ENERGIA HELIOTERMICA

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CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA 
 
 
MICHEL DOUGLAS ARAÚJO DOS SANTOS 
 
 
 
 
UM BREVE ESTUDO SOBRE A ENERGIA 
HELIOTÉRMICA 
 
 
 
 
 
 
 
Aracaju - SE 
Novembro/ 2018 
 
 
MICHEL DOUGLAS ARAÚJO DOS SANTOS 
 
 
 
 
 
 
UM BREVE ESTUDO SOBRE ENERGIA 
HELIOTÉRMICA 
 
 
Projete de Pesquisa sobre “Energia Heliotérmica” da 
disciplina de Práticas de Pesquisa na Área de 
Engenharia, turma N01, do curso de Engenharia 
Elétrica, ministrada pelo Prof. Renan Tavares, na 
Universidade Tiradentes, como nota parcial da segunda 
unidade. 
 
 
 
 
 
Aracaju - SE 
Novembro/ 2018 
 
 
SUMÁRIO 
 
 
1. INTRODUÇÃO..........................................................................................4 
2. JUSTICATIVA...........................................................................................5 
3. OBJETIVOS..............................................................................................5
3.1. OBJETIVO GERAL.........................................................................5 
3.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS..........................................................5 
4. ENERGIA HELIOTÉRMICA......................................................................6 
4.1. TIPOS DE COLETORES DA ENERGIA HELIOTÉRMICA.............7 
4.1.1. CALHA PARABÓLICA.........................................................7 
4.1.2. TORRE SOLAR...................................................................8 
4.1.3. FRESNEL.............................................................................9 
4.1.4. DISCO PARABÓLICO.......................................................10 
4.2. ARMAZENAMENTO TÉRMICO...................................................10 
5. CONCLUSÃO.........................................................................................12 
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS........................................................13 
 
 
 
 
 
 
 
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1. INTRODUÇÃO 
Desde os tempos mais primórdios, existiu sempre a busca por geração de 
energia e essa busca foi dando origem a várias fontes de energia elétrica. O tipo 
de gerar energia foi tendo que ser aperfeiçoada primeira para adaptar-se com os 
recursos disponíveis em cada região, já que a depender do local, cada qual tem 
certas características e particularidades que fazem toda diferença na geração da 
energia elétrica. 
Em especial nesse século XXI, a preocupação com a sustentabilidade do 
mundo foi tornando cada vez mais urgente e necessária, assim abrindo espaço 
para as fontes renováveis que tinham foco de reduzir os impactos causados 
pelas fontes existentes. Apesar de tantos esforços, o mundo ainda continua 
produzindo energia utilizando de fontes não renováveis como carvão, petróleo, 
nuclear, entre outros. No caso particular do Brasil, a matriz energética tem sua 
maior parte composto por hidráulica, que apesar de por alguns ser considerado 
um tipo de fonte renovável, tem mostrado que sustentavelmente não é a opção 
mais viável. 
O Brasil tem crescido bastante o uso de fontes renováveis, em especial a 
eólica que tem tido um crescente considerável nos últimos anos. Outro tipo de 
energia que tem tornando-se popular no país é a energia solar, um tipo de fonte 
que tem sido utilizada principalmente em geração de energias para ambientes 
residenciais, comerciais e industriais. Além do sol proporcionar a utilização da 
energia solar, também pode ser utilizado para geração de energia heliotérmica. 
A heliotérmica é uma fonte de energia mais recente, em especial no Brasil que 
ainda não tem investido nesse tipo de fonte renovável. 
Utilizando da radiação solar, esse tipo de fonte de energia apresenta 
fortes vantagens para ser implementada no Brasil, porém a falta de incentivo e 
alto custo da implementação e manutenção das usinas heliotérmicas, tornam o 
projeto inviável e pouco conhecido no mercado de geração de energia. 
 
 
 
 
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2. JUSTIFICATIVAS 
 
O uso de fontes alternativas de energia tem se tornando uma necessidade 
cada vez mais urgente nos dias atuais que vivemos. É necessário ter uma 
preocupação maior com toda a problemática ambiental que a maioria das fontes 
de geração de energia têm. O consumo de energia é algo que nunca para ou 
diminui em quantidade, ao contrário, ao passar do tempo só tem crescido 
bastante, o que aumenta a necessidade de reduzir os impactos da poluição e os 
riscos durante a manutenção ou geração. Nisso, surge a energia heliotérmica 
que é um tipo de geração de energia, mais recente, totalmente renovável e que 
utiliza de um recurso natural da forma correta. Esse tipo de energia é ainda muito 
pouco conhecido e difundido no país, mas em outros países como Espanha e 
Austrália, tem fortemente investido na geração heliotérmica, com ótimos 
resultados. A importância e necessidade de difundir mais esse tipo de fonte de 
energia, é explicada por conta de ainda ser menos conhecidas dentre as 
energias renováveis e por também ter várias formas de aplicabilidade e vários 
aspectos que podem ser melhorados, já que ainda é uma tecnologia na geração 
de energia bastante recente. 
 
