Tema 3 Aula 1Fundamentos

Esta é uma pré-visualização de arquivo. Entre para ver o arquivo original

SISTEMAS DE ENERGIA SOLAR
Prof. Dr. Walfrido Alonso Pippo
walfrido.pippo@unila.edu.br
Engenharia de Energias Renováveis 
UNILA, Foz do Iguaçu 1º.semestre 2016
Tema 3 -Aula 1 : Fundamentos do uso da energia Solar Térmica.
Formas de aproveitamento da energia solar
 Biomassa
Energia solar
Térmica:Elementos principais
A radiação divide se em três tipos:
radiação solar direta
radiação solar dispersa o difusa
radiação solar refletida (albedo)
 Sendo a primeira delas a fundamental dado que num dia claro 
Constitui até o 80% da radiação 
A radiação dispersa é a não deixa uma sombra bem definida e num dia nublado pode chegar
 a ser o 100% da energia solar.
A radiação solar refletida depende das características a a cor da superfície onde incide os raios solares e seu valor varia numa ampla faixa.
Tratando -se da energia solar térmica, ou seja, da conversão da radiação solar em calor a de maior importância é a radiação solar direta 
Aspectos precursores a considerar
Figura 1
Aspectos precursores a considerar
Aspectos precursores a considerar
As funciones principais que deve cumprir um sistema solar térmico são: 
Coletar a radiação solar
Conversão da radiação solar em calor
Transferir o calor ( secagem de grãos,aquecimento de água) 
Armazenamento da energia além do período diurno
Distribuição da energia.
Em todas as mencionadas funções um elemento chave é a transferência de calor que como fenômeno físico intervém em todas as funciones.
A transferência de calor tem três vias de realização fundamentais:
Condução
Convecção
Radiação
Condução: mecanismo característico dos sólidos já que existe movimento interno entre sus partículas , moléculas e elétrons . La avaliação do calor transferido por este mecanismo obedece à lei de Fourier que se expressa matematicamente :
onde: 
qx- taxa de transferência de calor por condução
k: condutividade térmica do sólido.
T1 e T2: temperaturas do sólido.
x: espessura do material entre as temperaturas T1 e T2. 
A: área de traspasso de calor, perpendicular à direção do fluxo de calor
Aspectos precursores a considerar
(1)
Convecção : mecanismo característico dos fluidos (líquidos e gases) já que suas moléculas se movem internamente, ou seja existe movimento relativo entre suas partículas. A avaluação do calor transferido por este mecanismo obedece à lei de Newton- Ritchmann a qual se expressa matematicamente : 
qxconvecção- taxa de transferência de calor por convecção
h: coeficiente de convectividade de traspasso de calor
A: área de traspasso de calor
Ts: temperatura da superfície 
Tf: temperatura do fluido
Aspectos precursores a considerar
(2)
Aspectos preliminares a considerar
Radiação: mecanismo de propagação da energia interna de um corpo o substancia emissora mediante ondas eletromagnéticas. A diferencia dos mecanismos anteriores, nos quais é necessário um médio onde transferir o calor, a radiação existe mesmo no vácuo . Um exemplo de este tipo de mecanismo é a forma como chega a energia solar àTerra. 
A energia emitida por um corpo real está em função de sua temperatura absoluta e obedece à lei de Stefan-Boltzmann, que matematicamente se expressa :
onde:
=(0:1): emissividade do corpo
 σ = 5.670373×10−8 W m−2 K−4 : constante de Stefan-Boltzmann
A: área de transferencia de calor
T: temperatura absoluta del cuerpo 
(3)
Aspectos preliminares a considerar: Conversão Térmica
(4)
Aspectos preliminares a considerar: Conversão Térmica
(5)
Exercício: Convecção , radiação
Qual será a temperatura de equilíbrio de uma superfície exposta a uma radiação solar de I= 1300 W/m2, sendo a temperatura ambiente de 300 K (27C). Se conhece que a superfície tem uma absortividade de  = 0.1 y una emissividade de  = 0.9. Além do mais, considere que a superfície está perfeitamente isolada.
