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Sistemas de Aquecimento
COLETORES SOLARES
Aquecimento Solar
Sumário
• Tipos de coletores• Sistemas de aquecimento solar com
coletor solar de placa plana
COLETORES SOLARES
coletor solar de placa plana• Qualidade e Normas• Projeto e Dimensionamento
Coletor reservatório
COLETORES SOLARES
Placa plana sem cobertura
COLETORES SOLARES
Placa plana com cobertura
COLETORES SOLARES
Concentrador fixo
COLETORES SOLARES
Tubo evacuado
COLETORES SOLARES
Parabólico composto (CPC)
COLETORES SOLARES
Parabólico de passagem
COLETORES SOLARES
Refrator Fresnel
COLETORES SOLARES
Refletor Fresnel
COLETORES SOLARES
Refletor prato esférico
COLETORES SOLARES
Refletor prato parabólico
COLETORES SOLARES
Receptor central
COLETORES SOLARES
Torre solar
COLETORES SOLARES
Tipos de coletores solaresTipo Fator de
concentraçãoTemperatura de operação
típica [ºC]
Tanque receptor solar 1 30-70
Coletor sem cobertura (placa plana, plástico) 1 40
Coletor de placa plana metálico com cobertura 1 60-120
COLETORES SOLARES
Coletor de placa plana metálico com cobertura 1 60-120
Concentrador fixo 3-5 100-150
Tubo evacuado 1 50-180
Parabólico composto [com tracking em 1 eixo] 1-5 [5-15] 70-240 [70-290]
Parabólico de passagem 10-50 150-350
Refrator fresnel 10-40 70-270
Refletor prato esférico 100-300 70-730
Refletor prato parabólico 200-500 250-700
Receptor central 500-3000 500-1000
Sistema de aquecimento solar com coletores de placa plana
• Equipamentos– Coletores Solares;– Reservatórios térmicos;
COLETORES SOLARES
– Reservatórios térmicos;– Acessórios.
• Instalações– Funcionamento do sistema;– Configurações.
Energia Solar Térmica
• Projeto personalizado– Clima– Demanda
COLETORES SOLARES
– Demanda– Materiais e
componentes
• “Roupa sob medida”
Funcionamento – circulação natural
COLETORES SOLARES
Conversão da energia solar em energia térmica.
Coletores Solares
COLETORES SOLARES
Gabinete
Absorvedor
ComponentesPrincipais:
• Placa coletora;• Gabinete.
Radiação SolarAquecimento da Aleta
Área de contatoentre aleta e tubo Aleta
Fluxo de calor pelo absorvedor
COLETORES SOLARES
Condução de Calorpela aleta Convecção
Aquicimento da águaTubo
Água
• Gabinete– Caixa
• Perfil e chapa• Chapa dobrada• Estampada Aleta
Coletores Solares
COLETORES SOLARES
• Moldada
– Isolamento– Cobertura
Cabeçote
Isolante
ChapadeFundo
Perfil de AlumínioExtrudado
- Determinação da potência útil em um coletor solar
Onde:- energia útil [J]
Coletores Solares
η⋅⋅= Tcu IAQ
uQ
COLETORES SOLARES
- energia útil [J]- área de coletor [m2]- irradiação solar horária na superfície do coletor [J/m2]- eficiência do coletor solar
uQ
cA
TI
η
- 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
Coletores Solares
COLETORES SOLARES
depender não apenas das características do coletor, mas também das condições operacionais podendo ser representada graficamente como uma “curva de eficiência”
TambfLRR ITTUFF /)()( −+= ταη
TambfLRR ITTUFF /)()( −+= ταη
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
ηη ηη
COLETORES SOLARES
)(ταRF
LRUF
0,00 0,05 0,10 0,15 0,200,0
(Tf -Tamb)/IT
- fator de caracterização da absorção de irradiação
- fator de caracterização das perdas térmicas
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/m2 no período de uma hora;- Temperatura ambiente: 25º C;
COLETORES SOLARES
- Escolher duas placas, uma para aquecimento de banho e outra para piscina.
