Analysis of different tracking intervals for parabolic trough collectors for water disinfestation in agricultural applications / Análise de diferentes intervalos de rastreamento de coletores solares parabólicos para desinfestação de água em aplicações agrícolas

The use of renewable energy is growing every year as an alternative to fossil fuel technology. Solar energy presents itself as a good alternative due to its great availability and energy potential. Solar thermal energy uses heat to warm fluids, and can also generate electricity, as well as being used in industrial processes and water desalination. The research and use of Parabolic Trough Collectors (PTCs) has been growing in recent years due to their ability to heat fluids at high temperatures in a relatively small area. In this work, two small PTCs were manufactured and tests were performed to improve the arrangements in order to increase the absorbed energy to reach temperature values for water disinfestation, aiming at the control of phytopathogens to control soil pathogens in small and medium farms. To control the automatic tracker, a low-cost system with Arduino, Light Dependent Resistors (LDRs) and step motors was used. The tracking times intervals analyzed were 1, 5 and 15 minutes. For the 1-minute tracking interval, the PTCs presented a thermal efficiency of 25.87%, with temperatures between 45 and 70 C and an average of 63.73 C. For the 5-minute tracking interval, the thermal efficiency was 18.48%, reaching temperatures between 41 and 68 ºC and an average of 57.9 ºC. For the 15-minute tracking interval, the PTCs presented a thermal efficiency of 14.80%, with temperatures between 39 and 62 °C and an average of 51.88 °C. The results showed that the tracking intervals of 1 and 5 minutes present more values between the lethal temperature range of 45 and 60 °C for phytopathogens. For agricultural application, the usage of a tracking interval of 5 minutes could be a good option for reducing the waste of system energy compared to the interval of 1 minute.(AU)

O uso de energia renovável está crescendo a cada ano como alternativa à tecnologia de combustíveis fósseis. A energia solar apresenta-se como uma boa alternativa devido à sua grande disponibilidade e potencial energético. A energia solar térmica utiliza o calor para aquecer os fluidos e também pode gerar eletricidade, bem como ser usada em processos industriais e dessalinização da água. A pesquisa e o uso de Coletores Solares Parabólicos (PTCs) têm crescido nos últimos anos devido à capacidade de aquecer fluidos em altas temperaturas em uma área relativamente pequena. Neste trabalho, dois pequenos PTCs foram fabricados, e testes foram realizados para melhorar os arranjos, a fim de aumentar a energia absorvida para atingir valores de temperatura para desinfestação de água, visando o controle de fitopatógenos no controle de patógenos de solo em pequenas e médias fazendas. Para controlar o rastreador automático foi utilizado um sistema de baixo custo com Arduino, Resistores de Potência Luminosa (LDRs) e motores de passo. Os intervalos de tempo de rastreamento analisados foram de 1, 5 e 15 minutos. Para o intervalo de rastreamento de 1 minuto, os PTCs apresentaram uma eficiência térmica de 25,87%, com temperaturas entre 45 e 70 ºC e 63,73 ºC de temperatura média. Para o intervalo de rastreamento de 5 minutos, a eficiência térmica foi de 18,48%, atingindo temperaturas entre 41 e 68 ° C e 57,9 ° C de temperatura média. Para o intervalo de rastreamento de 15 minutos, os PTCs apresentaram uma eficiência térmica de 14,80%, com temperaturas entre 39 e 62 ° C e 51,88 ° C de temperatura média. Os resultados mostraram que os intervalos de rastreamento de 1 e 5 minutos apresentam mais valores entre a faixa de temperatura letal de 45 e 60 ° C para fitopatógenos. Para aplicações agrícolas, o uso de um intervalo de rastreamento de 5 minutos poderia ser uma boa alternativa para uma redução no desperdício da energia do sistema em comparação com o intervalo de 1 minuto.(AU)

Analysis of different tracking intervals for parabolic trough collectors for water disinfestation in agricultural applications / Análise de diferentes intervalos de rastreamento de coletores solares parabólicos para desinfestação de água em aplicações agrícolas

The use of renewable energy is growing every year as an alternative to fossil fuel technology. Solar energy presents itself as a good alternative due to its great availability and energy potential. Solar thermal energy uses heat to warm fluids, and can also generate electricity, as well as being used in industrial processes and water desalination. The research and use of Parabolic Trough Collectors (PTCs) has been growing in recent years due to their ability to heat fluids at high temperatures in a relatively small area. In this work, two small PTCs were manufactured and tests were performed to improve the arrangements in order to increase the absorbed energy to reach temperature values for water disinfestation, aiming at the control of phytopathogens to control soil pathogens in small and medium farms. To control the automatic tracker, a low-cost system with Arduino, Light Dependent Resistors (LDRs) and step motors was used. The tracking times intervals analyzed were 1, 5 and 15 minutes. For the 1-minute tracking interval, the PTCs presented a thermal efficiency of 25.87%, with temperatures between 45 and 70 C and an average of 63.73 C. For the 5-minute tracking interval, the thermal efficiency was 18.48%, reaching temperatures between 41 and 68 ºC and an average of 57.9 ºC. For the 15-minute tracking interval, the PTCs presented a thermal efficiency of 14.80%, with temperatures between 39 and 62 °C and an average of 51.88 °C. The results showed that the tracking intervals of 1 and 5 minutes present more values between the lethal temperature range of 45 and 60 °C for phytopathogens. For agricultural application, the usage of a tracking interval of 5 minutes could be a good option for reducing the waste of system energy compared to the interval of 1 minute.

