Sistemas: Solar Termodinâmico ou Colector Solar
1 Comments Published by Jorge Melo Cabral on 11.7.08 at 18:30.
Existe uma grande confusão relativamente ao sistema solar termodinâmico, pois o termo "Solar" parece abusivo num sistema que funciona por bomba de calor. A bomba de calor funciona segundo um princípio termodinâmico que se baseia num evaporador e condensador. O evaporador capta a energia existente na atmosfera por efeito de estufa. Por exemplo, no Inverno, os dias com chuva são mais quentes que os dias de céu limpo e esse calor pode ser aproveitado pelos sistemas termodinâmicos. Quanto mais quente estiver o ambiente exterior, melhor aproveitamento se tira do sistema, pois o evaporador capta essa energia e transfere-a para o permutador do depósito (condensador), aquecendo assim a massa de água aí acumulada.
Esquema de funcionamento
É esta a explicação da thermodyn, que prefere chamar este sistema de "Bomba de calor termodinâmica com painél solar", uma vez que lhe junta painéis solares de tubos de vácuo para obter um rendimento superior ao longo do ano. Trata-se assim de um sistema solar termodinâmico, na medida em que faz uso da luz solar, do efeito de estufa terrestre e da electricidade, efectuando a junção de dois sistemas. Mas existem outras marcas que utilizam a denominação "Solar", como a Energie, associando o sistema às energias renováveis, como se tratasse de um colector solar, o que tem sido denunciado pela SPES (Associação Portuguesa de Energia Solar), ao argumentar que "um colector solar deve ter um COP (coeficiente of performance) de algumas dezenas, isto é, a energia solar (radiação) captada pelo colector deve ser N vezes com N>30 (número indicativo tirado da prática corrente) a energia dita comercial (electricidade) consumida para fazer funcionar o sistema de capataz (bomba eléctrica, por exemplo). Ora, no caso destes equipamentos, o N poderá ser quando muito da ordem de 2 a 4. Ensaios em tempos feitos no INETI apontavam para valores ainda inferiores. Isto quer dizer que os ditos colectores usam no compressor e no ciclo termodinâmico até cerca de metade da energia que fornece, isto é, trata-se de uma bomba de calor com um COP de 2, o qual poderá a espaços ser de 4, quando o Sol incidir nos painéis". Todavia, há quem sustente o carácter particular e corporativo da SPES, baseando-se em opiniões de investigadores, como o professor do IST, Manuel Collares Pereira, que sustém opinião diferente: "A produção de electricidade a partir da energia solar também pode ser feita por conversão térmica, não apenas via fotovoltaico. Utilizam-se sistemas que concentram a radiação incidente numa cavidade absorvedora e aquecem a alta temperatura, um fluido- ar, água, óleo térmico- que pode então ser utilizado num ciclo termo-dinâmico convencional, inteiramente idêntico ao que se faz nas centrais termoeléctricas convencionais a combustíveis fósseis. Se o produto final do sistema solar for vapor teremos este a passar numa turbina de vapor acoplada a um gerador para produção de electricidade, se for ar quente a alta pressão e temperatura este passa numa turbina a gás para o mesmo efeito. Pode ainda ter-se um motor do tipo Stirling com um ciclo de expansão e compressão de um gás (ar, por exemplo). Mais perto de uma situação de utilização no mercado estão as tecnologias solares que produzem vapor e as do tipo motor Stirling." Já a AXETERMO utiliza a designação "Bomba de Calor Solar com Thermoacumulador".
Em relação aos colectores solares:
O funcionamento de um colector solar resume-se no seguinte: a radiação solar atinge as placas do colector aquecendo-as a elas e a um fluido (água e glicol) que circula no interior de tubos, graças à absorção de radiação solar. A tampa do colector é opaca à radiação IV, para reduzir as emissões dos tubos absorvedores, sendo a restante superfície do colector coberta por material isolante. Este fluido é obrigado a percorrer um circuito fechado, muitas vezes com a ajuda de um sistema de bombagem. O tubo que o constitui, em geral de cobre e coberto de negro, penetra num reservatório de água, aquecendo-a por transferência de calor. O aquecimento do tubo de cobre, do fluido e da água é feito por condução. A circulação do fluido pelas tubagens é devido a correntes de convecção.