 
3. OBJETIVOS 
 
2.1. OBJETIVO GERAL 
• Apresentar a energia heliotérmica como uma importante fonte 
alternativa para a geração de energia. 
 
2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS 
• Estudar e compreender todo o processo de geração de energia 
heliotérmica; 
• Apresentar as vantagens obtidas com a fonte de energia 
heliotérmica; 
• Fazer uma pesquisa sobre usinas heliotérmicas já existentes. 
 
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4. ENERGIA HELIOTÉRMICA 
A energia heliotérmica, também conhecida como Concentrating Solar 
Power – CSP, utiliza como princípio para produção de energia o acúmulo do 
calor proveniente dos raios solares pela reflexão e pela concentração da luz 
solar, com espelhos – o calor do sol aquece água e gera vapor. A partir de 
então, a usina heliotérmica segue os mesmos processos de uma usina 
termoelétrica, utilizando o vapor gerado para movimentar a turbina que 
aciona o gerador de energia elétrica. [2] 
É um tipo de forma de obtenção indireta segundo a definição é maneira 
onde precisará ocorrer mais de uma transformação para que exista uma 
energia utilizável pelo o homem. Esse tipo de geração de energia tem um 
processo chamado de heliotérmico, onde a energia solar é convertida 
primeiramente para energia térmica, e depois é convertida para energia 
elétrica. [2] 
Na conversão de energia solar a partir da heliotérmica utiliza-se 
espelhos chamados de coletores ou helióstatos, os espelhos acompanham a 
posição do sol ao longo do dia e refletem os raios solares para um foco, onde 
ali se encontra o receptor. Esse calor é transferido para um fluido absorvedor, 
que podem ser óleos sintéticos, sal fundido, água e ar. Em sequência os 
fluidos aquecidos são expandidos diretamente através de uma turbina. A 
partir desse ponto o processo é similar ao de uma termelétrica convencional. 
[3] 
Basicamente, uma planta heliotérmica funciona da seguinte forma: a 
radiação solar direta é concentrada em um ponto (ou ao longo de um linha) 
no qual existe um fluxo de fluido de transferência de calor. Após a troca de 
calor, o fluido vai para o bloco de potência onde sua alta energia térmica é 
transformada em energia mecânica na turbina, e posteriormente em energia 
elétrica no gerador. O fluido de transferência de calor é resfriado e então volta 
para o ciclo. Caso a planta tenha armazenamento, a energia térmica 
excedente durante o dia é armazenada para que seja utilizada após o pôr do 
sol. [1] 
 
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Figura 1: Esquema da geração de energia heliotérmica.[7] 
 
4.1. TIPOS DE COLETORES DA ENERGIA HELIOTÉRMICA 
Existe vários tipos vários tipos de heliotérmica, o que difere cada uma é o 
seu mecanismo de concentração solar. Elas são: Calha parabólica, Torre Solar, 
Fresnel e Disco Parabólico. [2] Eles diferem em relação às estruturas físicas, 
como formato e dimensõesdos espelhos, movimentação em relação ao sol e, 
também, em relação à temperatura atingida pelo fluido de trabalho após o 
aquecimento. [4] 
 
4.1.1. CALHA PARABÓLICA 
Nesse coletor, também chamado de cilindro parabólico, os raios solares 
são refletidos em um longo cilindro parabólico em tubos localizados no ponto 
focal dos espelhos, se movimentando em um eixo ao longo do dia para 
acompanhar o sol. É a tecnologia mais avançada até o momento, fazendo com 
que sua construção, operação e manutenção já sejam mais conhecidas e 
utilizadas. Algumas desvantagens advêm do fato dessa configuração utilizar 
coletores móveis, o que aumenta as chances de problemas mecânicos nas 
juntas, e de possíveis vazamentos. Adicionalmente, por ter foco linear, o sistema 
opera em temperaturas não tão elevadas (400° C ou menos), resultando em 
menor eficiência. [3] 
 
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Figura 2: Diagrama esquemático e imagem real de um sistema heliotérmco 
com calha parabólica. (Nevada Solar One, US) [5] 
 
