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2025-03-11 15:58:17 Francisca Ferreira: -/-| /dev/null .. Utilidades industriais/Equipamentos/Coletores Solares.md | |
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| + | # Coletores Solares |
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| + | # Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra |
| + | ## Departamento de Engenharia Química |
| + | ### Mestrado em Engenharia Química |
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| + | --- |
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| + | # Tarefa 1 |
| + | ## Intensificação e Integração de Processos |
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| + | **Professor Nuno Oliveira** |
| + | |
| + | --- |
| + | |
| + | **Cristiana Magalhães – 2018274278** |
| + | **Maria Inês Gonçalves – 2018276319** |
| + | |
| + | --- |
| + | |
| + | **Coimbra, abril 2022** |
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| + | <logo>Universidade de Coimbra<logo> |
| + | <hr><hr> |
| + | # Índice |
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| + | - Introdução ................................................................................................................. 1 |
| + | - Seleção do Tipo de Coletor ...................................................................................... 1 |
| + | - Tipos de ligação entre coletores ............................................................................... 2 |
| + | - Ligações em série .................................................................................................. 2 |
| + | - Ligações em paralelo ............................................................................................ 3 |
| + | - Ligação Mista ....................................................................................................... 3 |
| + | - Panorama Nacional .................................................................................................. 4 |
| + | - Bibliografia .............................................................................................................. 6 |
| + | |
| + | <page_number>i<page_number> |
| + | <hr><hr> |
| + | # Introdução |
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| + | Um sistema solar térmico resulta da junção de vários componentes, sendo o principal o coletor solar. O coletor solar tem como função converter a radiação solar captada em energia térmica. |
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| + | Este equipamento é constituído por uma caixa externa com uma cobertura de vidro. Dentro dessa caixa existe uma superfície absorvedora metálica de radiação e tubos, onde circula o fluido térmico. A superfície absorvedora deve ter uma tonalidade escura para que a absorção da radiação seja otimizada e a parcela refletida seja a menor possível. |
| + | |
| + | Os raios solares entram na caixa, através da cobertura de vidro, onde são absorvidos pela superfície absorvedora metálica. Para além disso, o vidro cria um efeito de estufa dentro da caixa que aumenta a absorção de calor. Todo o calor proveniente da radiação é absorvido e transportado pelo fluido térmico até ao reservatório térmico.[1] |
| + | |
| + | Posto isto, existem diversos tipos de tecnologias relativamente aos coletores solares, tais como:[2] |
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| + | - Coletores de placa plana; |
| + | - Coletores com concentrador parabólico; |
| + | - Coletores a tubos a vácuo; |
| + | - Coletores a ar; |
| + | |
| + | --- |
| + | |
| + | # Seleção do Tipo de Coletor |
| + | |
| + | Na escolha do coletor deve-se ter em conta o tipo de aplicação que se pretende e o seu desempenho. Para isso, deve-se considerar os seguintes aspetos: |
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| + | - A superfície bruta do coletor a que correspondem as dimensões exteriores; |
| + | - A área da superfície de abertura, que é a área através da qual a radiação solar passa; |
| + | - A área de captação, que corresponde à área da placa absorvedora.[1] |
| + | |
| + | <page_number>1</page_number> |
| + | <hr><hr> |
| + | Além dos fatores mencionados acima, a seleção de um tipo de coletor depende, também, da gama de temperaturas do processo ou do tipo de instalação, como se pode ver na Tabela 1. |
| + | |
| + | ### Tabela 1 - Tipo de coletor para cada tipo de instalação e a sua temperatura de utilização [3] |
| + | |
| + | <table> |
| + | <thead> |
| + | <tr> |
| + | <th>Tipo de instalação</th> |
| + | <th>Temperatura de utilização</th> |
| + | <th>Tipo de coletor</th> |
| + | </tr> |
| + | </thead> |
| + | <tbody> |
| + | <tr> |
| + | <td>Piscinas/Estufas</td> |
| + | <td>< 30°C</td> |
| + | <td> |
| + | Plano sem cobertura<br> |
| + | Plano (preto baço)<br> |
| + | Plano (seletivo) |
| + | </td> |
| + | </tr> |
| + | <tr> |
| + | <td>Águas sanitárias e pré-aquecimento industrial</td> |
| + | <td>< 60°C</td> |
| + | <td> |
| + | Plano (preto baço)<br> |
| + | Plano (seletivo)<br> |
| + | CPC (Baixa concentração) |
| + | </td> |
| + | </tr> |
| + | <tr> |
| + | <td>Pré-aquecimento industrial</td> |
| + | <td>> 60°C</td> |
| + | <td> |
| + | CPC (Baixa concentração)<br> |
| + | CPC (Alta concentração)<br> |
| + | Tubos de vácuo<br> |
| + | Outros concentradores |
| + | </td> |
| + | </tr> |
| + | </tbody> |
| + | </table> |
| + | |
| + | --- |
| + | |
| + | ## Tipos de ligação entre coletores |
| + | |
| + | Por vezes, torna-se complicado colocar apenas um coletor solar nas instalações solares térmicas que consiga cumprir os requisitos necessários da instalação, e por isso mesmo, existe a necessidade de ligar os coletores entre si, de forma a garantir baixas potências de bombeamento e uma produção uniforme de calor por todos os coletores. Como tal, existem diferentes tipos de ligações entre coletores, como ligações em série, paralelo e misto [4], [5]. |