O uso de energia renovável está crescendo a cada ano como alternativa à tecnologia de combustíveis fósseis. A energia solar apresenta-se como uma boa alternativa devido à sua grande disponibilidade e potencial energético. A energia solar térmica utiliza o calor para aquecer os fluidos e também pode gerar eletricidade, bem como ser usada em processos industriais e dessalinização da água. A pesquisa e o uso de Coletores Solares Parabólicos (PTCs) têm crescido nos últimos anos devido à capacidade de aquecer fluidos em altas temperaturas em uma área relativamente pequena. Neste trabalho, dois pequenos PTCs foram fabricados, e testes foram realizados para melhorar os arranjos, a fim de aumentar a energia absorvida para atingir valores de temperatura para desinfestação de água, visando o controle de fitopatógenos no controle de patógenos de solo em pequenas e médias fazendas. Para controlar o rastreador automático foi utilizado um sistema de baixo custo com Arduino, Resistores de Potência Luminosa (LDRs) e motores de passo. Os intervalos de tempo de rastreamento analisados foram de 1, 5 e 15 minutos. Para o intervalo de rastreamento de 1 minuto, os PTCs apresentaram uma eficiência térmica de 25,87%, com temperaturas entre 45 e 70 ºC e 63,73 ºC de temperatura média. Para o intervalo de rastreamento de 5 minutos, a eficiência térmica foi de 18,48%, atingindo temperaturas entre 41 e 68 ° C e 57,9 ° C de temperatura média. Para o intervalo de rastreamento de 15 minutos, os PTCs apresentaram uma eficiência térmica de 14,80%, com temperaturas entre 39 e 62 ° C e 51,88 ° C de temperatura média. Os resultados mostraram que os intervalos de rastreamento de 1 e 5 minutos apresentam mais valores entre a faixa de temperatura letal de 45 e 60 ° C para fitopatógenos. Para aplicações agrícolas, o uso de um intervalo de rastreamento de 5 minutos poderia ser uma boa alternativa para uma redução no desperdício da energia do sistema em comparação com o intervalo de 1 minuto.

Desempenho aerodinâmico de perfis NACA de quatro dígitos em aerogeradores de pequeno porte para a agricultura familiar / Aerodynamic performance of NACA four-digit profiles in small-scale wind turbines for small farms

No Brasil existem muitos locais que não são têm acesso a energia elétrica, principalmente em áreas rurais de agricultura familiar. Isto tem acentuado a importância da utilização de fontes de energia renováveis, como a energia eólica. Este trabalho consistiu no projeto, construção e teste de campo de duas pequenas turbinas eólicas de três pás, utilizando dois perfis aerodinâmicos diferentes. O objetivo foi comparar a influência destes perfis no desempenho aerodinâmico das turbinas. Com a Teoria do Momento do Elemento de Pá (BEM), duas turbinas eólicas de pequeno porte foram projetadas e construídas, tento como diferencial os perfis aerodinâmicos utilizados em sua seção: NACA 0012 (simétrico) e 4412 (cambado). Os resultados obtidos em campo, depois de analisados através de métodos estatísticos apropriados, demonstraram que os desempenhos das turbinas são similares em faixas de rotação próximas à de projeto (?=5). No entanto, em rotações abaixo e acima do projetado o perfil NACA 4412 tem desempenho superior.(AU)

In Brazil, there are many places that do not have access to electric energy, mainly in rural areas with small farms. This situation has accentuated the importance of renewable energy sources, such as wind energy. This work consisted of the design, construction and field testing of two small three-bladed wind turbines with two different aerodynamic profiles. The aim of the study was to compare the profile influence on the turbine aerodynamic performance. Using the blade element momentum (BEM) theory, two wind turbines were designed and built with different cross-section aerodynamic profiles (NACA 0012 (symmetric) and 4412 (chambered)). Following statistical analysis, the results of the field tests demonstrated that the performances of the turbines are similar when the rotational speed is near the designed value (?=5). However, when the rotational speed is under or above the designed value, the NACA 4412 profile yields superior performance.(AU)

Desempenho aerodinâmico de perfis NACA de quatro dígitos em aerogeradores de pequeno porte para a agricultura familiar / Aerodynamic performance of NACA four-digit profiles in small-scale wind turbines for small farms

No Brasil existem muitos locais que não são têm acesso a energia elétrica, principalmente em áreas rurais de agricultura familiar. Isto tem acentuado a importância da utilização de fontes de energia renováveis, como a energia eólica. Este trabalho consistiu no projeto, construção e teste de campo de duas pequenas turbinas eólicas de três pás, utilizando dois perfis aerodinâmicos diferentes. O objetivo foi comparar a influência destes perfis no desempenho aerodinâmico das turbinas. Com a Teoria do Momento do Elemento de Pá (BEM), duas turbinas eólicas de pequeno porte foram projetadas e construídas, tento como diferencial os perfis aerodinâmicos utilizados em sua seção: NACA 0012 (simétrico) e 4412 (cambado). Os resultados obtidos em campo, depois de analisados através de métodos estatísticos apropriados, demonstraram que os desempenhos das turbinas são similares em faixas de rotação próximas à de projeto (?=5). No entanto, em rotações abaixo e acima do projetado o perfil NACA 4412 tem desempenho superior.

In Brazil, there are many places that do not have access to electric energy, mainly in rural areas with small farms. This situation has accentuated the importance of renewable energy sources, such as wind energy. This work consisted of the design, construction and field testing of two small three-bladed wind turbines with two different aerodynamic profiles. The aim of the study was to compare the profile influence on the turbine aerodynamic performance. Using the blade element momentum (BEM) theory, two wind turbines were designed and built with different cross-section aerodynamic profiles (NACA 0012 (symmetric) and 4412 (chambered)). Following statistical analysis, the results of the field tests demonstrated that the performances of the turbines are similar when the rotational speed is near the designed value (?=5). However, when the rotational speed is under or above the designed value, the NACA 4412 profile yields superior performance.