4.1.2. TORRE SOLAR 
Consiste num conjunto de espelhos orientados de forma a direcionar a luz 
solar em um único ponto no topo de uma torre, onde fica o coletor. Ao direcionar 
a energia solar em um único ponto, é possível atingir temperaturas maiores, o 
que aumenta a eficiência no processo de conversão e no armazenamento 
(necessita menor volume para a mesma energia). No entanto, maiores 
temperaturas exigem o emprego de materiais mais resistentes, e, logo, mais 
caros. Além disso, a torre solar requer que os espelhos tenham seguidores de 
dois eixos para poder ajustar o foco exatamente no coletor durante todo o dia. 
[3] 
 
Figura 3: Diagrama esquemático e imagem real de um sistema heliotérmico 
com torre solar. (Usina PS10, Espanha) [5] 
 
 
4.1.3. FRESNEL 
 
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Essa tecnologia apresenta espelhos planos ou levemente curvados que 
concentram a luz solar em um tubo fixo horizontal. A grade promessa dessa 
tecnologia é a redução de custos, por ter design é simples e de fácil construção, 
e utilizar um fluido de baixa temperatura de trabalho, o que torna o sistema 
barato. Adicionalmente, a configuração dos espelhos (na horizontal) diminui o 
efeito de ventos na estrutura, em comparação com as demais configurações, o 
que diminui os gastos em estrutura. No entanto, a simplicidade do design e a 
baixa temperatura de trabalho implicam em uma menor eficiência na absorção e 
na conversão da energia térmica em eletricidade. [3] 
 
Figura 4: Diagrama Esquemático e imagem real de um sistema heliotérmico 
com Fresnel. (AREVA Solar, US) [4] 
 
4.1.4. DISCO PARABÓLICO 
Um refletor parabólico em forma de disco é montado em uma estrutura 
que efetua o seguimento solar em dois eixos e concentra os raios solares num 
receptor situado no foco do espelho. A estrutura dos coletores solares e o 
receptor movem-se juntos à medida em que o conjunto se movimenta durante o 
rastreio solar. Pode ser instalada em terrenos acidentados já que os discos são 
independentes fisicamente uns dos outros. Além disso, o acoplamento do 
gerador ao receptor disco parabólico contribui para menores perdas de energia 
térmica. [4] A tecnologia do sistema disco parabólico, tem alta eficiência na 
concentração de calor e baixa perda térmica, por rastrear o sol em dois eixos, e 
porque o calor focado é aplicado diretamente para a unidade de calor do motor-
gerador. Por isso, possui as maiores taxas de concentração e por essa razão é 
o coletor mais eficiente. Consequentemente, atinge temperaturas muito 
elevadas, no entanto, os custos de instalação tendem a ser mais elevados do 
 
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que os custos da calha parabólica, refletor Fresnel e sistemas de torre central. 
[5] 
 
 
Figura 5: Diagrama Esquemático e imagem real de um sistema heliotérmico 
com Disco Parabólico. (Maricopa Solar Project, US) [9][10] 
 
4.2. ARMAZENAMENTO TÉRMICO 
 
O armazenamento térmico tem sua eficiência bastante elevada (95% ou 
mais), tornando-a uma opção mais atrativa do que o armazenamento em usinas 
fotovoltaicas. Primeiramente, pode-se dizer que a inércia térmica do fluido de 
transferência de calor (FTC), existente especialmente nos tubos das plantas de 
cilindro parabólico, já representam uma espécie de armazenamento que permite 
regular flutuações de curto prazo na irradiação solar, outra solução de curto 
prazo é o uso de vasos pressurizados para acumular vapor. É uma forma simples 
e barata de armazenamento, porém, além da pouca capacidade, é pouco 
eficiente. 
Para armazenamentos mais longos, geralmente o FTC ao sair dos 
coletores passa por um trocador de calor para aquecer um fluido de 
armazenamento de calor, geralmente sal fundido. O sal fundido é armazenado 
em tanques, e quando necessário o processo inverso ocorre: a energia térmica 
contida no sal é transferida ao FTC. Esse modelo é o mais observado nas plantas 
heliotérmicas com armazenamento. É fácil de operar e pode armazenar grandes 
quantidades de energia. 
No entanto, o armazenamento indireto prejudica a eficiência em função 
das perdas no processo de troca de calor. A solução que deriva deste problema 
 
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consiste em eliminar o trocador de calor e utilizar o próprio sal como FTC e fluido 
de armazenamento. Nesta configuração o sal é aquecido diretamente nos 
coletores e na sequência passa pelos tanques de armazenamento para depois 
ser utilizado no gerador de vapor. Por outro lado, o uso do sal fundido como FTC 
apresenta a desvantagem de necessitar a prevenção contra congelamento 
dentro dos coletores, exigindo que no final do dia o sal presente em campo seja 
bombeado para os tanques. As plantas heliotérmicas mais atuais têm utilizado 
essa última alternativa de armazenamento. [3] 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
5. CONCLUSÃO 
 
