrica e i collettori solari vengono utilizzati per applicazioni a temperature più elevate. Il collettore parabolico è un collettore solare del tipo a concentratore lineare che funziona a 150–400 °C1. Il collettore parabolico è costituito da uno specchio o collettore, che riflette la radiazione solare e ha la forma di una parabola, e un tubo assorbitore o tubo ricevitore, che riceve la radiazione dallo specchio e si trova in una posizione focale dello specchio. Il tubo assorbitore trasferisce il calore al mezzo di lavoro. Questo fluido riscaldato viene utilizzato per applicazioni industriali e di produzione di energia. La modifica del tubo ricevitore e del mezzo di lavoro migliora il trasferimento di calore in un collettore parabolico. Modificare il tubo ricevitore significa cambiare il materiale del tubo ricevitore, applicare un rivestimento termico sul tubo ricevitore, modificare il design del tubo ricevitore, cambiare la faccia interna del tubo ricevitore e aggiungere un'efficace copertura in vetro alla faccia esterna del tubo ricevitore. Per il tubo ricevitore sono stati scelti i materiali a maggiore conduttività termica. L'avanzamento del fluido di lavoro può essere ottenuto mediante l'introduzione di nanoparticelle nel fluido di base e tale fluido è noto come nanofluidi. Nei nanofluidi, il ruolo delle nanoparticelle è quello di migliorare il trasferimento di calore aumentando la conduttività termica di un fluido di lavoro. Pertanto, nei nanofluidi vengono utilizzate nanoparticelle a conduttività termica più elevata. Molti ricercatori hanno lavorato sull’effetto della concentrazione volumetrica del nanofluido, della portata volumetrica e del materiale del tubo assorbitore sulle prestazioni dei collettori parabolici solari. Viene presa in considerazione anche l’influenza delle condizioni atmosferiche e l’intensità della radiazione solare. È stata effettuata una revisione dettagliata della letteratura sui parametri sopra elencati, che sono discussi di seguito. Gli esperimenti sono stati condotti per diversi rivestimenti e materiali del tubo ricevitore utilizzando frazioni volumetriche di 0,2 e 0,3 vol% di olio CNT come fluido di funzionamento. Gli esperimenti sono stati condotti con un collettore parabolico per verificare le prestazioni ottiche e termiche del tubo assorbente. Hanno scoperto che il tubo di rame sottovuoto cromato nero produceva buoni risultati2. Il lavoro sperimentale è stato condotto rivestendo nanoparticelle di CNT da 20–40 nm sul tubo assorbitore di rame.