Factores de que depende o rendimento do colector solar:
● Tipo de colector;
● Diferença de temperatura entre o colector e as vizinhanças;
● Intensidade da radiação solar;
● Possibilidade d armazenar a energia;
● Comportamento do consumidor face à utilização de água quente.
● Eficiência óptica do colector (transparência e absorção devem ser elevadas);
● Condutividade térmica do absorvedor;
● Isolamento do colector; o isolamento térmico minimiza as perdas térmicas para o exterior
● Emissividade do absorvedor (deve ser o menor possível).
Os colectores solares existentes no mercado são os seguintes:
Colectores Planos:
Este tipo de colector é o mais comum e destina-se a produção de água quente a temperaturas inferiores a 60 ºC. Este é formado por:
a) Cobertura transparente: para provocar o efeito de estufa e reduzir as perdas de calor e ainda assegurar a estanquicidade do colector. A cobertura em vidro de segurança (geralmente vidro temperado) confere uma maior durabilidade e resistência ao colector, protegendo de eventuais condições climatéricas, como por exemplo a queda de granizo.
b) Placa absorsora: serve para receber a energia e transforma-la em calor, transmitindo-a para o fluido térmico que circula por uma série de tubos em paralelo ou serpentina. Para obter maiores rendimentos existem superfícies selectivas que absorvem como um corpo negro mas perdem menos radiação.
c) Caixa isolada: serve para evitar perdas de calor uma vez que deverá ser isolada térmicamente, para dar rigidez e proteger o interior do colector, dos agentes externos.
Ao fazer circular o fluido térmico através dos tubos dos colectores, retira-se calor destes podendo aproveitar este calor para aquecer um depósito de água.
Estes colectores são utilizados geralmente para aplicações domésticas de produção de água quente sanitária (armazenamento de água até 60ºC), pois são bastante simples e de relativo baixo custo.
Os colectores com cobertura de revestimento selectivo (geralmente em crómio negro) são utilizados para além de aquecimento de águas sanitárias também para as seguintes utilizações:
a) Aquecimento de água de piscinas (com uma temperatura até 60ºC).
b) Pré aquecimento de água de processos industriais – que pode ser utilizado para pré aquecer a água de caldeiras, termoacumuladores e certos modelos de máquinas de lavar roupa e louça.
Este colector pode reduzir o consumo de electricidade ou gás no aquecimento de água quente sanitária e ambiente ao pré aquecer a água, e tem um preço idêntico aos outros colectores planos.
Colectores Planos sem cobertura:
O colector sem cobertura (de borracha) é utilizado para o aquecimento de água de piscinas ao ar livre apenas no Verão, pois estes colectores só conseguem fornecer energia quando as temperaturas são superiores a 15ºC. Estes colectores são de baixo custo, no entanto têm bastantes perdas térmicas para o exterior.
Colector do Tipo CPC (Concentrador Parabólico):
Para atingir temperaturas mais elevadas há que diminuir as perdas térmicas do receptor. Estas são proporcionais à superfície deste. Reduzindo-a em relação á superfície de captação, consegue-se reduzir as perdas térmicas na proporção dessa redução.
