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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
17
- **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
24
aumentada pelo efeito de estufa, para um fluido, seja ar ou uma mistura
25
de água e anticongelante, de forma a aumentar a sua temperatura.
26
27
28
## Aplicações
29
30
Os sistemas de aquecimento solar têm várias aplicações, quer a nível doméstico
31
como a nível industrial. Ao nível industrial, os sistemas de aquecimento solar
32
podem ser utilizados em indústrias que requerem energia sob a forma de calor
33
numa gama de temperaturas média e média-alta, entre 80º C e 250º C, mais
34
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.
42
- Geração de vapor de baixa pressão.
43
44
45
## Coletores de placa plana
46
47
Os coletores de placa plana são os tipos de colectores solares mais
48
comuns e o seu princípio de funcionamento é relativamente simples e,
49
tendo uma superfície plana escura que absorve a energia térmica por
50
radiação por via da incidência dos raios solar.
51
52
A superfície de um coletor solar de placa plana é normalmente
53
constituída por uma placa de cobre ou alumínio, escurecidos
54
quimicamente, de forma a absorver o máximo de energia solar. A energia
55
absorvida por esta placa é depois transferida através de condução
56
térmica para um fluido de transporte, que circula em tubos de cobre que
57
percorrem toda a placa, de modo a garantirem uma área de transferência
58
de calor maior.
59
60
A base da estrutura que sustenta o sistema é feita de uma material
61
isolante que permite minorar as possíveis perdas de energias. O topo da
62
estrutura, que vai cobrir a placa é composto de plástico ou vidro
63
translúcido, de forma a proteger a placa e a permitir a entrada dos
64
raios solares. Entre a placa e a superfície translúcida existe ar, que
65
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
76
raios solares incidentes, independentemente do local onde incidem, no
77
tubo onde circula o fluido. Desta forma atinge-se uma temperatura maior
78
que nos coletores de placa plana.
79
80
Os CPC apresentam superfícies de elevados comprimentos que refletem os
81
raios solares para um tubo central, onde circula o fluido, para o qual é
82
transferida a energia absorvida pela radiação solar reflectida. Este
83
tubo é composto por uma superfície exterior transparente que permite a
84
entrada dos raios solares e minimiza a dissipação da energia ali
85
concentrada. A parte interna do tubo é composta por um material de cor
86
escura e com grande capacidade de absorção.
87
88
O concentrador nos CPC permite que a energia solar recebida no tubo
89
aumente por metro quadrado, o que, juntamente com a menor área de
90
absorção comparativamente a outros tipos de coletores, resulta numa
91
maior eficiência, sendo possível atingir temperaturas de aquecimento de
92
cerca 200ºC.
93
94
Devido ao fato do coletor não ser plano, o ângulo de incidência torna-se
95
mais relevante que nos coletores de placas planas, o que torna este tipo
96
de equipamentos limitados em determinadas condições, tal como dias
97
nublados [^2].
98
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![Concentrador parabólico](./image2.png)
100
101
_Figura 2 - Funcionamento Coletor Concentrador Parabólico._
102
103
![Coletor concentrador parabólico](./image3.png)
104
105
_Figura 3 - Coletor Concentrador Parabólico._
106
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108
## Coletores a Tubos de Vácuo
109
110
Os coletores de tubos a vácuo (CTV) são constituídos por um sistema de
111
tubos dentro dos quais existe vácuo, que é o melhor isolante conhecido,
112
de modo a reduzir as perdas térmicas e atingir uma maior temperatura de
113
aquecimento.
114
115
O vácuo no interior dos tubos funciona como uma camada isolante,
116
minimizando a transferência de calor para o exterior por mecanismos de
117
conveção e condução, o que resulta numa maior temperatura de operação. O
118
isolamento é assim mais eficaz que aquele apresentado nos outros tipos
119
de coletores, particularmente em climas mais frios. Em situações com
120
climas mais quentes, a sua utilização pode ser também vantajosa, quando
121
são requeridas maiores temperaturas de operação, como no caso de
122
processos industriais.
123
124
A existência de vácuo, que pode durar 25 anos ou mais, também leva a uma
125
maior durabilidade dos componentes, especificamente, a camada refletora
126
que se encontra dentro dos tubos e que não se irá degradar enquanto
127
existir vácuo dentro dos tubos.
128
129
O aquecimento da água nos CTV pode ser realizado por via direta ou
130
indireta.
131
132
No aquecimento por via direta, a água a aquecer circula diretamente num
133
tubo no interior do tubo a vácuo, existindo desta forma um aquecimento
134
direto da água. O funcionamento deste tipo de coletores é semelhante aos
135
coletores planos com a exceção da existência de vácuo no interior dos
136
tubos.
