Sistemas de Aquecimento Solar COLETORES SOLARES

Transcrição

1 Sistemas de Aquecimento Solar

2 Sumário Tipos de coletores Sistemas de aquecimento solar com coletor solar de placa plana Qualidade e Normas Projeto e Dimensionamento

3 Coletor reservatório

4 Placa plana sem cobertura

5 Placa plana com cobertura

6 Concentrador fixo

7 Tubo evacuado

8 Parabólico composto (CPC)

9 Parabólico de passagem

10 Refrator Fresnel

11 Refletor Fresnel

12 Refletor prato esférico

13 Refletor prato parabólico

14 Receptor central

15 Torre solar

16 Tipos de coletores solares Tipo Fator de concentração Temperatura de operação típica [ºC] Tanque receptor solar Coletor sem cobertura (placa plana, plástico) 1 40 Coletor de placa plana metálico com cobertura Concentrador fixo Tubo evacuado Parabólico composto [com tracking em 1 eixo] 1-5 [5-15] [70-290] Parabólico de passagem Refrator fresnel Refletor prato esférico Refletor prato parabólico Receptor central

17 Sistema de aquecimento solar com coletores de placa plana Equipamentos Coletores Solares; Reservatórios térmicos; Acessórios. Instalações Funcionamento do sistema; Configurações.

18 Energia Solar Térmica Projeto personalizado Clima Demanda Materiais e componentes Roupa sob medida

19 Funcionamento circulação natural

20 Coletores Solares Conversão da energia solar em energia térmica. Componentes Principais: Placa coletora; Gabinete. Gabinete Absorvedor

21 Fluxo de calor pelo absorvedor Radiação Solar Aquecimento da Aleta Área de contato entre aleta e tubo Aleta Condução de Calor pela aleta Tubo Água Convecção Aquicimento da água

22 Coletores Solares Gabinete Caixa Perfil e chapa Chapa dobrada Estampada Moldada Isolamento Cobertura Cabeçote Isolante Perfil de Alumínio Extrudado Aleta Chapa de Fundo

23 Coletores Solares - Determinação da potência útil em um coletor solar Q u = Ac IT η Onde: Q u A c I T η - energia útil [J] - área de coletor [m 2 ] - irradiação solar horária na superfície do coletor [J/m 2 ] - eficiência do coletor solar

24 Coletores Solares - O fator de eficiência de um coletor solar (Fr) O fator de eficiência de um coletor solar representa a razão entre a energia que é transmitida ao fluído de trabalho em relação à energia que chega ao coletor solar. Essa eficiência vai depender não apenas das características do coletor, mas também das condições operacionais podendo ser representada graficamente como uma curva de eficiência η = F ( τα) + F U ( T T ) / R R L f amb I T

25 1,0 0,8 0,6 η = F ( τα) + F U ( T T ) / I R R L f amb T η 0,4 0,2 0,0 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 (T f -T amb )/I T F R (τα) F R U L - fator de caracterização da absorção de irradiação - fator de caracterização das perdas térmicas

26 Exercício - Calcule a energia térmica absorvida e transferida para água em uma placa coletora durante o período de uma hora considerando as seguintes condições operacionais: - Temperatura de entrada da água: 20º C e 50º C; - Irradiação solar 800 Wh/m 2 no período de uma hora; - Temperatura ambiente: 25º C; - Escolher duas placas, uma para aquecimento de banho e outra para piscina.

27 Coletores de A a Z eficiência da placa coletora placa (I) placa (II) placa (III) placa (IV) (Ti - Ta) / I Em certos casos não é possível dizer que o desempenho térmico de uma placa é melhor que o que de outra Placa de alto desempenho térmico não necessariamente é melhor do que a de pior desempenho.