Trazer Resolvido na próxima aula
Aspectos precursores a considerar
Objetivos da aula:
Dar as conhecer os principiais tipos de sistemas de sistemas solares térmicos e suas aplicações
Explicar as vantagens e desvantagens dos sistemas solares térmicos
Explicar os principais componentes dos coletores planos e dos reservatórios 
 Real Player Cloud
Coletores Solares Térmicos
https://www.youtube.com/watch?v=09HSjD5B3F0
Aula sobre solar térmico Universitat de Valência 
Coletores Solares Térmicos
O principal componente de um sistema solar térmico é o coletor solar, o qual capta a energia solar (radiação direta ou difusa), absorvendo a radiação e transferindo-a seguidamente para um fluido térmico.
Nos coletores de energia solar podemos estabelecer as seguintes relações de transmissão de calor. O sol incide sobre o coletor e este sobe de temperatura. Com esse calor o que se busca é aquecer um fluido desejado, normalmente a água. ( ou água e anticongelante). Porém, nem todo o calor gerado é aproveitado para aquecer o fluido desejado devido a que uma parte se perde, de qualquer jeito (ENTROPIA), no aquecimento do ar externo que está em contato com o coletor ( condução e convecção ) e outra se perderá por radiação já que ao subir a temperatura o coletor emitirá com mais energia que o ambiente no qual se encontra provocando perdas nesse sentido. 
Tipos mais usados de coletores
PRINCIPAIS CAUSAS DE PERDAS DE EFICIÊNCIA NOS COLETORES SOLARES
Tipos mais usados de coletores solares térmicos: Coletores Planos
Figura 2 Coletor solar plano .
TEI Patra: 3-18 July 2006
Intensive program: ICT tools in PV-systems Engineering
Flat plate collector with flat reflectors
Sun rays
Flat reflector
Flat plate collector
CPC- Coletor parabólico composto 
Tipos mais usados de coletores
1
Tipos mais usados de coletores :CPC
 Colector Concentrador Parabólico Composto (CPC)
A principal diferença destes colectores relativamente aos planos convencionais é a
geometria da superfície absorsora. Para os colectores planos existe uma superfície onde se encontram soldados os tubos de circulação do fluido térmico. Enquanto que, nos CPC a área absorsora é reduzida em comparação com a área de captação [20], tendo em conta que as perdas térmicas são proporcionais à área do absorsor e não à área de captação [23].
A área absorsora é constituída por duas alhetas unidas a um tubo do fluido e colocadas
sobre uma superfície reflectora, com elevado nível de reflectividade e com um ângulo de
abertura que força a radiação solar incidente. Com este método a radiação solar directa e
difusa ocorre nos tubos e nas duas faces das alhetas, o que contribui para a redução das
perdas térmicas [20] [23]. Na Figura 3.23 é apresentado em corte a constituição de um colector CPC.
SOLAR COLLECTORS AND APPLICATIONS
Soteris A. Kalogirou
 Higher Technical Institute
Nicosia-Cyprus
TEI Patra: 3-18 July 2006
Intensive program: ICT tools in PV-systems Engineering
TEI Patra: 3-18 July 2006
Intensive program: ICT tools in PV-systems Engineering
SOLAR COLLECTORS
Types of collectors
Stationary
Sun tracking
Thermal analysis of collectors
Performance
Applications
Solar water heating
Solar space heating and cooling
Refrigeration
Industrial process heat
Desalination
Solar thermal power systems
TEI Patra: 3-18 July 2006
Intensive program: ICT tools in PV-systems Engineering
Types of solar collectors
Motion
Collector type
Absorber type
Concentration ratio
Indicative temperature range (°C)
Stationary
Flat plate collector (FPC)
Flat
1
30-80
Evacuated tube collector (ETC)
Flat
1
50-200
Compound parabolic collector (CPC)
Tubular
1-5
60-240
Single-axis tracking
5-15
60-300
Linear Fresnel reflector (LFR)
Tubular
10-40
60-250
Parabolic trough collector (PTC)
Tubular
15-45
60-300
Cylindrical trough collector (CTC)
Tubular
10-50
60-300
Two-axes tracking
Parabolic dish reflector (PDR)
Point
100-1000
100-500
Heliostat field collector (HFC)
Point
100-1500
150-2000
Note:Concentration ratio is defined as the aperture area divided by the receiver/absorber area of the collector.