O desenvolvimento da óptica permitiu muito recentemente a descoberta de um novo tipo de concentradores (chamados CPC ou Winston) que combinam as propriedades dos colectores planos (também podem ser montados em estruturas fixas e têm um grande ângulo de visão o que também permite a captação da radiação difusa) com a capacidade de produzirem temperaturas mais elevadas (>70ºC), como os concentradores convencionais do tipo de lentes. A diferença fundamental entre estes colectores e os planos é a geometria da superfície de absorção, pois no caso dos CPC's a superfície absorvedora é constituída por uma grelha de alhetas em forma de acento circunflexo, colocadas por cima de uma superfície reflectora. A captação solar realiza-se nas duas faces das alhetas já que o sol incide na parte superior das alhetas e os raios que são reflectidos acabam por incidir na parte inferior das alhetas, aumentado assim ainda mais a temperatura do fluido e diminuindo as perdas térmicas.Os sistemas assim concebidos chamam-se concentradores porque a concentração é precisamente a relação entre a área de captação (a área de vidro que serve de tampa á caixa) e a área de recepção. Estes colectores, do tipo CPC (concentrador parabólico), são os mais indicados para aquecimento de águas sanitárias e aquecimento ambiente, uma vez que o seu desenho contribui para aquecer mais o fluido térmico de transporte do calor para a água de consumo, com temperaturas entre os 80 a 90ºC. O custo destes colectores é um pouco mais do que os colectores planos mas é mais eficiente no aproveitamento da radiação solar
Acontece que, quanto maior é a concentração mais pequeno é o ângulo com a normal aos colectores segundo o qual têm que incidir os raios solares para serem captados, pelo que o colector tem de se manter sempre perpendicular aos raios solares, seguindo o sol no seu movimento aparente diurno.
Esta é uma desvantagem, pois o mecanismo de controle para fazer o colector seguir a trajectória do sol, é bastante dispendioso e complicado, para além de só permitir a captação da radiação directa.
Colector de tubos de vácuo:
Os colectores de tubos de vácuo têm a mesma utilização que os outros colectores no aquecimento e pré aquecimento (com temperaturas entre os 80 a 90ºC). A diferença destes colectores encontra-se nos tubos de vácuo que reduzem as perdas térmicas para o exterior.
Preços:
A título de exemplo os custos de um kit solar de Termosifão podem ser:
a) Um colector plano selectivo ou tipo CPC, com uma área de cerca de 2m2 e depósito de acumulação de cerca de 180 litros pode custar entre 2.000€ a 2.500€.
b) Dois colectores planos selectivos ou tipo CPC, com uma área de cerca de 4m2 e um depósito de acumulação de cerca de 300 litros pode custar cerca de 3.000€.
Esquema de funcionamento
É esta a explicação da thermodyn, que prefere chamar este sistema de "Bomba de calor termodinâmica com painél solar", uma vez que lhe junta painéis solares de tubos de vácuo para obter um rendimento superior ao longo do ano. Trata-se assim de um sistema solar termodinâmico, na medida em que faz uso da luz solar, do efeito de estufa terrestre e da electricidade, efectuando a junção de dois sistemas. Mas existem outras marcas que utilizam a denominação "Solar", como a Energie, associando o sistema às energias renováveis, como se tratasse de um colector solar, o que tem sido denunciado pela SPES (Associação Portuguesa de Energia Solar), ao argumentar que "um colector solar deve ter um COP (coeficiente of performance) de algumas dezenas, isto é, a energia solar (radiação) captada pelo colector deve ser N vezes com N>30 (número indicativo tirado da prática corrente) a energia dita comercial (electricidade) consumida para fazer funcionar o sistema de capataz (bomba eléctrica, por exemplo). Ora, no caso destes equipamentos, o N poderá ser quando muito da ordem de 2 a 4. Ensaios em tempos feitos no INETI apontavam para valores ainda inferiores. Isto quer dizer que os ditos colectores usam no compressor e no ciclo termodinâmico até cerca de metade da energia que fornece, isto é, trata-se de uma bomba de calor com um COP de 2, o qual poderá a espaços ser de 4, quando o Sol incidir nos painéis". Todavia, há quem sustente o carácter particular e corporativo da SPES, baseando-se em opiniões de investigadores, como o professor do IST, Manuel Collares Pereira, que sustém opinião diferente: "A produção de electricidade a partir da energia solar também pode ser feita por conversão térmica, não apenas via fotovoltaico. Utilizam-se sistemas que concentram a radiação incidente numa cavidade absorvedora e aquecem a alta temperatura, um fluido- ar, água, óleo térmico- que pode então ser utilizado num ciclo termo-dinâmico convencional, inteiramente idêntico ao que se faz nas centrais termoeléctricas convencionais a combustíveis fósseis. Se o produto final do sistema solar for vapor teremos este a passar numa turbina de vapor acoplada a um gerador para produção de electricidade, se for ar quente a alta pressão e temperatura este passa numa turbina a gás para o mesmo efeito. Pode ainda ter-se um motor do tipo Stirling com um ciclo de expansão e compressão de um gás (ar, por exemplo). Mais perto de uma situação de utilização no mercado estão as tecnologias solares que produzem vapor e as do tipo motor Stirling." Já a AXETERMO utiliza a designação "Bomba de Calor Solar com Thermoacumulador".
