Blame

71a1e5 Francisca Ferreira 2025-03-11 15:58:17
1
# Coletores Solares
2
3
# Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra
4
## Departamento de Engenharia Química
5
### Mestrado em Engenharia Química
6
7
---
8
9
# Tarefa 1
10
## Intensificação e Integração de Processos
11
12
**Professor Nuno Oliveira**
13
14
---
15
16
**Cristiana Magalhães – 2018274278**
17
**Maria Inês Gonçalves – 2018276319**
18
19
---
20
21
**Coimbra, abril 2022**
22
23
<logo>Universidade de Coimbra<logo>
b69c9e Francisca Ferreira 2025-03-11 16:28:05
24
25
26
# Índice
71a1e5 Francisca Ferreira 2025-03-11 15:58:17
27
28
- Introdução ................................................................................................................. 1
29
- Seleção do Tipo de Coletor ...................................................................................... 1
30
- Tipos de ligação entre coletores ............................................................................... 2
31
- Ligações em série .................................................................................................. 2
32
- Ligações em paralelo ............................................................................................ 3
33
- Ligação Mista ....................................................................................................... 3
34
- Panorama Nacional .................................................................................................. 4
35
- Bibliografia .............................................................................................................. 6
36
d1127a Francisca Ferreira 2025-03-11 16:05:49
37
71a1e5 Francisca Ferreira 2025-03-11 15:58:17
38
# Introdução
39
40
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.
41
42
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.
43
44
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]
45
46
Posto isto, existem diversos tipos de tecnologias relativamente aos coletores solares, tais como:[2]
47
48
- Coletores de placa plana;
49
- Coletores com concentrador parabólico;
50
- Coletores a tubos a vácuo;
51
- Coletores a ar;
52
53
---
54
55
# Seleção do Tipo de Coletor
56
57
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:
58
59
- A superfície bruta do coletor a que correspondem as dimensões exteriores;
60
- A área da superfície de abertura, que é a área através da qual a radiação solar passa;
61
- A área de captação, que corresponde à área da placa absorvedora.[1]
62
759ee0 Francisca Ferreira 2025-03-11 16:05:39
63
71a1e5 Francisca Ferreira 2025-03-11 15:58:17
64
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.
65
192613 Francisca Ferreira 2025-03-11 16:28:16
66
###### Tabela 1 - Tipo de coletor para cada tipo de instalação e a sua temperatura de utilização [3]
71a1e5 Francisca Ferreira 2025-03-11 15:58:17
67
68
<table>
69
<thead>
70
<tr>
71
<th>Tipo de instalação</th>
72
<th>Temperatura de utilização</th>
73
<th>Tipo de coletor</th>
74
</tr>
75
</thead>
76
<tbody>
77
<tr>
78
<td>Piscinas/Estufas</td>
79
<td>&lt; 30°C</td>
80
<td>
81
Plano sem cobertura<br>
82
Plano (preto baço)<br>
83
Plano (seletivo)
84
</td>
85
</tr>
86
<tr>
87
<td>Águas sanitárias e pré-aquecimento industrial</td>
88
<td>&lt; 60°C</td>
89
<td>
90
Plano (preto baço)<br>
91
Plano (seletivo)<br>
92
CPC (Baixa concentração)
93
</td>
94
</tr>
95
<tr>
96
<td>Pré-aquecimento industrial</td>
97
<td>&gt; 60°C</td>
98
<td>
99
CPC (Baixa concentração)<br>
100
CPC (Alta concentração)<br>
101
Tubos de vácuo<br>
102
Outros concentradores
103
</td>
104
</tr>
105
</tbody>
106
</table>
107
108
---
109
110
## Tipos de ligação entre coletores
111
112
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].
113
114
---
115
116
## Ligações em série
117
118
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].
119
641ded Francisca Ferreira 2025-03-11 16:06:27
120
71a1e5 Francisca Ferreira 2025-03-11 15:58:17
121
b88654 Francisca Ferreira 2025-03-11 16:01:24
122
![Figura 1 - Ligação em série de coletores [5] ](./Colectores_Solares-002.png)
a0f5b2 Francisca Ferreira 2025-03-11 16:00:59
123
eae767 Francisca Ferreira 2025-03-11 16:00:39
124
*Figura 1-* Ligação em série de coletores [5]
71a1e5 Francisca Ferreira 2025-03-11 15:58:17
125
126
## Ligações em Paralelo
127
cfa670 Francisca Ferreira 2025-03-11 16:30:39
128
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.
71a1e5 Francisca Ferreira 2025-03-11 15:58:17
129
cfa670 Francisca Ferreira 2025-03-11 16:30:39
130
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 e um número ilimitado de coletores que se podem instalar. No entanto, apresentam maiores custos do que o tipo de ligação em série[5].
71a1e5 Francisca Ferreira 2025-03-11 15:58:17
131
f02161 Francisca Ferreira 2025-03-11 16:02:17
132
![Figura 2 - Ligação em paralelo de coletores [5] ](./Colectores_Solares-003.png)
133
134
*Figura 2-* Ligação em paralelo de coletores [5]
71a1e5 Francisca Ferreira 2025-03-11 15:58:17
135
136
## Ligação Mista
137
f72eb3 Francisca Ferreira 2025-03-11 16:31:08
138
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].
7d6ab8 Francisca Ferreira 2025-03-11 16:03:21
139
bbef2c Francisca Ferreira 2025-03-11 16:03:43
140
![Figura 3 - Ligação mista de coletores [5] ](./Colectores_Solares-005.png)
7d6ab8 Francisca Ferreira 2025-03-11 16:03:21
141
142
*Figura 3-* Ligação mista de coletores [5]
71a1e5 Francisca Ferreira 2025-03-11 15:58:17
143
641ded Francisca Ferreira 2025-03-11 16:06:27
144
145
71a1e5 Francisca Ferreira 2025-03-11 15:58:17
146
### Panorama Nacional
147
148
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.
149
3c0844 Francisca Ferreira 2025-03-11 16:04:42
150
![Figura 4 - Distribuição das horas de sol e da radiação em Portugal, respetivamente [3] ](./Colectores_Solares-004.png)
151
152
*Figura 4-* Distribuição das horas de sol e da radiação em Portugal, respetivamente [3]
71a1e5 Francisca Ferreira 2025-03-11 15:58:17
153
154
155
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.
156
641ded Francisca Ferreira 2025-03-11 16:06:27
157
158
71a1e5 Francisca Ferreira 2025-03-11 15:58:17
159
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.
160
161
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].
162
641ded Francisca Ferreira 2025-03-11 16:06:27
163
164
71a1e5 Francisca Ferreira 2025-03-11 15:58:17
165
# Bibliografia
166
167
[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.
168
169
[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)
170
171
[3] Góis, José, Apontamentos Instalações e Equipamentos Industriais, Departamento de Engenharia Química, Universidade de Coimbra, Ano Letivo 2020/2021.
172
173
[4] Master Plumbers and Mechanical Services Association of Australia (MPMSAA) and Sustainability Victoria (SV), 2009, Large Scale Solar Thermal Systems Design Handbook.
174
175
[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.
176
177
[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.
178
179
<page_number>6</page_number>