O aumento da eficiência térmica de um coletor solar fechado plano (FPC Flat Plate Collector) depende fortemente de alterações nos parâmetros construtivos do seu projeto. Mas dentre as diversas alternativas de alterações, surge a questão de qual parâmetro causaria mais impacto na eficiência do aquecedor, quando alterado. Nesse contexto, este trabalho procura, para um FPC convencional, classificar em ordem de importância (hierarquizar) alguns dos seus principais parâmetros construtivos, com relação ao efeito produzido por suas variações, na eficiência térmica do aquecedor. Para tal, foi proposto um modelo numérico 3D solucionável por Fluidodinâmica Computacional (CFD) para o FPC, incluindo tubulação, placa absorvedora, isolamento térmico e cobertura de vidro, e considerando os fenômenos físicos presentes durante a operação, tais como, incidência de radiação solar, escoamento do fluido de trabalho, transferência de calor entre os componentes e convecção natural no airgap. O modelo foi validado experimentalmente por meio de testes em dois protótipos de FPC e os desvios entre as eficiências térmicas obtidas numericamente e experimentalmente foram inferiores a 2%. O modelo numérico foi então utilizado para realizar um conjunto de simulações computacionais, previamente definidas por planejamento de experimentos, por meio do software ANSYS Fluent e os resultados, após analisados estatisticamente, geraram uma equação de previsão da eficiência em função dos parâmetros construtivos estudados, que por sua vez, foi utilizada para a hierarquização. Os resultados mostraram que a variação na distância entre tubos é a que produz maior impacto na eficiência. As variações na espessura do isolamento, na espessura da placa e na emissividade de sua superfície também se mostraram importantes, porém com, respectivamente, 53%, 48% e 47% do efeito observado pela variação na distância entre os tubos. Como parâmetros de menor importância na hierarquia, ficaram a absortividade da superfície da placa e a distância entre placa e cobertura, cujas variações produzem, respectivamente, cerca de 15% e 5% do efeito da variação no parâmetro mais importante. Adicionalmente, os contornos de temperatura e velocidade obtidos pelas simulações CFD possibilitaram uma análise que poderá servir de base para estudos futuros sobre os fenômenos físicos presentes no coletor em operação.

The improvement in a flat-plate solar collector (FPC) thermal efficiency heavily depends on its design constructive parameter changes. But among the diverse change alternatives, arises the question of which parameter would cause more impact on the solar water heater efficiency, when design changes take place. Considering these circumstances, this work seeks, for a conventional FPC, to rank some of its main constructive parameters, regarding the effect produced by its variations on solar water heater thermal efficiency. For such situation, a 3D numerical model solvable through computational fluid dynamics (CFD) was proposed in order to model the FPC, including pipes, the absorber plate, the thermal insulation and the glass cover, also considering the existing physics phenomena during the operation, such as, solar radiation incidence, the working fluid flow inside the tubes, the heat transfer between components and natural convection in the airgap. The model was experimentally validated through tests on two FPC prototypes and the deviations between the thermal efficiencies, obtained numerically and experimentally, were lower than 2%. Then the numerical model was used to run a set of computer simulations, previously defined by design of experiments, through the ANSYS Fluent software and later with the results being statistically analyzed, an efficiency prediction equation was created according to the studied constructive parameters, which was then used for the hierarchy rank determination. The results showed that the variation of the distance between tubes is the one which produces the biggest impact on efficiency. Variations on insulation thickness, on the absorber plate thickness and on its surface emissivity ended up being important as well, but with an impact of 53%, 48% and 47% respectively, when compared with the distance between tubes variation. As less important parameters on the hierarchy we have the plate surface absorptivity and the distance between plate and cover, which produced, respectively, a variation effect of about 15% and 5% in comparison with the most important parameter. Additionally, the temperature and velocity contours obtained by the CFD simulations made possible an analysis that can be used to support future studies related to existent physics phenomena in a solar collector.