Em relação aos colectores solares:
O funcionamento de um colector solar resume-se no seguinte: a radiação solar atinge as placas do colector aquecendo-as a elas e a um fluido (água e glicol) que circula no interior de tubos, graças à absorção de radiação solar. A tampa do colector é opaca à radiação IV, para reduzir as emissões dos tubos absorvedores, sendo a restante superfície do colector coberta por material isolante. Este fluido é obrigado a percorrer um circuito fechado, muitas vezes com a ajuda de um sistema de bombagem. O tubo que o constitui, em geral de cobre e coberto de negro, penetra num reservatório de água, aquecendo-a por transferência de calor. O aquecimento do tubo de cobre, do fluido e da água é feito por condução. A circulação do fluido pelas tubagens é devido a correntes de convecção.
Factores de que depende o rendimento do colector solar:
● Tipo de colector;
● Diferença de temperatura entre o colector e as vizinhanças;
● Intensidade da radiação solar;
● Possibilidade d armazenar a energia;
● Comportamento do consumidor face à utilização de água quente.
● Eficiência óptica do colector (transparência e absorção devem ser elevadas);
● Condutividade térmica do absorvedor;
● Isolamento do colector; o isolamento térmico minimiza as perdas térmicas para o exterior
● Emissividade do absorvedor (deve ser o menor possível).
Os colectores solares existentes no mercado são os seguintes:
Colectores Planos:
Este tipo de colector é o mais comum e destina-se a produção de água quente a temperaturas inferiores a 60 ºC. Este é formado por:
a) Cobertura transparente: para provocar o efeito de estufa e reduzir as perdas de calor e ainda assegurar a estanquicidade do colector. A cobertura em vidro de segurança (geralmente vidro temperado) confere uma maior durabilidade e resistência ao colector, protegendo de eventuais condições climatéricas, como por exemplo a queda de granizo.
b) Placa absorsora: serve para receber a energia e transforma-la em calor, transmitindo-a para o fluido térmico que circula por uma série de tubos em paralelo ou serpentina. Para obter maiores rendimentos existem superfícies selectivas que absorvem como um corpo negro mas perdem menos radiação.
c) Caixa isolada: serve para evitar perdas de calor uma vez que deverá ser isolada térmicamente, para dar rigidez e proteger o interior do colector, dos agentes externos.
Ao fazer circular o fluido térmico através dos tubos dos colectores, retira-se calor destes podendo aproveitar este calor para aquecer um depósito de água.
Estes colectores são utilizados geralmente para aplicações domésticas de produção de água quente sanitária (armazenamento de água até 60ºC), pois são bastante simples e de relativo baixo custo.
Os colectores com cobertura de revestimento selectivo (geralmente em crómio negro) são utilizados para além de aquecimento de águas sanitárias também para as seguintes utilizações:
a) Aquecimento de água de piscinas (com uma temperatura até 60ºC).
b) Pré aquecimento de água de processos industriais – que pode ser utilizado para pré aquecer a água de caldeiras, termoacumuladores e certos modelos de máquinas de lavar roupa e louça.
Este colector pode reduzir o consumo de electricidade ou gás no aquecimento de água quente sanitária e ambiente ao pré aquecer a água, e tem um preço idêntico aos outros colectores planos.
Colectores Planos sem cobertura:
O colector sem cobertura (de borracha) é utilizado para o aquecimento de água de piscinas ao ar livre apenas no Verão, pois estes colectores só conseguem fornecer energia quando as temperaturas são superiores a 15ºC. Estes colectores são de baixo custo, no entanto têm bastantes perdas térmicas para o exterior.