Coletores de A a Z
0.7
0.8
0.9
1
efic
iênc
ia d
a pl
aca
cole
tora
placa (I)
placa (II)
placa (III)
• Em certos casos não é possível dizer que o desempenho térmico de uma placa é melhor que
COLETORES SOLARES
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0 0.05 0.1 0.15 0.2(Ti - Ta) / I
efic
iênc
ia d
a pl
aca
cole
tora
placa (III)
placa (IV)
uma placa é melhor que o que de outra
• Placa de alto desempenho térmico não necessariamente é melhor do que a de pior desempenho.
Reservatórios Térmicos (Boiler)ComponentesPrincipais:
• Cilindro Interno;• Isolante;
Cilindro InternoCapa de proteçãoexterna
COLETORES SOLARES
• Isolante;• Capa de
Proteção;• Aquecedor
auxiliar.
ResistênciaElétrica
IsolamentoTérmico
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 - preço - necessita de revestimento
Vantagens e desvantagens dos materiais utilizados para construção de reservatórios térmicos.
COLETORES SOLARES
Desvantagens - pouca resistência mecânica a altas temperaturas- dificuldade de fabricação
- preço - necessita de revestimento especial contra corrosão
- Balanço de energia em um reservatório térmico
Reservatório Térmico
Energiados coletores
Energiapara consumo
Reservatório térmico
Perdas térmicas
COLETORES SOLARES
)()()( ambfresresuffp TTUALQTTCm −−−=−⋅⋅ +
Perdas térmicas
- Balanço de energia em um reservatório térmico
Onde:- massa de água no reservatório [kg]- calor específico da água [4.190 J/kgK]- temperaturas (água, ambiente) [K]
Reservatório Térmico
)()()( ambfresresuffp TTtUALQTTCm −∆−−=−⋅⋅ +
m
pC
ambf TT ;
COLETORES SOLARES
- tempo [s]- energia útil dos coletores [J]- coeficiente de perdas térmicas do reservatório [W/K]- consumo de água aquecida [J]
uQ
resUA)(
resL
t∆
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;
COLETORES SOLARES
- Coeficiente de perdas térmicas do reservatório: 3 W/K;- Vazão do chuveiro: 6 litros/minuto;- Volume do reservatório: 200 litros.
PPR – polipropileno copolímero random Tubos de Cobre
Instalações hidráulicas
COLETORES SOLARES
CPVC – cloreto de polivinil clorado
PEX – polietileno reticulado
Instalações hidráulicas
Material Cobre Polipropileno CPVC GerpexTipo 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
COLETORES SOLARES
* Relativo a listagem necessária a instalação de um sistema padrãode 200L operando por circulação Natural. Coletorescolocados a 4m do reservatório. Não considera as conexões de água fria. Cotado nas lojas de material de construção.
Pontos Negativos - corrosão- incrustação- complexidade na montagem- custo elevado- condutividade térmica elevada
- montagem especializada- deformação com a temperatura- baixa resistência ao UV
- 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
Isolamento térmico
Polietileno expandido Polietileno expandido com proteção UV
COLETORES SOLARES
Isolamento coberto com chapa de alumínio corrugado
AcessóriosBombas Centrífugas
Controlador Diferencial de temperatura
COLETORES SOLARES
TermostatoProgramadores horários
• Curva de Variação de Temperatura
50.000
60.000
70.000
80.000
Te
mpe
ratu
ra (
C)
Temperatura do Boiler Temperatura Ambiente
Funcionamento
COLETORES SOLARES
0
10.000
20.000
30.000
40.000
50.000
1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61 64 67 70
Horas
Te
mpe
ratu
ra (
C)
• Curva de Consumo
C on su m o d e e n e rg i a
80,00
90,00
100,00
po
tên
cia
co
ns
um
ida
Comum Solar
Funcionamento
COLETORES SOLARES
0,00
10,00
20,00
30,00
40,00
50,00
60,00
70,00
jan feb mar apr may jun jul aug sep oct nov dec média
m e se s d o a n o
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cia
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(k
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