Institute of Nanostructures, Nanomodelling and Nanofabrication - Portugal

Análise comparativa da eficiência de um colector solar térmico polimérico sem e com cobertura

J. Casalinho1, M.P Graça1,2 *, L. Godinho2, A. F da Cunha1

(1) Physics Department, I3N, Aveiro Univerisity, Campus Universitário de Santiago, 3810-193 Aveiro, Portugal(2) Prirev, Engenharia de Superfícies Lda, Zona Industrial de Vagos, Lt.61, 3840 Vagos, Portugal

* E-mail: mpfg@ua.pt

Figura 1 Esquema do arranjo experimental (1-Sensor de temperatura do fluido de saída (Tout); 2- Sensor de temperatura do fluido de entrada (Tin); 3- Colector solar térmico polimérico; 4- Sensor de temperatura ambiente (Tamb); 5- Piranómetro (G); 6- Radiação solar; 7- Medidor de caudal (C); 8- Tanque de armazenamento do fluido; 9- Refrigerador do fluido).

Figura 4 Radiação solar (condição experimental).

Detalhes ExperimentaisEste trabalho foi realizado na região de Vagos (40º33’N e 8º40’W). A figura 1 apresenta o arranjo experimental usado para a medição e registo das variáveis necessárias para caracterizar este colector (radiação solar, temperatura ambiente, caudal, temperatura do fluido de entrada e saída do painel).O colector solar térmico analisado (figura 2 e 3) é constituído por dois distribuidores de polipropileno aos quais se ligou o material absorsor (EPDM) preto e liso. O colector foi colocado com a orientação Sul e com a inclinação de 45º. Este colector solar térmico usa água como fluido de transferência e armazenamento de calor. A figura 3 apresenta o colector com uma cobertura de policarbonato estruturado com alvéolos de 8mm. A análise da eficiência térmica foi realizada usando as equações 1 e 2.

ResumoAs energias renováveis representam uma solução para a diminuição da dependência da nossa sociedade nos combustíveis fosseis. Recentemente verificou-se um aumento na procura de combustíveis fosseis em todo mundo, levando a um acentuado aumento no seu custo. Considerando que uma fracção considerável do nosso consumo energético é usado para aquecimento de água, o solar térmico torna-se um tema de elevado interesse. Actualmente, existem vários sistemas solar térmicos para aquecimento de água com eficiências razoáveis e com tempos de recuperação de investimento aceitáveis. Aqueles que usam absorsores poliméricos, podem ser uma boa solução a nível económico para aplicações de baixa temperatura. Neste trabalho apresentam-se os resultados da análise do desempenho de um painel solar térmico polimérico sem e com cobertura, usando um absorsor de EPDM (ethylene propylene diene monomer). Este polímero tem boas propriedades mecânicas e boa resistência aos UV. O objectivo principal deste trabalho é estudar a eficiência e as alterações físicas no colector quando é introduzida uma cobertura transparente PC (policarbonato) estruturado.

IntroduçãoAs energias renováveis têm ganho uma elevada importância na sociedade devido ao constante aumento do preço da energia de origem fóssil, devido a um consumo superior à produção, e à preocupação com o ambiente, nomeadamente com os níveis de emissões de CO2. É de conhecimento geral que o globo terrestre recebe do sol mais energia numa hora do que a actualmente consumida em todo o planeta durante um ano. Embora o Sol seja a maior fonte de energia que o Homem tem ao seu dispor acaba por ser limitada devido a factores como as condições climatéricas, a própria rotação da Terra que implica que a radiação solar incida directamente num ponto geográfico apenas durante um determinado período de tempo entre outros. Contudo, Portugal apresenta-se como um dos países com maior disponibilidade solar da Europa.Actualmente, vários tipos de sistemas solares térmicos encontram-se disponíveis no mercado. Estes sistemas podem ser divididos em dois grupos: com cobertura (“glazed”) e sem cobertura (“unglazed”). A grande distinção entre estes dois tipos de colectores diz respeito à gama de temperatura de aquecimento em que apresentam maior rendimento. O objectivo deste estudo é verificar qual o ganho na eficiência de um colector solar térmico polimérico unglazed quando este é transformado em colector glazed. Neste trabalho apresenta-se os primeiros resultados experimentais.

ConclusõesNeste trabalho apresentamos os primeiros resultados da análise energética comparativa entre um colector solar térmico com e sem cobertura. Dos resultados obtidos verificamos que:- O rendimento do colector, com e sem cobertura, durante o periodo de medição é praticamente constante. - A colocação de uma cobertura polimérica permite aumentar o rendimento global. - O parâmetro Tm* é superior no caso do painel com cobertura indicando uma menor dependência com o valor absoluto da temperatura ambiente.

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time (hh:mm:ss)

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Am

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glazedunglazed

Figura 2 Fotografia do colector polimérico em análise, versão “unglazed”.

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Figura 3 Fotografia do colector polimérico em análise, versão “glazed”.

Figura 5 Temperatura ambiente (condição experimental). Figura 6 Tm*. Figura 7 Rendimento energético.

3 a 6 de Setembro de 2008 - FCT Lisboa.

Formalismo Matemático(1)

(2)

(3)O método usado para analisar energeticamente o colector solar térmico foi baseado na Norma Europeia EN 12975-2:2006, usada para certificar colectores solares térmicos, onde representa o rendimento do colector, Q o calor transferido, G a radiação solar incidente, A a área do colector (1,2 m2) , m a massa transferida (calculada a partir do caudal medido), Cf o calor específico da água (4184 J/KgºC), ΔT a variação da temperatura do fluido (Tout-Tin, onde Tin representa a temperatura de entrada e Tout a de saída do fluido no painel) e Tamb a temperatura ambiente.

AGQ.

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2*

Aveiro UniversityPortugal

Prirev, Lda - Departamento de Energias Renováveis – Portugal.