Análise computacional de um sistema Fotovoltaico-Térmico para o conforto térmico na avicultura de corte utilizando o software TRNSYS: estudo de caso em Florianópolis

Abstract

A utilização de tecnologia na produção de aves de corte está cada vez mais presente tanto nos grandes quanto em pequenos produtores. O aumento da produção avícola está associado à padronização dos sistemas de criação, o que, devido a necessidade de controle produtivo, resulta em maior demanda energética. A tecnologia fotovoltaico-térmica (FVT) se destaca como uma alternativa promissora, possibilitando o suprimento simultâneo das demandas elétrica e térmica em instalações avícolas. Nesse contexto, este trabalho avaliou, por meio de simulações realizadas no software TRNSYS, a aplicação de um sistema FVT com trocador de calor em polipropileno PP para fornecimento de energia térmica destinada ao conforto térmico de frangos de corte em uma granja com capacidade para 300 aves localizada em Florianópolis. Inicialmente, o modelo computacional foi validado a partir de dados experimentais obtidos em uma bancada FVT experimental instalada no laboratório LEPTEN/UFSC. Os resultados indicaram uma diferença na temperatura de aproximadamente 4 °C na água quente que saí do módulo FVT, atribuída as diferenças entre os dados meteorológicos TMY disponibilizados pelo TRNSYS e as condições climáticas reais as quais a bancada experimental está submetida. Posteriormente, realizou-se o dimensionamento de um sistema FVT para atender a demanda energética de uma granja com dimensões de 5 m de largura, 8 m de comprimento e 2,5 m de altura. Os resultados indicaram que a utilização de 8 módulos é capaz de atender 38,9% da energia demandada pela granja. A vazão mássica ótima foi determinada em 480 kg/h, enquanto o volume do reservatório térmico foi estimado em 0,8 m³. Verificou-se, entretanto, que a utilização exclusiva do sistema FVT não é suficiente para suprir integralmente a demanda térmica da granja, especialmente em dias de baixa irradiação solar e período noturno.

The use of technology in broiler production is increasingly present among both large and small producers. The increase in poultry production is associated with the standardization of rearing systems, which, due to the need for production control, results in higher energy demand. Photovoltaic-thermal (PVT) technology stands out as a promising alternative, enabling the simultaneous supply of electrical and thermal demands in poultry facilities. In this context, this study evaluated, through simulations carried out in the TRNSYS software, the application of a PVT system with a polypropylene (PP) heat exchanger to provide thermal energy for the thermal comfort of broilers in a poultry house located in Florianópolis. Initially, the computational model was validated using experimental data obtained from an experimental PVT test bench installed at the LEPTEN/UFSC laboratory. The results indicated a temperature difference of approximately 4 °C in the hot water leaving the PVT module, attributed to differences between the TMY meteorological data provided by TRNSYS and the actual climate conditions to which the experimental setup is subjected. Subsequently, a PVT system was sized to meet the energy demand of a poultry house with dimensions of 5 m in width, 8 m in length, and 2.5 m in height. The results indicated that the use of 8 modules provides a solar fraction of 38.3% applied to the heat exchanger responsible for supplying thermal energy to the internal environment of the poultry house. The optimal mass flow rate was determined to be 480 kg/h, while the thermal storage tank volume was estimated at 0.8 m³. It was found, however, that the exclusive use of the PVT system is not sufficient to fully meet the thermal demand of the poultry facility, especially on days with low solar radiation and during the nighttime period.