Coletores solares - blame None

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0282ff	Nuno Oliveira	2025-03-01 21:05:30	1	---
			2	title: Aquecimento solar
			3	author:
			4	- Diogo Guerreiro
			5	- João Coutinho
			6	date: 2019-02-20
			7	tags: #utilidades
			8	---
c173e5	Nuno Oliveira	2025-02-27 00:11:17	9
ca2e5a	Nuno Oliveira	2025-03-11 23:18:38	10	# Coletores solares
c173e5	Nuno Oliveira	2025-02-27 00:11:17	11
			12	## Introdução
			13
			14	Um sistema de aquecimento solar, geralmente designado por coletor solar,
			15	transfere energia térmica, através da absorção da radiação solar
			16	aumentada pelo efeito de estufa, para um fluido, seja ar ou uma mistura
			17	de água e anticongelante, de forma a aumentar a sua temperatura.
			18
			19
			20	## Aplicações
			21
			22	Os sistemas de aquecimento solar têm várias aplicações, quer a nível doméstico
			23	como a nível industrial. Ao nível industrial, os sistemas de aquecimento solar
			24	podem ser utilizados em indústrias que requerem energia sob a forma de calor
			25	numa gama de temperaturas média e média-alta, entre 80º C e 250º C, mais
			26	concretamente nas indústrias alimentar, têxtil, pasta e papel e química.
			27
750d6f	Nuno Oliveira	2025-03-01 21:46:27	28	Os processos que se adequam ao consumo de energia térmica solar podem
			29	identificar-se como:
c173e5	Nuno Oliveira	2025-02-27 00:11:17	30
			31	- Aquecimento de banhos para líquidos para lavagem, tinturaria ou
			32	processos químicos.
			33	- Aquecimento de ar para processos de secagem.
			34	- Geração de vapor de baixa pressão.
			35
			36
			37	## Coletores de placa plana
			38
			39	Os coletores de placa plana são os tipos de colectores solares mais
			40	comuns e o seu princípio de funcionamento é relativamente simples e,
			41	tendo uma superfície plana escura que absorve a energia térmica por
			42	radiação por via da incidência dos raios solar.
			43
			44	A superfície de um coletor solar de placa plana é normalmente
			45	constituída por uma placa de cobre ou alumínio, escurecidos
			46	quimicamente, de forma a absorver o máximo de energia solar. A energia
			47	absorvida por esta placa é depois transferida através de condução
			48	térmica para um fluido de transporte, que circula em tubos de cobre que
			49	percorrem toda a placa, de modo a garantirem uma área de transferência
			50	de calor maior.
			51
			52	A base da estrutura que sustenta o sistema é feita de uma material
			53	isolante que permite minorar as possíveis perdas de energias. O topo da
			54	estrutura, que vai cobrir a placa é composto de plástico ou vidro
			55	translúcido, de forma a proteger a placa e a permitir a entrada dos
			56	raios solares. Entre a placa e a superfície translúcida existe ar, que
			57	forma um isolamento e reduz as perdas de calor para o exterior [^1].
			58
73786f	Nuno Oliveira	2025-02-27 08:08:20	59	![Coletor de placa plana](./image1.png)
c173e5	Nuno Oliveira	2025-02-27 00:11:17	60
00a64a	Nuno Oliveira	2025-02-27 08:08:48	61	_Figura 1 - Coletor de placa plana._
c173e5	Nuno Oliveira	2025-02-27 00:11:17	62
			63
			64	## Coletores com concentrador parabólico
			65
			66	Os coletores solares com concentrador parabólico (CPC) apresentam uma
			67	curvatura côncava, designada de concentrador, que permite focar todos os
			68	raios solares incidentes, independentemente do local onde incidem, no
			69	tubo onde circula o fluido. Desta forma atinge-se uma temperatura maior
			70	que nos coletores de placa plana.
			71
			72	Os CPC apresentam superfícies de elevados comprimentos que refletem os
			73	raios solares para um tubo central, onde circula o fluido, para o qual é
			74	transferida a energia absorvida pela radiação solar reflectida. Este
			75	tubo é composto por uma superfície exterior transparente que permite a
			76	entrada dos raios solares e minimiza a dissipação da energia ali
			77	concentrada. A parte interna do tubo é composta por um material de cor
			78	escura e com grande capacidade de absorção.
			79
			80	O concentrador nos CPC permite que a energia solar recebida no tubo
			81	aumente por metro quadrado, o que, juntamente com a menor área de
			82	absorção comparativamente a outros tipos de coletores, resulta numa
			83	maior eficiência, sendo possível atingir temperaturas de aquecimento de
			84	cerca 200ºC.
			85
			86	Devido ao fato do coletor não ser plano, o ângulo de incidência torna-se
			87	mais relevante que nos coletores de placas planas, o que torna este tipo
			88	de equipamentos limitados em determinadas condições, tal como dias
			89	nublados [^2].
