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0282ff Nuno Oliveira 2025-03-01 21:05:30
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title: Aquecimento solar
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author:
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- Diogo Guerreiro
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- João Coutinho
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date: 2019-02-20
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tags: #utilidades
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# Coletores solares
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- **Autor**:
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- Diogo Guerreiro
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- João Coutinho
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- **Data**: 2019-02-20
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## Introdução
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Um sistema de aquecimento solar, geralmente designado por coletor solar,
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transfere energia térmica, através da absorção da radiação solar
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aumentada pelo efeito de estufa, para um fluido, seja ar ou uma mistura
23
de água e anticongelante, de forma a aumentar a sua temperatura.
24
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## Aplicações
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Os sistemas de aquecimento solar têm várias aplicações, quer a nível doméstico
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como a nível industrial. Ao nível industrial, os sistemas de aquecimento solar
30
podem ser utilizados em indústrias que requerem energia sob a forma de calor
31
numa gama de temperaturas média e média-alta, entre 80º C e 250º C, mais
32
concretamente nas indústrias alimentar, têxtil, pasta e papel e química.
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Os processos que se adequam ao consumo de energia térmica solar podem
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identificar-se como:
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- Aquecimento de banhos para líquidos para lavagem, tinturaria ou
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processos químicos.
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- Aquecimento de ar para processos de secagem.
40
- Geração de vapor de baixa pressão.
41
42
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## Coletores de placa plana
44
45
Os coletores de placa plana são os tipos de colectores solares mais
46
comuns e o seu princípio de funcionamento é relativamente simples e,
47
tendo uma superfície plana escura que absorve a energia térmica por
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radiação por via da incidência dos raios solar.
49
50
A superfície de um coletor solar de placa plana é normalmente
51
constituída por uma placa de cobre ou alumínio, escurecidos
52
quimicamente, de forma a absorver o máximo de energia solar. A energia
53
absorvida por esta placa é depois transferida através de condução
54
térmica para um fluido de transporte, que circula em tubos de cobre que
55
percorrem toda a placa, de modo a garantirem uma área de transferência
56
de calor maior.
57
58
A base da estrutura que sustenta o sistema é feita de uma material
59
isolante que permite minorar as possíveis perdas de energias. O topo da
60
estrutura, que vai cobrir a placa é composto de plástico ou vidro
61
translúcido, de forma a proteger a placa e a permitir a entrada dos
62
raios solares. Entre a placa e a superfície translúcida existe ar, que
63
forma um isolamento e reduz as perdas de calor para o exterior [^1].
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![Coletor de placa plana](./image1.png)
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_Figura 1 - Coletor de placa plana._
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## Coletores com concentrador parabólico
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Os coletores solares com concentrador parabólico (CPC) apresentam uma
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curvatura côncava, designada de concentrador, que permite focar todos os
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raios solares incidentes, independentemente do local onde incidem, no
75
tubo onde circula o fluido. Desta forma atinge-se uma temperatura maior
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que nos coletores de placa plana.
77
78
Os CPC apresentam superfícies de elevados comprimentos que refletem os
79
raios solares para um tubo central, onde circula o fluido, para o qual é
80
transferida a energia absorvida pela radiação solar reflectida. Este
81
tubo é composto por uma superfície exterior transparente que permite a
82
entrada dos raios solares e minimiza a dissipação da energia ali
83
concentrada. A parte interna do tubo é composta por um material de cor
84
escura e com grande capacidade de absorção.
85
86
O concentrador nos CPC permite que a energia solar recebida no tubo
87
aumente por metro quadrado, o que, juntamente com a menor área de
88
absorção comparativamente a outros tipos de coletores, resulta numa
89
maior eficiência, sendo possível atingir temperaturas de aquecimento de
90
cerca 200ºC.
91
92
Devido ao fato do coletor não ser plano, o ângulo de incidência torna-se
93
mais relevante que nos coletores de placas planas, o que torna este tipo
94
de equipamentos limitados em determinadas condições, tal como dias
95
nublados [^2].
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![Concentrador parabólico](./image2.png)
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_Figura 2 - Funcionamento Coletor Concentrador Parabólico._
100
101
![Coletor concentrador parabólico](./image3.png)
102
103
_Figura 3 - Coletor Concentrador Parabólico._
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## Coletores a Tubos de Vácuo
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Os coletores de tubos a vácuo (CTV) são constituídos por um sistema de
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tubos dentro dos quais existe vácuo, que é o melhor isolante conhecido,
110
de modo a reduzir as perdas térmicas e atingir uma maior temperatura de
111
aquecimento.
112
113
O vácuo no interior dos tubos funciona como uma camada isolante,
114
minimizando a transferência de calor para o exterior por mecanismos de
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conveção e condução, o que resulta numa maior temperatura de operação. O
116
isolamento é assim mais eficaz que aquele apresentado nos outros tipos
117
de coletores, particularmente em climas mais frios. Em situações com
118
climas mais quentes, a sua utilização pode ser também vantajosa, quando
119
são requeridas maiores temperaturas de operação, como no caso de
120
processos industriais.
121
122
A existência de vácuo, que pode durar 25 anos ou mais, também leva a uma
123
maior durabilidade dos componentes, especificamente, a camada refletora
124
que se encontra dentro dos tubos e que não se irá degradar enquanto
125
existir vácuo dentro dos tubos.
126
127
O aquecimento da água nos CTV pode ser realizado por via direta ou
128
indireta.
129
130
No aquecimento por via direta, a água a aquecer circula diretamente num
131
tubo no interior do tubo a vácuo, existindo desta forma um aquecimento
132
direto da água. O funcionamento deste tipo de coletores é semelhante aos
133
coletores planos com a exceção da existência de vácuo no interior dos
134
tubos.