Colector do Tipo CPC (Concentrador Parabólico):
Para atingir temperaturas mais elevadas há que diminuir as perdas térmicas do receptor. Estas são proporcionais à superfície deste. Reduzindo-a em relação á superfície de captação, consegue-se reduzir as perdas térmicas na proporção dessa redução.
O desenvolvimento da óptica permitiu muito recentemente a descoberta de um novo tipo de concentradores (chamados CPC ou Winston) que combinam as propriedades dos colectores planos (também podem ser montados em estruturas fixas e têm um grande ângulo de visão o que também permite a captação da radiação difusa) com a capacidade de produzirem temperaturas mais elevadas (>70ºC), como os concentradores convencionais do tipo de lentes. A diferença fundamental entre estes colectores e os planos é a geometria da superfície de absorção, pois no caso dos CPC's a superfície absorvedora é constituída por uma grelha de alhetas em forma de acento circunflexo, colocadas por cima de uma superfície reflectora. A captação solar realiza-se nas duas faces das alhetas já que o sol incide na parte superior das alhetas e os raios que são reflectidos acabam por incidir na parte inferior das alhetas, aumentado assim ainda mais a temperatura do fluido e diminuindo as perdas térmicas.Os sistemas assim concebidos chamam-se concentradores porque a concentração é precisamente a relação entre a área de captação (a área de vidro que serve de tampa á caixa) e a área de recepção. Estes colectores, do tipo CPC (concentrador parabólico), são os mais indicados para aquecimento de águas sanitárias e aquecimento ambiente, uma vez que o seu desenho contribui para aquecer mais o fluido térmico de transporte do calor para a água de consumo, com temperaturas entre os 80 a 90ºC. O custo destes colectores é um pouco mais do que os colectores planos mas é mais eficiente no aproveitamento da radiação solar
Acontece que, quanto maior é a concentração mais pequeno é o ângulo com a normal aos colectores segundo o qual têm que incidir os raios solares para serem captados, pelo que o colector tem de se manter sempre perpendicular aos raios solares, seguindo o sol no seu movimento aparente diurno.
Esta é uma desvantagem, pois o mecanismo de controle para fazer o colector seguir a trajectória do sol, é bastante dispendioso e complicado, para além de só permitir a captação da radiação directa.
Colector de tubos de vácuo:
Os colectores de tubos de vácuo têm a mesma utilização que os outros colectores no aquecimento e pré aquecimento (com temperaturas entre os 80 a 90ºC). A diferença destes colectores encontra-se nos tubos de vácuo que reduzem as perdas térmicas para o exterior.
Preços:
A título de exemplo os custos de um kit solar de Termosifão podem ser:
a) Um colector plano selectivo ou tipo CPC, com uma área de cerca de 2m2 e depósito de acumulação de cerca de 180 litros pode custar entre 2.000€ a 2.500€.
b) Dois colectores planos selectivos ou tipo CPC, com uma área de cerca de 4m2 e um depósito de acumulação de cerca de 300 litros pode custar cerca de 3.000€.
Muito interessante este artigo.
Oi!
Voce me ajuda a divulgar o texto abaixo repassando para a sua rede de relacionamentos?
Muito obrigado,
Jorge
---------- Forwarded message ----------
Date: 2009/12/6
Subject: Novos assuntos para os blogs a pedido dos leitores.
Atendendo a pedidos dos leitores os meus blogs passam a ter redação em portugues.
Seguem abaixo os endereços e as palavras-chave que resumem os principais assuntos de tema de abordagem de cada blog.
Estou me empenhando para trazer ao querido leitor conteúdo relevante, atualizado e divertido.
Além dos blogs, atendo sempre que posso com terapia floral em Balneário Camboriú no Jardim Kailash
http://www.jardimkailash.com.br
Peço, por favor para voce divulgar para a sua rede de relacionamentos.
Muito obrigado,
Jorge
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