			90
			91	![Concentrador parabólico](./image2.png)
			92
			93	_Figura 2 - Funcionamento Coletor Concentrador Parabólico._
			94
			95	![Coletor concentrador parabólico](./image3.png)
			96
			97	_Figura 3 - Coletor Concentrador Parabólico._
			98
			99
			100	## Coletores a Tubos de Vácuo
			101
			102	Os coletores de tubos a vácuo (CTV) são constituídos por um sistema de
			103	tubos dentro dos quais existe vácuo, que é o melhor isolante conhecido,
			104	de modo a reduzir as perdas térmicas e atingir uma maior temperatura de
			105	aquecimento.
			106
			107	O vácuo no interior dos tubos funciona como uma camada isolante,
			108	minimizando a transferência de calor para o exterior por mecanismos de
			109	conveção e condução, o que resulta numa maior temperatura de operação. O
			110	isolamento é assim mais eficaz que aquele apresentado nos outros tipos
			111	de coletores, particularmente em climas mais frios. Em situações com
			112	climas mais quentes, a sua utilização pode ser também vantajosa, quando
			113	são requeridas maiores temperaturas de operação, como no caso de
			114	processos industriais.
			115
			116	A existência de vácuo, que pode durar 25 anos ou mais, também leva a uma
			117	maior durabilidade dos componentes, especificamente, a camada refletora
			118	que se encontra dentro dos tubos e que não se irá degradar enquanto
			119	existir vácuo dentro dos tubos.
			120
			121	O aquecimento da água nos CTV pode ser realizado por via direta ou
			122	indireta.
			123
			124	No aquecimento por via direta, a água a aquecer circula diretamente num
			125	tubo no interior do tubo a vácuo, existindo desta forma um aquecimento
			126	direto da água. O funcionamento deste tipo de coletores é semelhante aos
			127	coletores planos com a exceção da existência de vácuo no interior dos
			128	tubos.
			129
			130	No aquecimento por via indireta, existe um tubo metálico, _heatpipe_, no
			131	interior dos tubos de vácuo ligado a uma placa absorvedora e dentro do
			132	qual circula uma mistura de água e anticongelante. Esta mistura
			133	é aquecida até ao ponto de mudança de fase sendo o vapor formado
			134	condensado num permutador de calor no topo dos tubos, onde o calor
			135	latente de evaporação é usado para aquecer a água. Este conjunto dos
			136	tubos e condensador encontra-se isolado de forma a reduzir as perdas
			137	energéticas [^6], [^7], [^8], [^9].
			138
09bccb	Nuno Oliveira	2025-03-01 21:57:08	139	![Tubos de vácuo](./Vácuo.png)
			140
			141	_Figura 4a - Painél solar com tubo de vácuo [^4]._
			142
c173e5	Nuno Oliveira	2025-02-27 00:11:17	143	![Heatpipe](./image4.jpeg)
			144
0010ab	Nuno Oliveira	2025-03-01 21:58:10	145	_Figura 4b - Funcionamento com heatpipe._
c173e5	Nuno Oliveira	2025-02-27 00:11:17	146
34a87f	Nuno Oliveira	2025-03-01 21:41:11	147	![Escoamento direto](./image5.png)
c173e5	Nuno Oliveira	2025-02-27 00:11:17	148
			149	_Figura 5 - Funcionamento com escoamento direto._
			150
26f4a1	Nuno Oliveira	2025-03-01 22:00:58	151	![CTV](./image6.png)
c173e5	Nuno Oliveira	2025-02-27 00:11:17	152
			153	_Figura 6 - Coletores a Tubos de Vácuo._
			154
			155
			156	## Coletores a ar
			157
			158	Os coletores a ar, de forma semelhante aos coletores planos, aquecem
			159	diretamente o ar por via da exposição direta à radiação solar. Estes são
			160	geralmente constituídos por um material que absorve a radiação solar e
			161	transfere essa energia térmica por condução e para o ar que circula no
			162	interior do coletor.
			163
			164	Esse ar aquecido pode ser utilizado para aquecimento de divisões ou para
			165	fins processuais, como para processos de secagem, recorrendo-se ao uso
			166	de ventoinhas para a sua distribuição.
			167
			168	Estes coletores podem-se dividir em vários tipos, de acordo com o tipo
			169	de escoamento, natural ou forçado e a presença de cobertura na
			170	superfície exterior.
			171
			172	No escoamento forçado sem cobertura, o ar ambiente exterior entra na
			173	placa absorvedora perfurada onde é aquecido no seu interior e
			174	distribuído por via de uma ventoinha.
			175
			176	No escoamento natural com cobertura, o ar ambiente interior é
			177	recirculado através do espaço entre a cobertura e a placa absorvedora
			178	onde é aquecido. A circulação destas correntes de ar frio e quente é
			179	devida a uma diferença de densidade do ar, função da sua temperatura.
			180
			181	Além do aquecimento do ar ambiente e aquecimento processual, os
			182	coletores a ar podem também ser usados no arrefecimento ambiente
			183	noturno, onde o ar ambiente interior quente é recirculado através do
			184	coletor e transfere energia para o exterior via radiação térmica,
			185	promovendo o seu arrefecimento [^10].
