3.6 Colectores solares de tubos de v´acuo
3.6.1 Modo de constru¸c˜ao
Os colectores de v´acuo tˆem instaladas placas absorsoras, que s˜ao aplicadas como placas absorsoras planas, convexas ou cil´ındricas. Gra¸cas `a forma tubular dos colectores de v´acuo, atrav´es de uma alta compress˜ao as for¸cas que aumentam com o v´acuo s˜ao controladas. Na figura 3.9 pode ser observado o princ´ıpio de isolamento t´ermico dos tubos de v´acuo:
Figura 3.9 – Principio de isolamento t´ermico de v´acuo
Os tubos que constituem o colector de v´acuo, est˜ao ligados entre si pelo topo atrav´es, de um distribuidor ou caixa colectora, zona em que se localiza o isolamento e as linhas de alimenta¸c˜ao e retorno.
Existem no mercado dois tipos de colectores de tubos de v´acuo: - tubo colector de v´acuo de fluxo directo, figura 3.10;
3.6. COLECTORES SOLARES DE TUBOS DE V ´ACUO 39
Figura 3.10 – Colectores de v´acuo de fluxo directo
Figura 3.11 – Colectores de v´acuo de calor
Nos colectores de tubos de v´acuo de fluxo directo, o flu´ıdo de transferˆencia de calor ´e direccionado atrav´es de um sistema de tubo-entre-tubo, chamado de ”tubos coaxiais”para a base do absorsor onde flui, para a caixa colectora, aumentando a temperatura do flu´ıdo, ou flui atrav´es de um tubo em forma de U. Existem ainda variantes dos pr´oprios tubos do sistema de colector de tubos de v´acuo de fluxo directo que permitem melhorar o ganho da radia¸c˜ao do colector tais como:
- tubo Sydney; - tubo Schott.
O tubo de Sydney, consiste num duplo tubo de v´acuo selado. O bolbo de vidro interno tem um revestimento de metal e carbono sobre cobre. Neste tubo duplo de evacua¸c˜ao ´e colocada uma placa de condu¸c˜ao t´ermica em conex˜ao com um tubo em U onde ´e efectuada a transferˆencia de calor como mostrada na figura3.12.
Figura 3.12 – Colectores de v´acuo de tubo Sydney
O tubo de Schott, consiste em trˆes tubos de vidro coaxiais (inv´olucro, absorsor parcialmente revestido e interno) e n˜ao ´e utilizado metal. Neste tipo de colectores um revestimento selectivo de metal com propriedades de condutor-t´ermico, ligado a um tubo de aquecimento, ´e colocado dentro do tubo de v´acuo. O tubo de
3.6. COLECTORES SOLARES DE TUBOS DE V ´ACUO 41
aquecimento ´e preenchido com ´alcool ou com ´agua em v´acuo, que ´e evaporado para temperaturas a partir dos 25o C. O vapor que ´e criado sobe, transferindo calor por
condensa¸c˜ao atrav´es do permutador de calor para o flu´ıdo de transferˆencia de calor. O flu´ıdo condensado arrefece e volta a descer para ser aquecido novamente. Para um desempenho apropriado dos tubos estes devem ser instalados com uma inclina¸c˜ao m´ınima de 25o como mostrado na figura 3.13.
Por outro lado, o colector de v´acuo de calor tem aplicado um revestimento selectivo de metal com propriedade de condutor-t´ermico, que ligado a um tubo de aquecimento, ´e colocado dentro de um tubo de v´acuo. O tubo de aquecimento ´e preenchido com ´alcool ou ´agua em v´acuo, que ´e evaporado para temperaturas acima dos 25oC.
O vapor que ´e criado sobe, transferindo calor por condensa¸c˜ao atrav´es de um permutador de calor para o flu´ıdo de transferˆencia de calor. O flu´ıdo condensado arrefece e volta a descer para ser aquecido novamente. Este tipo de colector dever´a ser instalado com uma inclina¸c˜ao min´ıma de 25o para funcionar correctamente.