TEI Patra: 3-18 July 2006
Intensive
program: ICT tools in PV-systems Engineering
Modes of Tracking
TEI Patra: 3-18 July 2006
Intensive program: ICT tools in PV-systems Engineering
Comparison of energy absorbed for various modes of tracking 
Tracking mode
Solar energy (kWh/m2)
Percent to full tracking
E
SS
WS
E
SS
WS
Full tracking
8.43
10.60
5.70
100.0
100.0
100.0
E-W Polar
8.43
9.73
5.23
100.0
91.7
91.7
N-S Horizontal
6.22
7.85
4.91
73.8
74.0
86.2
E-W Horizontal
7.51
10.36
4.47
89.1
97.7
60.9
Note: E - Equinoxes, SS - Summer Solstice, WS - Winter Solstice
TEI Patra: 3-18 July 2006
Intensive program: ICT tools in PV-systems Engineering
Flat-plate collector
Tipos mais usados de coletores: Composição
Tipos mais usados de coletores: Reservatório 
vantagens
Partes componentes de um coletor solar 
Estrutura e funcionamento de um coletor solar
Estrutura e funcionamento de um coletor solar
Estrutura e funcionamento de um coletor solar
Figura 3 Perdas Térmicas e Efeito Estufa: 1-Radiação Solar Incidente;2-Radiação emitida pela cobertura ao aquecer; 3-Radiação feflectida no interior do coletor e que não escapa para o exterior
Estrutura e funcionamento de um coletor solar
Estrutura e funcionamento de um coletor solar
TEI Patra: 3-18 July 2006
Intensive program: ICT tools in PV-systems Engineering
Types of flat-plate collectors
Water systems
Glazing
Riser
Absorbing plate
Insulation
A
B
Glazing
Riser
Absorbing plate
Insulation
C
Glazing
Riser
Absorbing plate
Insulation
D
Glazing
Riser
Absorbing plate
Insulation
TEI Patra: 3-18 July 2006
Intensive program: ICT tools in PV-systems Engineering
Types of flat-plate collectors
Air systems
Glazing
Air passage
Insulation
E
F
Glazing
Air flow
Metal matrix
Insulation
G
Glazing
Corrugated sheet
Insulation
Estrutura e funcionamento de um coletor solar
Estrutura e funcionamento de um coletor solar
Outros tipos de coletores solares
Tubos de vácuo
Figura 4 Instalação Térmica de tubo a vácuo
TEI Patra: 3-18 July 2006
Intensive program: ICT tools in PV-systems Engineering
Schematic diagram of an evacuated tube collector
TEI Patra: 3-18 July 2006
Intensive program: ICT tools in PV-systems Engineering
Evacuated tube collectors
Novas tecnologias:Coletores solares de tubos de vácuo
Novas tecnologias:Coletores solares de tubos de vácuo
TEI Patra: 3-18 July 2006
Intensive program: ICT tools in PV-systems Engineering
Schematic diagram of a CPC collector
θc
TEI Patra: 3-18 July 2006
Intensive program: ICT tools in PV-systems Engineering
Schematic of a parabolic trough collector
Receiver tube
Glass cover
Receiver detail
Receiver
Sun rays
Tracking mechanism
Parabola
TEI Patra: 3-18 July 2006
Intensive program: ICT tools in PV-systems Engineering
Parabolic trough collectors
TEI Patra: 3-18 July 2006
Intensive program: ICT tools in PV-systems Engineering
Fresnel type parabolic trough collector
Sun rays
TEI Patra: 3-18 July 2006
Intensive program: ICT tools in PV-systems Engineering
Linear Fresnel Reflector (LFR)
Sun rays
Receiver
Tower
Mirrors
TEI Patra: 3-18 July 2006
Intensive program: ICT tools in PV-systems Engineering
Parabolic trough collectors
TEI Patra: 3-18 July 2006
Intensive program: ICT tools in PV-systems Engineering
Parabola detail
TEI Patra: 3-18 July 2006
Intensive program: ICT tools in PV-systems Engineering
Central receiver system
TEI Patra: 3-18 July 2006
Intensive program: ICT tools in PV-systems Engineering
Tower detail
TEI Patra: 3-18 July 2006
Intensive program: ICT tools in PV-systems Engineering
Central receiver-1
TEI Patra: 3-18 July 2006
Intensive program: ICT tools in PV-systems Engineering
Central receiver-5
Referências: 
Soteris A. Kalogirou
 Higher Technical Institute Nicosia-Cyprus
Soletrol Max : www.soletrol.com.br
Universitat Politècnica de València: 
https://www.youtube.com/watch?v=09HSjD5B3F0
Projeto de Sistema Solar Térmico
Aluno:João Carlos Leonor Correia Leitão
Orientador – Professor Cláudio Domingos Martins Monteiro
www.komeco.com.br