			186
			187	![Escoamento forçado](./image7.gif)
			188
			189	_Figura 7 - Escoamento forçado sem cobertura._
			190
34a87f	Nuno Oliveira	2025-03-01 21:41:11	191	![Escoamento natural](./image8.png)
c173e5	Nuno Oliveira	2025-02-27 00:11:17	192
			193	_Figura 8 - Escoamento natural com cobertura._
			194
			195
			196	## Vantagens e desvantagens da utilização de coletores solares
			197
7d9823	Nuno Oliveira	2025-03-01 21:43:53	198	### Vantagens da utilização de coletores solares
c173e5	Nuno Oliveira	2025-02-27 00:11:17	199
			200	- Tecnologia renovável e não poluente
			201	- Substitui os combustíveis fósseis
			202	- Baixa manutenção
			203	- Retorno do investimento
			204	- Versatilidade geográfica
			205	- Permite autossuficiência por parte do utilizador
			206
f7e93c	Nuno Oliveira	2025-03-01 21:44:10	207	### Desvantagens da utilização de coletores solares
c173e5	Nuno Oliveira	2025-02-27 00:11:17	208
			209	- Investimento inicial considerável
			210	- Não satisfaz inteiramente as necessidades energéticas do consumidor
			211	- Impossibilidade de produzi energia durante o período noturno
			212	- Necessidade de utilização de baterias para acumulação de energia
			213	- Eficiência dependente das condições meteorológicas
			214	- Baixa produtividade nos meses de Inverno [^11].
			215
			216
			217	## Panorama Nacional
			218
			219	Portugal apresenta-se como um dos países da Europa com maior número de
			220	horas de sol por ano, tornando as tecnologias de aproveitamento de luz
			221	solar uma opção bastante viável.
			222
			223	Em 2009, o governo lançou incentivos à compra de tecnologias de
			224	aproveitamento da luz solar, tendo sido instalados cerca de 180 000
			225	m<sup>2</sup> de nova área, só no ano de 2010.
			226
			227	Os avanços no desenvolvimento dos coletores solares e as melhorias nas
			228	suas eficiências têm também servido de incentivo ao aumento da sua
			229	utilização. Porém os valores de área coberta são muito baixos e existe
			230	uma grande margem de progressão que pode ser feita. Portugal tem as
			231	condições geográficas e meteorológicas ideias para tirar o melhor
			232	partido deste tipo de tecnologias.
			233
			234
			235	## Referências
			236
			237	[^1]: Alternative Energy Tutorials, [Flat Plate
4231a7	Nuno Oliveira	2025-02-27 11:25:42	238	Collector](http://www.alternative-energy-tutorials.com/solar-hot-water/flat-plate-collector.html), Consultado a 24/2/2019.
c173e5	Nuno Oliveira	2025-02-27 00:11:17	239
			240	[^2]: Alternative Energy Tutorials, [Parabolic Trough Reflector](http://www.alternative-energy-tutorials.com/solar-hot-water/parabolic-trough-reflector.html), Consultado a 25/2/2019.
			241
			242	[^3]: [SkyFuel](http://www.skyfuel.com/), Consultado a 25/2/2019.
			243
			244	[^4]: [Revista Renováveis Magazine Nº 31 - 3º Trimestre de 2017](https://issuu.com/wendelrocha2/docs/renovaveis-magazine-3trimestre-2017), Consultado a 25/2/2019.
			245
			246	[^5]: R.K. Musunuri, D. Sánchez, R. Rodriguez, _Solar Thermal Energy_, Energy Engineering, University of Gavle, October (2007).
			247
			248	[^6]: [Evacuated Tube Collectors](http://www.solar365.com/solar/thermal/evacuated-tube-collectors), Consultado a 25/2/2019.
			249
			250	[^7]: [Solar Evacuated Tube Collectors for Hot Water](http://www.alternative-energy-tutorials.com/solar-hot-water/evacuated-tube-collector.html), Consultado a 25/2/2019.
			251
			252	[^8]: Lun Jiang, Roland Winston, [Integrated nonimaging optical design for evacuated tube solar thermal collector](http://ucsolar.org/files/public/documents/Poster-1.pdf), Consultado a 25/2/2019.
			253
			254	[^9]: F. Mahjouri, [Vacuum Tube Liquid-Vapor (Heat-Pipe) Collectors](https://www.sssolar.co.za/docs/vacuum%20tube%20paper.pdf), Columbia, Maryland (2004).
			255
			256	[^10]: Ministry of Agriculture, Food and Rural Affairs, [Solar Facts](http://www.omafra.gov.on.ca/english/engineer/facts/sol_air.htm), Ontario, Canada, Consultado a 25/2/2019.
			257
			258	[^11]: [Solar Power Advantages and Disadvantages](https://www.sepco-solarlighting.com/blog/bid/115086/Solar-Power-Advantages-and-Disadvantages), Consultado a 25/2/2019.