28 Reservatórios Térmicos (Boiler) Componentes Principais: Capa de proteção externa Cilindro Interno Cilindro Interno; Isolante; Capa de Proteção; Aquecedor auxiliar. Resistência Elétrica Isolamento Térmico

29 Vantagens e desvantagens dos materiais utilizados para construção de reservatórios térmicos. Plástico Aço Inoxidável Aço Carbono Vantagens - resistente a corrosão - preço - resistência à corrosão - resistência mecânica - construção simplificada - preço - resistência mecânica - construção simplificada Desvantagens - pouca resistência mecânica a altas temperaturas - dificuldade de fabricação - preço - necessita de revestimento especial contra corrosão

30 Reservatório Térmico - Balanço de energia em um reservatório térmico Energia dos coletores Reservatório térmico Energia para consumo Perdas térmicas m C p + ( Tf Tf ) = Qu Lres ( UA) res ( Tf Tamb )

31 Reservatório Térmico - Balanço de energia em um reservatório térmico m C p + ( Tf Tf ) = Qu Lres ( UA) res t( Tf Tamb ) Onde: m C p T f ; T amb t Q u (UA) res L res - massa de água no reservatório [kg] - calor específico da água [4.190 J/kgK] - temperaturas (água, ambiente) [K] - tempo [s] - energia útil dos coletores [J] - coeficiente de perdas térmicas do reservatório [W/K] - consumo de água aquecida [J]

32 Exercício - Um reservatório térmico inicialmente a 50º C recebeu de coletores solares um total de 2 MJ no período de uma hora. Sabendo que houve um banho de 10 minutos no período, calcule a temperatura final do reservatório. Dados: - Temperatura do banho: 38º C; - Temperatura de fornecimento da água fria: 20º C; - Coeficiente de perdas térmicas do reservatório: 3 W/K; - Vazão do chuveiro: 6 litros/minuto; - Volume do reservatório: 200 litros.

33 Instalações hidráulicas PPR polipropileno copolímero random Tubos de Cobre CPVC cloreto de polivinil clorado PEX polietileno reticulado

34 Instalações hidráulicas Material Cobre Polipropileno CPVC Gerpex Tipo metal plástico plástico metal+plástico (Alumínio+PPR) Pontos Positivos - alta temperatura de operação - não deforma c/ a temperatura - alta pressão de operação - resistência à UV - temperatura de operação intermediária (120 C) - bom isolante térmico - sem corrosão - custo - flexibilidade - facilidade de montagem - bom isolante térmico - sem corrosão - custo - temperatura de operação intermediária (120 C) - plasticamente moldável - engates rápidos - minimiza o número de conexões - sem corrosão - trajetos complexos Pontos Negativos - corrosão - incrustação - complexidade na montagem - custo elevado - condutividade térmica elevada - montagem especializada - deformação com a temperatura - baixa resistência ao UV * Relativo a listagem necessária a instalação de um sistema padrão de 200L operando por circulação Natural. Coletores colocados a 4m do reservatório. Não considera as conexões de água fria. Cotado nas lojas de material de construção. - baixa temperatura de operação (80 C) - deformação com a temperatura - baixa resistência ao UV - material importado - custo Fabricantes Eluma, Termomecânica Amanco, Top Fusion, Unikap Tigre Emmeti * Custo R$ 301,66 R$ 198,00 R$ 239,00 R$ 320,00

35 Isolamento térmico Polietileno expandido Polietileno expandido com proteção UV Isolamento coberto com chapa de alumínio corrugado

36 Acessórios Bombas Centrífugas Controlador Diferencial de temperatura Programadores horários Termostato

37 Funcionamento Curva de Variação de Temperatura Temperatura do Boiler Temperatura Ambiente Temperatura a (C) Horas

38 Funcionamento Curva de Consumo C o n su m o d e e n e rg i a Comum Solar p o t ê n ci a co n su m i d a ( kw h ) 100,00 90,00 80,00 70,00 60,00 50,00 40,00 30,00 20,00 10,00 0,00 jan feb mar apr may jun jul aug sep oct nov dec média m e se s d o a n o