65ª Reunião Anual da SBPC

B. Engenharias - 1. Engenharia - 9. Engenharia Mecânica

ANÁLISE TEÓRICA E EXPERIMENTAL DE COLETORES SOLARES CONCENTRADORES CILINDRO-PARABÓLICOS

Victor César Pigozzo - Universidade Federal de Santa Catarina Alexandre Bittencourt de Sá - Universidade Federal de Santa Catarina Júlio César Passos - Universidade Federal de Santa Catarina

INTRODUÇÃO:

No presente trabalhou analisa-se experimental e numericamente o funcionamento de coletores cilíndro-parabólicos (CCP). A literatura especializada considera os CCP como sendo a tecnologia solar, para se obter temperaturas até 400°C, como a mais madura, desenvolvida e utilizada até então. Os CCPs podem ser utilizados para geração de eletricidade, através de um ciclo de Rankine, e para a obtenção de calor para processos industriais. Os CCPs são constituídos de uma calha com espelhos parabólicos que refletem a radiação solar concentrando-a no foco da parábola. No foco, situa-se o tubo absorvedor pelo qual escoa o fluido de trabalho que absorve o calor. Um CCP com 4 m de comprimento e 3 m de largura foi construído no LEPTEN, na UFSC, e testado no período de dezembro de 2012 a abril de 2013. A dinâmica do sistema operando sob diferentes condições de irradiação solar foi analisada a fim de se obter as curvas de desempenho do sistema. Uma metodologia para análise numérica de CCP foi desenvolvida e validada e, em seguida, feita a simulação de uma planta solar de geração de eletricidade operando no nordeste brasileiro.

OBJETIVO DO TRABALHO:

Os objetivos do presente trabalho são a análise experimental de um CCP – Concentrador Cilindro-Parabólico operando em condições reais de irradiação solar e o desenvolvimento de um modelo de simulação e a análise de um sistema com CCP operando no nordeste brasileiro.

MÉTODOS:

Uma bancada de laboratório contendo um coletor solar cilindro-parabólico, com 3 m de largura e 4 m de comprimento, foi projetada e construída. O CCP utiliza dois tubos absorvedores, com 2 m de comprimento cada, em aço inoxidável cuja superfície externa possui propriedades seletivas à radiação, com absortividade de 0,9 e emissividade de 0,08, a 80 ºC. Cada tubo absorvedor possui 70 mm de diâmetro externo e está centrado no interior de um tubo de vidro evacuado, cujo diâmetro interno mede 113 mm. A transmissividade dos tubos de vidro é igual a 0,94. Os espelhos utilizados possuem refletividade de 90% e são do tipo película adesivada coladas em chapas de aço inoxidável. Foi utilizada água como o fluido de trabalho. Medições das temperaturas do fluido e da superfície do tubo absorvedor, da vazão e da pressão permitiram a realização do balanço de energia no coletor. Foram obtidas as curvas de desempenho do sistema para diferentes condições de operação. Em paralelo, uma metodologia para análise de uma planta solar de geração de energia que utiliza a tecnologia de CCP foi desenvolvida. Através de dados meteorológicos de São João do Piauí – PI pode-se estudar o transiente de uma planta solar para alguns dias típicos.

RESULTADOS E DISCUSSÃO:

Experimentalmente, observou-se uma dependência linear do coeficiente de perda de calor em função da diferença das temperaturas do fluido e do ar ambiente. Pelo fato de o coletor ter um comprimento pequeno (L=4m) as perdas ópticas de final de linha aumentam significativamente com o aumento do ângulo de incidência, chegando a um máximo de 30% no solstício de inverno. O rendimento óptico de pico obtido foi de, aproximadamente, 44%. O principal fator que contribuiu para reduzir este rendimento foi o baixo fator de interceptação devido a imperfeições no espelho e a deformação do coletor causada por torção no eixo de giro. O modelo de simulação de uma planta solar foi validado com dados disponíveis de uma planta comercial em operação, permitindo a sua aplicação ao projeto de plantas solares do tipo CCP, com dados de irradiação solar, de temperatura ambiente e de velocidade do vento medidos em São João do Piauí – PI.

CONCLUSÕES:

Pelo fato de o coletor projetado e construído ter sido o primeiro desenvolvido no LEPTEN-UFSC, o seu projeto ainda permite melhoras, como, por exemplo, a especificação de um espelho tipo película adesivada mais resistente e também a necessidade de se alterar a estrutura da parábola para uma treliçada, como também a plataforma da base sobre a qual está montado o CCP, a fim de reduzir as vibrações da estrutura que acarretam instabilidades no sistemas tracker e de acionamento do braço mecânico. Os resultados da simulação indicam que plantas solares do tipo CCP podem se tornar, no futuro, uma opção interessante para a geração de eletricidade, na região de São João do Piauí.

Palavras-chave: Energia solar, Concentrador cilindro-parabólico, Energias renováveis.