O objetivo final deste trabalho foi desenvolver um modelo de cálculo utilizando a ferramenta de cálculo Microsoft Excel®, que permitisse calcular parâmetros da equação de rendimento como o coeficiente de perdas de calor e o rendimento ótico para qualquer coletor de cobertura simples.
Estes parâmetros são condicionados pelas características construtivas e pelas características óticas da cobertura e da placa absorsora.
Os materiais mais utilizados em coletores solares térmicos são o cobre e o alumínio. Para a cobertura é mais utilizado o vidro temperado e para o isolamento a lã de rocha ou a lã de vidro.
O cobre e o alumínio são materiais com condutividades elevadas e são muito utilizados para o absorsor.
Os coletores de cobertura dupla apresentam menos perdas de calor em relação aos coletores de cobertura simples, devido principalmente à existência de mais uma cobertura que permite que a radiação de grande comprimento de onda (infravermelhos) emitida pela placa absorsora, não se perca para o exterior tão facilmente como nos coletores de cobertura simples.
O fator de eficiência da alheta F’ explica a eficiência com que a energia térmica é transmitida do absorsor para o fluido circulante. Este fator é mais elevado em coletores de lâmina de água, pois permite um fluxo uniforme do fluido entre as placas havendo uma transmissão de energia térmica mais eficaz. No entanto, devido a problemas em condições de pressão é necessário adotar outras configurações próximas de absorsores em lâmina de água.
Verifica-se que coletores com absorsores de emissividades mais elevadas (>0,60) apresentam um coeficiente de perdas de calor maiores. Coletores com absorsores com elevada absortividade e coberturas com elevada transmissividade apresentam rendimentos óticos
maiores.
Coletores com absorsores de materiais pouco condutores têm rendimentos óticos mais baixos e para materiais com condutividades superiores a 220 W/mK o rendimento ótico é pouco alterado.
Coletores com absorsores de maior espessura apresentam maiores rendimentos óticos pois a eficiência da alheta é superior, isto é, mais calor é aproveitado e conduzido ao fluido circulante. Pelo contrário, coletores com absorsores mais finos apresentam rendimento mais baixos.
Quanto à distância entre tubos, verifica-se que para distâncias maiores o rendimento ótico F’η0
baixa consideravelmente. Pelo contrário, quanto menor a distância entre tubos a energia térmica acaba por ser mais aproveitada.
Para maiores valores de coeficiente de transferência de calor no interior dos tubos hfi o
rendimento ótico vai aumentando gradualmente bem como o fator de eficiência da alheta, isto porque mais calor é transferido para o fluido circulante.
Quanto maior a velocidade do vento Vw maior serão as perdas de calor por convecção pelo
coletor e seu rendimento ótico diminui pois já não se verifica um aquecimento tão elevado da cobertura do coletor, reduzindo o efeito da absorção solar no coletor.
A escolha da equação para o cálculo do coeficiente de convecção exterior hw pertence a
McAdams (1954) que apresenta uma diferença média de em relação aos valores obtidos em ensaio de 0,061 e para o de 0,988 W/m2K. Para estes cálculos foram utilizados sete coletores escolhidos aleatoriamente.
Os valores de calculados apresentam uma boa aproximação aos resultados obtidos em ensaio, Klein (1975) e Akhtar e Mullick (1999) apresentam as menores diferenças médias de 0,038. No entanto para os valores de os autores Malhotra et al. (1981) apresentam uma menor diferença média de 0,633 W/m2K. O algoritmo escolhido para o cálculo de e pertence a Malhotra et al. (1981).
As menores diferenças no caso do rendimento ótico devem-se à boa aproximação dos valores de absortividade (α) medidos e aos valores de transmissividade (τ) fornecidos. O fator de eficiência F’ é calculado tendo em conta o parâmetro de perdas de calor UL, daí a escolha do autor
utilizado no modelo de cálculo (Malhotra et al. (1981)) depender mais dos resultados obtidos de para além de apresentarem diferenças mais significativas em relação às de .
Os valores calculados para a capacidade térmica apresentam-se, para quase todos os coletores, muito abaixo dos valores obtidos em laboratório, havendo diferenças que chegam a 22,97 kJ/K. É importante haver estudos posteriores em que se percebam as diferenças encontradas e se possam justificar.
Na linha deste trabalho seria interessante desenvolver no futuro um modelo de cálculo do modificador de ângulo de modo a perceber-se a influência do ângulo de incidência da irradiação solar no rendimento do coletor. Para além disto seria interessante também estudar estes parâmetros em coletores de tubo de vácuo.
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