| + | |
| + | --- |
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| + | ## Ligações em série |
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| + | A ligação em série dos coletores baseia-se em conectar a saída da fonte quente do primeiro coletor à entrada da fonte fria do segundo coletor e assim sucessivamente (Figura 1), acabando por passar todo o fluido de transferência de calor por todos os coletores [4]. No entanto, este tipo de ligação tem um nível de rendimento baixo, uma vez que ele vai diminuindo à medida que atravessa os coletores e apresenta um número limitado de coletores possíveis de montar em série. Dada a simplicidade do processo, a instalação é simples e tem poucos custos [5]. |
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| + | <page_number>2</page_number> |
| + | <hr><hr> |
| + | # Ligações em Série e Paralelo de Coletores |
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| + |  |
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| + | ## Ligações em Paralelo |
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| + | No caso das ligações em paralelo dos coletores, uma parte do fluido de transferência de calor passa por cada coletor, funcionando de forma independente[^4]. Como se vê na Figura 2, existem diferentes linhas, as linhas de admissão e as linhas de escoamento comum, sendo que cada coletor apresenta as duas. |
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| + | Neste tipo de ligação, a linha de admissão deve ser feita de forma invertida para reduzir as perdas térmicas e atingir um equilíbrio hidráulico. Assim, as ligações em paralelo dos coletores apresentam: |
| + | - Um bom rendimento térmico, |
| + | - Uma perda de carga baixa, |
| + | - Um número ilimitado de coletores que se podem instalar. |
| + | |
| + | No entanto, apresentam maiores custos do que o tipo de ligação em série[^5]. |
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| + |  |
| + | |
| + | ## Ligação Mista |
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| + | Por fim, o tipo de ligação mista caracteriza-se como a junção de ligações em paralelo e série entre coletores (Figura 3). A ligação mista é o tipo de ligação recomendado nos casos em que as instalações requerem necessidades mais elevadas, como por exemplo, ser de grandes dimensões e assim tornar a distribuição do fluido de transferência de calor o mais uniforme possível[^4][^5]. |
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| + | <page_number>3</page_number> |
| + | <hr><hr> |
| + | ### Panorama Nacional |
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| + | Portugal é um país privilegiado, no que toca às condições atmosféricas, tendo um número de horas de exposição e radiação solar por ano bastante propício à utilização de sistemas solares térmicos, como se pode observar na Figura 4. |
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| + | #### Figura 4 - Distribuição das horas de sol e da radiação em Portugal, respectivamente [3] |
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| + | Nos últimos anos, a instalação de sistemas solares térmicos de baixa temperatura tem vindo a aumentar devido a todos os fatores referidos anteriormente e também, devido a alguns incentivos financeiros dados pelo governo, como por exemplo nos anos de 2009 e 2010. |
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| + | <page_number>4<page_number> |
| + | <hr><hr> |
| + | A nível industrial, com a realização da Auditoria Energética e com a elaboração dos Planos de Racionalização de Energia, foi possível verificar que é viável a utilização de energia térmica com períodos de amortização aceitáveis. Estas centrais térmicas podem suprir até 35% das necessidades de energia térmica, tendo assim um retorno do investimento ao fim de 8 anos. |
| + | |
| + | Por exemplo, quando é necessária a acumulação de água a 60ºC verifica-se que um sistema solar térmico para o pré-aquecimento desta água reduz os custos operacionais e assim, consegue-se aumentar a competitividade entre empresas [6]. |
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| + | <page_number>5</page_number> |
| + | <hr><hr> |
| + | # Bibliografia |
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| + | [1] RIBEIRO, Vítor Bruno Marques - DIMENSIONAMENTO DE INSTALAÇÕES SOLARES TÉRMICAS EM EDIFÍCIOS Projeto e análise de viabilidade económica. Porto. 2014. Dissertação apresentada à Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto. |
| + | |
| + | [2] Utilização de Coletores Solares para a Produção de Calor de Processo Industrial. DGGE/IP-AQSpP ed. Lisboa, 2004. ISBN 9728268300. Disponível em: [http://www.energiasrenovaveis.com/images/upload/AQSindustria.pdf](http://www.energiasrenovaveis.com/images/upload/AQSindustria.pdf) |
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| + | [3] Góis, José, Apontamentos Instalações e Equipamentos Industriais, Departamento de Engenharia Química, Universidade de Coimbra, Ano Letivo 2020/2021. |
| + | |
| + | [4] Master Plumbers and Mechanical Services Association of Australia (MPMSAA) and Sustainability Victoria (SV), 2009, Large Scale Solar Thermal Systems Design Handbook. |
| + | |
| + | [5] SILVA, Miguel Martins da – Execução de um projeto solar térmico para uma instalação de A.Q.S. da Escola Básica Guilherme Stephens. Lisboa. 2012. Dissertação apresentada ao Instituto Superior de Engenharia de Lisboa. |
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| + | [6] SOLAR TÉRMICO. UMA OPORTUNIDADE PARA PORTUGAL. Disponível em: [https://www.iep.pt/solar-termico-uma-oportunidade-para-portugal/](https://www.iep.pt/solar-termico-uma-oportunidade-para-portugal/). Consultado a 2/04/2022. |
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