 
12 
 
Em virtude de todos os fatos mencionados, a energia heliotérmica é uma 
importante fonte de geração de energia para os dias atuais. Com todos os 
impactos causados por as demais fontes de energia, justamente as mais 
utilizadas no mundo, o uso de fontes renováveis é uma forma de diminuir todo 
mal causado ao planeta durante anos. É inegável que o mundo continuará em 
constante evolução e isso pode implicar em mais uso de energia elétrica, sendo 
assim a única solução é investir em tecnologias que utilizam-se de recurso 
naturais sem agredir a natureza, também apresentando bom rendimento, nisso 
as heliotérmicas preenchem muito bem a esses requisitos. 
Pensando de forma mais específica, o Brasil poderia investir mais em 
usinas heliotérmicas, como uma forma de poupar toda a água desperdiçada 
durante a geração de energia. Um ponto forte a favor da heliotérmicas no Brasil 
é o fato do país produzir um clima muito propício para a irradiação solar, 
especificamente no Nordeste. Pensando não somente no lado ambiental, 
também representaria um grande impacto no mercado de trabalho, uma vez que 
necessitaria de especialização na área, uma vez que a maior parte ainda 
desconhece desse tipo de tecnologia. 
O maior problema das heliotérmicas realmente é a questão financeira, por 
conta de ser uma tecnologia mais recente, tem poucas opções de equipamentos, 
porém ao longo dos anos esse preço possa vim a ser barateado, como tem 
acontecido com a solar e eólica. 
 
 
 
 
 
 
 
 
6. REFERENCIAL BIBLIOGRÁFICO 
 
13 
 
 
[1] BRANCALIÃO, N. Sistemas heliotérmicos: recurso solar, tecnologia e 
infraestrutura. Universidade de Brasília. 2015.. Disponível em: < 
http://bdm.unb.br/bitstream/10483/13562/1/2015_NathanF.S.Brancaliao.pdf >. 
Acesso em: 18 nov. 2018. 
[2] NÓBREGA, A. Energia solar amplia a característica sustentável da matriz 
elétrica do Brasil. FGV Energia. 2016. Disponível em: < 
http://bibliotecadigital.fgv.br/ojs/index.php/bc/article/viewFile/64095/62083 >. 
Acesso em: 19 nov. 2018. 
[3] TOLMASQUIM, M. T. Energia Renovável: Hidráulica, Biomassa, Eólica, 
Solar, Oceânica. Rio de Janeiro: EPE, 2016.Disponível em: < 
http://www.epe.gov.br/sites-pt/publicacoes-dados 
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Acesso em: 19 nov. 2018. 
[4] MARANHÃO, I. Estudo sobre a tecnologia heliotérmica e sua viabilidade no 
brasil. 2014. Disponível em < 
http://bdm.unb.br/bitstream/10483/9376/1/2014_IsabelaMartinsMaranhao.pdf>. 
Acesso em 19 nov. 2018. 
[5] BIANCHINI, H. Avaliação comparativa de sistemas de energia solar térmica. 
UFRJ. 2013. Disponível em: < 
http://www.monografias.poli.ufrj.br/monografias/monopoli10006094.pdf>. 
Acesso em: 19 nov. 2018. 
[6] Energia heliotérmica é renovável, mas incipiente no Brasil. AECweb. 
Disponível em: < https://www.aecweb.com.br/cont/m/rev/energia-heliotermica-e-
renovavel-mas-incipiente-no-brasil_12417_10_0 >. Acesso em: 19 nov. 2018. 
 [7] Energia heliotérmica: entenda como funciona. Portal Solar. Disponível em: < 
https://www.portalsolar.com.br/blog-solar/energia-solar/energia-heliotermica-
entenda-como-funciona.html >. Acesso em: 19 nov. 2018. 
[8] Matriz energética e elétrica. EPE - Empresa de Pesquisa Energética 
Disponível em: < http://www.epe.gov.br/pt/abcdenergia/matriz-energetica-e-
eletrica >. Acesso em: 20 nov. 2018. 
[9] Maricopa Solar. Mortenson. Disponível em: < 
https://www.mortenson.com/solar/projects/maricopa-solar>. Acesso em: 20 nov. 
2018. 
[10] MAGALHÃES, L.F. VIEIRA, R. Estudo de um ciclo stirling utilizando energia 
Solar. UFES. 2015. Disponível em: 
<http://www.engenhariamecanica.ufes.br/sites/engenhariamecanica.ufes.br/file
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em: 20 nov. 2018.