135
136
No aquecimento por via indireta, existe um tubo metálico, _heatpipe_, no
137
interior dos tubos de vácuo ligado a uma placa absorvedora e dentro do
138
qual circula uma mistura de água e anticongelante. Esta mistura
139
é aquecida até ao ponto de mudança de fase sendo o vapor formado
140
condensado num permutador de calor no topo dos tubos, onde o calor
141
latente de evaporação é usado para aquecer a água. Este conjunto dos
142
tubos e condensador encontra-se isolado de forma a reduzir as perdas
143
energéticas [^6], [^7], [^8], [^9].
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![Tubos de vácuo](./Vácuo.png)
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_Figura 4a - Painél solar com tubo de vácuo [^4]._
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![Heatpipe](./image4.jpeg)
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_Figura 4b - Funcionamento com heatpipe._
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![Escoamento direto](./image5.png)
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_Figura 5 - Funcionamento com escoamento direto._
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![CTV](./image6.png)
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_Figura 6 - Coletores a Tubos de Vácuo._
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## Coletores a ar
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Os coletores a ar, de forma semelhante aos coletores planos, aquecem
165
diretamente o ar por via da exposição direta à radiação solar. Estes são
166
geralmente constituídos por um material que absorve a radiação solar e
167
transfere essa energia térmica por condução e para o ar que circula no
168
interior do coletor.
169
170
Esse ar aquecido pode ser utilizado para aquecimento de divisões ou para
171
fins processuais, como para processos de secagem, recorrendo-se ao uso
172
de ventoinhas para a sua distribuição.
173
174
Estes coletores podem-se dividir em vários tipos, de acordo com o tipo
175
de escoamento, natural ou forçado e a presença de cobertura na
176
superfície exterior.
177
178
No escoamento forçado sem cobertura, o ar ambiente exterior entra na
179
placa absorvedora perfurada onde é aquecido no seu interior e
180
distribuído por via de uma ventoinha.
181
182
No escoamento natural com cobertura, o ar ambiente interior é
183
recirculado através do espaço entre a cobertura e a placa absorvedora
184
onde é aquecido. A circulação destas correntes de ar frio e quente é
185
devida a uma diferença de densidade do ar, função da sua temperatura.
186
187
Além do aquecimento do ar ambiente e aquecimento processual, os
188
coletores a ar podem também ser usados no arrefecimento ambiente
189
noturno, onde o ar ambiente interior quente é recirculado através do
190
coletor e transfere energia para o exterior via radiação térmica,
191
promovendo o seu arrefecimento [^10].
192
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![Escoamento forçado](./image7.gif)
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_Figura 7 - Escoamento forçado sem cobertura._
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![Escoamento natural](./image8.png)
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_Figura 8 - Escoamento natural com cobertura._
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## Vantagens e desvantagens da utilização de coletores solares
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### Vantagens da utilização de coletores solares
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- Tecnologia renovável e não poluente
207
- Substitui os combustíveis fósseis
208
- Baixa manutenção
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- Retorno do investimento
210
- Versatilidade geográfica
211
- Permite autossuficiência por parte do utilizador
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### Desvantagens da utilização de coletores solares
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- Investimento inicial considerável
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- Não satisfaz inteiramente as necessidades energéticas do consumidor
217
- Impossibilidade de produzi energia durante o período noturno
218
- Necessidade de utilização de baterias para acumulação de energia
219
- Eficiência dependente das condições meteorológicas
220
- Baixa produtividade nos meses de Inverno [^11].
221
222
223
## Panorama Nacional
224
225
Portugal apresenta-se como um dos países da Europa com maior número de
226
horas de sol por ano, tornando as tecnologias de aproveitamento de luz
227
solar uma opção bastante viável.
228
229
Em 2009, o governo lançou incentivos à compra de tecnologias de
230
aproveitamento da luz solar, tendo sido instalados cerca de 180 000
231
m<sup>2</sup> de nova área, só no ano de 2010.
232
233
Os avanços no desenvolvimento dos coletores solares e as melhorias nas
234
suas eficiências têm também servido de incentivo ao aumento da sua
235
utilização. Porém os valores de área coberta são muito baixos e existe
236
uma grande margem de progressão que pode ser feita. Portugal tem as
237
condições geográficas e meteorológicas ideias para tirar o melhor
238
partido deste tipo de tecnologias.
239
240
241
## Referências
242
243
[^1]: Alternative Energy Tutorials, [Flat Plate
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244
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
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245
246
[^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.
247
248
[^3]: [SkyFuel](http://www.skyfuel.com/), Consultado a 25/2/2019.
249
250
[^4]: [Revista Renováveis Magazine Nº 31 - 3º Trimestre de 2017](https://issuu.com/wendelrocha2/docs/renovaveis-magazine-3trimestre-2017), Consultado a 25/2/2019.
251
252
[^5]: **R.K. Musunuri**, **D. Sánchez**, **R. Rodriguez**, _Solar Thermal Energy_, **Energy Engineering**, University of Gavle, October (2007).
253
254
[^6]: [Evacuated Tube Collectors](http://www.solar365.com/solar/thermal/evacuated-tube-collectors), Consultado a 25/2/2019.
255
256
[^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.
257
258
[^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.
259
260
[^9]: **F. Mahjouri**, [Vacuum Tube Liquid-Vapor (Heat-Pipe) Collectors](https://www.sssolar.co.za/docs/vacuum%20tube%20paper.pdf), Columbia, Maryland (2004).
261
262
[^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.
263
264
[^11]: [Solar Power Advantages and Disadvantages](https://www.sepco-solarlighting.com/blog/bid/115086/Solar-Power-Advantages-and-Disadvantages), Consultado a 25/2/2019.