Thermal and Mathematical Analysis of Aluminum Metal Melting in Solar Parabolic Dish System

Abstract

In this study, melting of aluminum metal in a silicon carbide pot was explored theoretically by utilizing solar rays concentrated through a dish reflector. Based on the climatic conditions of Istanbul, İzmir, Antalya and Mersin cities, calculations were made for 5 different dish and receiver diameters and the potential amount of molten aluminum was determined. The temperature change in the receiver depends on the condensation rate, direct sunlight and receiver material properties. In this case, the amount of melting aluminum was found to have an effect at very high rates. As the condensation rate increases, the temperature in the pot (on the receiver) increases and the aluminum smelting potential may increase even though the receiver size decrease.

Keywords

• renewable energy,solar dish system,aluminum,melting metal

GÜNEŞ ENERJİLİ PARABOLİK ÇANAK SİSTEMDE ALÜMİNYUM METALİNİN ERİTİLMESİNİN TERMAL VE MATEMATİKSEL ANALİZİ

Abstract

Bu çalışmada çanak yansıtıcı vasıtasıyla yoğunlaştırılmış güneş ışınlarından faydalanılarak silisyum karbür potada alüminyum metalinin ergitilmesi teorik olarak incelenmiştir.  İstanbul, İzmir, Antalya ve Mersin şehirlerinin iklim koşulları temel alınarak 5 farklı çanak ve alıcı(pota) çapı için hesaplamalar yapılmıştır ve potansiyel ergitilebilir alüminyum miktarı belirlenmiştir. Alıcıdaki sıcaklık değişimi yoğunlaştırma oranına, direkt gelen güneş ışınlarına ve alıcı malzeme özelliklerine bağlıdır. Bu durumun eritilecek alüminyum miktarına çok yüksek oranlarda etkisi olduğu görülmüştür. Yapılan hesaplamalar sonucunda yoğunlaştırma oranı arttıkça potadaki(alıcıdaki) sıcaklık artmış, alıcı boyutu küçülmesine rağmen alüminyum ergitme potansiyelinin artabileceği görülmüştür. 

Keywords

• yenilenebilir enerji,solar çanak sistem,alüminyum,metal ergitme

References

1. 1. Barreto, G., & Canhoto, P. (2017). Modelling of a Stirling engine with parabolic dish for thermal to electric conversion of solar energy. Energy Conversion and Management(132), 119-135. doi: 10.1016/j.enconman.2016.11.011
2. 2. Castellanos, L. S., Caballero, G. E., Cobas, V. R., Lora, E. E., & Reyes, A. M. (2017). Mathematical modeling of the geometrical sizing and thermal performance of a Dish/Stirling system for power generation. Renewable Energy(107), 23-35. doi: 10.1016/j.renene.2017.01.020
3. 3. Duffie, J. A. (2013). Concentrating Collectors. D. J. A., & W. A. Beckman içinde, Solar Engineering of Thermal Processes (s. 322-373). Hoboken, New Jersey, Wiley.
4. 4. Goswami, Y. (2015). Solar Thermal Collectors. Y. Goswami içinde, Principles of Solar Engineering (s. 119-205). Boca Raton London New York, CRC Press.
5. 5. Hafez, A., Soliman, A., El-Metwally, K., & Ismail, I. (2016). Solar parabolic dish Stirling engine system design, simulation and thermal analysis. Energy Conversion and Management(126), 60-75. doi: 10.1016/j.enconman.2016.07.067
6. 6. Hijazi, H., Mokhiamar, O., & Elsamni, O. (2016). Mechanical design of a low cost parabolic solar dish concentrator. Alexandria Engineering Journal(55), 1-11. doi: 10.1016/j.aej.2016.01.028
7. 7. Kadri, Y., & Abdallah, H. H. (2016). Performance evaluation of a stand-alone solar dish Stirling system for power generation suitable for off-grid rural electrification. Energy Conversion and Management(129), 140-156. doi: 10.1016/j.enconman.2016.10.024
8. 8. Kalogirou, S. A. (2004). Solar thermal collectors and applications . Progress in Energy and Combustion Science(30), 231-295. doi: 10.1016/j.pecs.2004.02.001

9. 9. Kalogirou, S. A. (2009). Solar Thermal Power Systems. Solar Energy Engineering (s. 521-551) Academic Press.
10. 10. Kılıç, A., & Öztürk, A. (1983). Yeryüzüne Gelen Güneş Işınımı. İstanbul: Kipaş Dağıtımcılık.
11. 11. Lovegrove, K., & Stein, W. (2012). Parabolic dish concentrating solar power (CSP). Concentrating solar power technology (s. 284-321). Oxford Cambridge Philadelphia New Delhi: Woodhead Publishing Limited.
12. 12. Reddy, K., Veershetty, G., & Vikram, T. S. (2016). Effect of wind speed and direction on convective heat losses from solar parabolic dish modified cavity receiver. Solar Energy(131), 183-198. doi: 10.1016/j.solener.2016.02.039
13. 13. Semprini, S., Sanchez, D., & Pascale, A. D. (2016). Performance analysis of a micro gas turbine and solar dish integrated system under different solar-only and hybrid operating conditions. Solar Energy(132), 279-293. doi: 10.1016/j.solener.2016.03.012
14. 14. Tırıs, M., Tırıs, Ç., & Erdallı, Y. (1997). Güneş Enerjili Su Isıtma Sistemleri. Gebze-Kocaeli: TUBİTAK.
15. 15. Yıldız Uslu, N. (2009, Eylül). Silisyum-Pva ve Silisyum-Pvc Kompozit Tozlarının Pirolizi ve Karakterizasyonu. İstanbul: İTÜ-FBE.
16. 16. Yildiz Teknik Üniversitesi, (2008) Al ve Alaşımları. Erişim Adresi: http://www.yildiz.edu.tr/~akdogan/lessons/malzeme2/Aluminyum_ve_Aluminyum_Alasimlari.pdf (t.y.)
17. 17. Hatch, J.E. (1984). Aluminum Properties and Phsyıcal Metallurgy, ASM International, Ohio
18. 18. Çengel Y.A. (2012). Isı ve Kütle Transferi, Üçüncü Basım, Güven Bilimsel, İstanbul