137
138
No aquecimento por via indireta, existe um tubo metálico, _heatpipe_, no
139
interior dos tubos de vácuo ligado a uma placa absorvedora e dentro do
140
qual circula uma mistura de água e anticongelante. Esta mistura
141
é aquecida até ao ponto de mudança de fase sendo o vapor formado
142
condensado num permutador de calor no topo dos tubos, onde o calor
143
latente de evaporação é usado para aquecer a água. Este conjunto dos
144
tubos e condensador encontra-se isolado de forma a reduzir as perdas
145
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
165
166
Os coletores a ar, de forma semelhante aos coletores planos, aquecem
167
diretamente o ar por via da exposição direta à radiação solar. Estes são
168
geralmente constituídos por um material que absorve a radiação solar e
169
transfere essa energia térmica por condução e para o ar que circula no
170
interior do coletor.
171
172
Esse ar aquecido pode ser utilizado para aquecimento de divisões ou para
173
fins processuais, como para processos de secagem, recorrendo-se ao uso
174
de ventoinhas para a sua distribuição.
175
176
Estes coletores podem-se dividir em vários tipos, de acordo com o tipo
177
de escoamento, natural ou forçado e a presença de cobertura na
178
superfície exterior.
179
180
No escoamento forçado sem cobertura, o ar ambiente exterior entra na
181
placa absorvedora perfurada onde é aquecido no seu interior e
182
distribuído por via de uma ventoinha.
183
184
No escoamento natural com cobertura, o ar ambiente interior é
185
recirculado através do espaço entre a cobertura e a placa absorvedora
186
onde é aquecido. A circulação destas correntes de ar frio e quente é
187
devida a uma diferença de densidade do ar, função da sua temperatura.
188
189
Além do aquecimento do ar ambiente e aquecimento processual, os
190
coletores a ar podem também ser usados no arrefecimento ambiente
191
noturno, onde o ar ambiente interior quente é recirculado através do
192
coletor e transfere energia para o exterior via radiação térmica,
193
promovendo o seu arrefecimento [^10].
194
195
![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._
202
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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
209
- Substitui os combustíveis fósseis
210
- Baixa manutenção
211
- Retorno do investimento
212
- Versatilidade geográfica
213
- Permite autossuficiência por parte do utilizador
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### Desvantagens da utilização de coletores solares
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- Investimento inicial considerável
218
- Não satisfaz inteiramente as necessidades energéticas do consumidor
219
- Impossibilidade de produzi energia durante o período noturno
220
- Necessidade de utilização de baterias para acumulação de energia
221
- Eficiência dependente das condições meteorológicas
222
- Baixa produtividade nos meses de Inverno [^11].
223
224
225
## Panorama Nacional
226
227
Portugal apresenta-se como um dos países da Europa com maior número de
228
horas de sol por ano, tornando as tecnologias de aproveitamento de luz
229
solar uma opção bastante viável.
230
231
Em 2009, o governo lançou incentivos à compra de tecnologias de
232
aproveitamento da luz solar, tendo sido instalados cerca de 180 000
233
m<sup>2</sup> de nova área, só no ano de 2010.
234
235
Os avanços no desenvolvimento dos coletores solares e as melhorias nas
236
suas eficiências têm também servido de incentivo ao aumento da sua
237
utilização. Porém os valores de área coberta são muito baixos e existe
238
uma grande margem de progressão que pode ser feita. Portugal tem as
239
condições geográficas e meteorológicas ideias para tirar o melhor
240
partido deste tipo de tecnologias.
241
242
243
## Referências
244
245
[^1]: Alternative Energy Tutorials, [Flat Plate
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246
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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247
248
[^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.
249
250
[^3]: [SkyFuel](http://www.skyfuel.com/), Consultado a 25/2/2019.
251
252
[^4]: [Revista Renováveis Magazine Nº 31 - 3º Trimestre de 2017](https://issuu.com/wendelrocha2/docs/renovaveis-magazine-3trimestre-2017), Consultado a 25/2/2019.
253
254
[^5]: **R.K. Musunuri**, **D. Sánchez**, **R. Rodriguez**, _Solar Thermal Energy_, **Energy Engineering**, University of Gavle, October (2007).
255
256
[^6]: [Evacuated Tube Collectors](http://www.solar365.com/solar/thermal/evacuated-tube-collectors), Consultado a 25/2/2019.
257
258
[^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.
259
260
[^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.
261
262
[^9]: **F. Mahjouri**, [Vacuum Tube Liquid-Vapor (Heat-Pipe) Collectors](https://www.sssolar.co.za/docs/vacuum%20tube%20paper.pdf), Columbia, Maryland (2004).
263
264
[^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.
265
266
[^11]: [Solar Power Advantages and Disadvantages](https://www.sepco-solarlighting.com/blog/bid/115086/Solar-Power-Advantages-and-Disadvantages), Consultado a 25/2/2019.