Este tipo de colector, apresenta diversas vantagens apresentadas a seguir:
- boa eficiˆencia, mesmo com elevadas diferen¸cas de temperatura entre o absorsor e o meio envolvente;
- boa eficiˆencia para baixos n´ıveis de radia¸c˜ao;
- suporta cargas t´ermicas com mais eficiˆencia do que os colectores planos;
- possibilidade de utiliza¸c˜ao em sistemas de ar condicionado e produ¸c˜ao de vapor pois, tˆem capacidade de atingir elevadas temperaturas;
- apresentam baixo peso;
- atrav´es da afina¸c˜ao das placas absorsoras, na montagem ou em f´abrica, estas podem ser alinhadas na direc¸c˜ao do sol;
- os colectores de tubos de fluxo-directo, podem ser montados horizontalmente num telhado plano, apresentado assim menores perdas t´ermicas, devido ao vento e menores custos de instala¸c˜ao.
H´a ainda no mercado a variante plana dos colectores de v´acuo. O seu modo de constru¸c˜ao ´e o mesmo dos colectores planos standard. A grande diferen¸ca reside no isolamento t´ermico que ´e efectuado com um v´acuo de 10/m−1 para 10/m−3 bar, em
3.6. COLECTORES SOLARES DE TUBOS DE V ´ACUO 43
vez de ser usada, a fibra natural dos colectores solares convencionais realizado em fibra natural ou espuma de poliuretano. A grande vantagem deste colector solar, ´e que este reduz as perdas t´ermicas por convec¸c˜ao. Este colector ´e ”preenchido”com cripton a 50 mbar de modo a reduzir as perdas t´ermicas atrav´es da conduc¸c˜ao. Este colector fica assim, sujeito a grandes for¸cas causadas pela diferen¸ca de press˜ao entre a press˜ao exterior e interior. Para tal, os elementos de suporte s˜ao encaixados entre a base da caixa e a cobertura de vidro. Devido a este facto, existem furos no absorsor. Ainda assim, o v´acuo deste tipo de colectores ´e significamente inferior ao v´acuo dos colectores de tubos de v´acuo. Para este tipo de colector ser instalado ´e necess´ario instalar uma linha de v´acuo para que o colector seja re-evacuado quando necess´ario. Pelos motivos apresentados, este tipo de colector apresenta diversas vantagens mas ainda assim existem algumas desvantagens. As vantagens apresentadas s˜ao:
- boa eficiˆencia, mesmo com elevadas diferen¸cas de temperatura entre o absorsor e o meio envolvente;
- boa eficiˆencia para baixos n´ıveis de radia¸c˜ao;
- suporta cargas t´ermicas com mais eficiˆencia do que os colectores planos;
- possibilidade de utiliza¸c˜ao em sistemas de ar condicionado e produ¸c˜ao de vapor pois, tˆem capacidade de atingir elevadas temperaturas;
- apresentam baixo peso;
- atrav´es da afina¸c˜ao das placas absorsoras, na montagem ou em f´abrica, estas podem ser alinhadas em direc¸c˜ao ao sol;
- os colectores de tubos de fluxo-directo, podem ser montados horizontalmente num telhado plano, apresentado assim menores perdas t´ermicas, devido ao vento e menores custos de instala¸c˜ao.
Como desvantagens s˜ao apresentados os seguintes argumentos:
- mais caro do que um colector plano;
- n˜ao podem ser usados para instala¸c˜oes horizontais no caso dos sistemas de tubos de calor pois para funcionarem correctamente dever˜ao ter uma inclina¸c˜ao min´ıma de 25o;
- Para colectores solares de v´acuo planos, ´e necess´ario uma linha de v´acuo.
´
E necess´ario ap´os encontrar o meio de aquecimento de ´agua, seleccionar o dep´osito para o armazenamento da ´agua aquecida.