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Use este identificador para citar ou linkar para este item: https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/38734
Tipo: Tese
Título: Desenvolvimento e validação de protótipo experimental para estudo do envelhecimento fototérmico de superfícies seletivas solares
Autor(es): Valença, Antonio Karlos Araújo
Orientador: Gomes, Kelly Cristiane
Coorientador: Lima, Chrystian Gregório Medeiros de
Membro da Banca: Lima, Danielle Silva Guedes de
Membro da Banca: Torres, Sandro Marden
Membro da Banca: Aquino, Flávia de Medeiros
Resumo: O aumento da demanda por fontes renováveis impulsiona o uso de coletores solares térmicos, cujo desempenho depende da eficiência e durabilidade de superfícies seletivas. No entanto, esses revestimentos sofrem degradação sob condições severas de operação, demandando métodos de avaliação fototérmica acessíveis. Diante disso, este trabalho apresenta o desenvolvimento e a validação de um protótipo experimental para análise do envelhecimento fototérmico de superfícies seletivas solares. O protótipo utiliza lâmpadas dicroicas halógenas como fontes de radiação, com aquisição de dados de temperatura realizada via microcontrolador Arduino e sensores termopares. A metodologia consistiu em submeter filmes seletivos a diferentes condições de radiação ultravioleta (UV-C e UV-A) e estresse térmico no dispositivo desenvolvido. Foram investigadas superfícies à base de cromo em três configurações: Cr (S1), Cr+Cr/Cr2O3 (S2) e Cr/Cr2O3 (S3), depositadas por Magnetron Sputtering. As amostras foram caracterizadas por UV-Vis-NIR, DRX e Perfilometria Óptica. Os resultados iniciais indicaram perdas na absortividade nos substratos expostos aos ambientes de degradação, com redução de 1,28%. Entre os filmes fabricados, a configuração S1 demonstrou maior estabilidade (variação de apenas -0,09%), enquanto a S2 apresentou a menor resistência (perda de -15,89%). As análises de Difração de Raios-X revelaram que a estrutura dos filmes manteve caráter amorfo em todas as configurações e ambientes de exposição, indicando estabilidade de fase. Contudo, a perfilometria apontou que a exposição do filme S2 ao protótipo causou um maior efeito redutor da rugosidade em comparação aos demais ambientes. O protótipo desenvolvido operou de forma estável a 80 °C, validando sua eficácia como uma ferramenta inovadora e de baixo custo para o estudo da durabilidade de revestimentos absorvedores.
Abstract: The increasing demand for renewable energy sources has driven the use of solar thermal collectors, whose performance depends on the efficiency and durability of selective surfaces. However, these coatings undergo degradation under harsh operating conditions, requiring accessible photothermal evaluation methods. Given this context, this work presents the development and validation of an experimental prototype for the photothermal aging analysis of solar selective surfaces. The prototype utilizes halogen dichroic lamps as radiation sources, with temperature data acquisition performed via an Arduino microcontroller and thermocouple sensors. The methodology consisted of subjecting selective films to different ultraviolet radiation conditions (UV-C and UV-A) and thermal stress within the developed device. Chromium-based surfaces were investigated in three configurations: Cr (S1), Cr+Cr/Cr2O3 (S2) and Cr/Cr2O3 (S3), deposited by Magnetron Sputtering. The samples were characterized using UV-Vis-NIR, XRD, and Optical Profilometry. Results indicated losses in the absorptivity of the exposed substrates, with a mean reduction of 1.28%. Among the fabricated films, the S1 configuration demonstrated the highest stability (a variation of only -0.09%), while S2 showed the lowest resistance (-15.89% loss). XRD analysis revealed that the film structure maintained an amorphous character across all configurations and exposure environments, indicating phase stability. However, profilometry pointed out that the exposure of the S2 film to the prototype caused a greater roughness reduction effect compared to other environments. The prototype operated stably at 80 °C, validating its effectiveness as an innovative and low-cost tool for studying the durability of absorber coatings.
Palavras-chave: Envelhecimento fototérmico
Superfícies seletivas solares
Protótipo experimental
Magnetron sputtering
Cromo
Photothermal aging
Solar selective surfaces
Experimental prototype
Magnetron sputtering
Chromium-based coatings
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal da Paraíba
Sigla da Instituição: UFPB
Departamento: Engenharia Mecânica
Programa: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica
Tipo de Acesso: Acesso aberto
Attribution-NoDerivs 3.0 Brazil
URI: http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/
URI: https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/38734
Data do documento: 30-Mar-2026
Aparece nas coleções:Centro de Tecnologia (CT) - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica

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