Avaliação do Rendimento de Um Coletor Solar Plástico

Pizzol, T. D.1; Marroquín, A. I.1; Fauth, M.¹
1Laboratório Anemométrico FEAR/UPF
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1. Introdução

Devido ao alto custo da eletricidade, busca-se cada vez mais a utilização de formas alternativas de energia e com isso também surge a necessidade de tornar estas fontes alternativas mais baratas e acessíveis. Neste estudo, será feita a avaliação de um coletor solar aquecedor de água plástico para que seja feita a determinação de seu rendimento, com o objetivo de verificar se este tipo de coletor é uma boa opção para o aproveitamento energético, em relação aos coletores tradicionais de chapa e tubos de cobre, que são muito mais caros.

2. Materiais e Métodos

Para a avaliação do comportamento do coletor plástico foi elaborada uma bancada que simula um sistema de instalação residencial, no qual a circulação da água é feita por convecção natural e o posicionamento do coletor é feito a fim de garantir o máximo aproveitamento de energia no inverno, por ser um período crítico de insolação.
O sistema é constituído de um coletor solar plano de plástico com 1,12 m² abastecido com uma caixa de água de 500 litros, sendo conectados com tubos de PVC com 33 mm de diâmetro.
Os dados apresentados neste trabalho necessários para o desenvolvimento dos cálculos de rendimento foram obtidos através de termopares acoplados a termômetros digitais dispostos da seguinte forma: um destes sensores na entrada de água do coletor, outro na saída e um que media a temperatura do casco superior e outro no na parte inferior. Os dados de radiação solar foram obtidos com um piranômetro Li-Cor, acoplado ao seu respectivo datalogger digital. Tal sensor foi posicionado paralelamente ao plano do coletor. Outro dado obtido foi o de ângulo de incidência solar, através de um disco graduado posicionado paralelamente ao plano do coletor.
Tais dados eram lidos de hora em hora e anotados em uma planilha que posteriormente era digitalizada em computador.
Dos dados coletados, foram selecionados aqueles que atendem as normas para avaliação de coletores solares propostas pelo método ASHRAE [1], [2] que diz que os dados de radiação para a obtenção da curva de rendimento do coletor solar devem ser maiores que 650 W/m² e não deve variar mais que 50 W/m², o fluxo de variar ao redor de 1 litro por minuto e o ângulo de incidência do raio solar não deve ser maior que 40º.

3. Resultados e Discussões

O método ASHRAE aplicado em coletores aquecedores de água planos feitos de chapas e tubos de cobre, demonstra que seu rendimento dificilmente ultrapassa os 80%, assim espera-se que o rendimento instantâneo do coletor feito de plástico e sem cobertura de vidro seja inferior ao dos coletores de metal e com cobertura.
Os resultados encontrados nesta pesquisa para o coletor plástico foram distribuídos no gráfico conforme o método ASHRAE, o qual diz que a intersecção da reta com o eixo Y é o rendimento instantâneo do coletor, assim observa-se que pelos dados encontrados, o rendimento instantâneo do coletor fica entorno de 88%, o que não uma informação coerente com as expectativas, já que um rendimento destes se espera de um coletor de metal.
Dessa forma, verifica-se o rendimento médio do coletor, fazendo-se a média aritmética dos rendimentos encontrados, ficando entorno de 51,8%.
As figuras a seguir são o resultado apresentado no Softwere SPSS, capaz de calcular a curva estimada de resposta do coletor para cada ponto analisado.

Figura 1: Dados de Saída do Softwere. Em negrito, o rendimento obtido.

Rendimento Instantâneo

MODEL: MOD_2.
_

Independent:  VAR1 = (Te-Ta)/Rad
Dependent: VAR2 = Rendimento Instantâneo (mcp(Ts-Te))/(AcRad)

ONDE:

	Te=temperatura da água na entrada do coletor (ºC)
	Ta=temperatura ambiente (ºC)
	Ts=temperatura da água na saída do coletor
m=taxa de fluxo da água (kg/s)
	cp =calor específico da água (kJ/kg)
	Rad=Radiação solar incidente no coletor
	Ac = Área da superfície do coletor.

  Dependent Mth   Rsq  d.f.       F  Sigf      b0      b1

   VAR2     LIN  ,928    10  129,73  ,000   ,8865 -148,68

Figura 2: Gráfico com os dados obtidos linearizado.

Rendimento (%)

(Te-Ta)/Rad (ºCm2/W)

4. Conclusão

Com os dados adquiridos neste trabalho, pode-se afirmar que o coletor analisado é uma excelente opção para o aproveitamento da energia solar já que apresenta um bom rendimento médio e isso aliado ao seu baixo custo, cerca de R$ 250,00, contra R$ 500,00 de um coletor metálico vem contribuir para que pessoas com menor poder aquisitivo optem por sistemas que utilizem energias renováveis.
Quanto aos dados incoerentes, seriam necessário novas baterias de testes, porém com um maior controle na coleta de dados, com um instrumento capaz de registrar os dados simultaneamente, sem necessidade de registro manual dos dados.

5. Bibliografia

[1] M. SARMIENTO, Pedro. Energia Solar – Aplicaciones e Ingenieria. Ediciones Universitárias de Valparaíso de la Universidad Católica de Valparaíso. Terceira Edição. 1995. Valparaíso – Chile.

[2] A. DUFFIE, John. A. BECKMAN, Willian, - Solar Engineering Of Thermal Process. John Wiley & Sons, INC, Seguanda Edição. 1991. Nova Yorque - EUA.