2024

Tecnologias da Energia Solar Térmica

Nome: Tecnologias da Energia Solar Térmica
Cód.: EME10371M
6 ECTS
Duração: 15 semanas/156 horas
Área Científica: Engenharia das Energias Renováveis

Língua(s) de lecionação: Português
Língua(s) de apoio tutorial: Português, Inglês
Regime de Frequência: Presencial

Apresentação

São lecionados conteúdos relacionados com as mais avançadas tecnologias de captação e conversão de energia solar para aproveitamentos térmicos e termoelétricos. Esta é uma área fundamental para o desenvolvimento das energias renováveis e, dessa forma para um desenvolvimento sustentável.

Objetivos de Desenvolvimento Sustentável

Objetivos de Aprendizagem

O aluno deverá adquirir os conhecimentos necessários para poder configurar e  dimensionar  sistemas solares destinados a aplicações térmicas a temperaturas baixas, médias e altas.

Conteúdos Programáticos

1. Introdução e revisão


• Aplicações térmicas da energia solar e tipos de colectores solares térmicos: colector plano; colectores com concentração; colectores estacionários e com seguimento.


• Calor útil e perdas térmicas. Nível crítico de radiação. Temperatura de estagnação.


• Rendimento de um colector: rendimento óptico; rendimento térmico.


2. Propriedades ópticas dos materiais em colectores solares térmicos


• Propriedades ópticas de vidros em colectores solares. Refração. Transmissibilidade, reflectividade e absorção. Determinação da transmissibilidade em função do ângulo de incidência e do comprimento de onda.


• Propriedades ópticas de superfícies absorsoras  em colectores solares térmicos. Absorção e emissão térmica de superfícies. Revestimento de níquel negro. Revestimentos seletivos.


• Determinação do rendimento óptico de colectores. Variação do rendimento óptico com o comprimento de onda e com ângulo de incidência.


3. Análise térmica de colectores solares térmicos


• Processo de transferência de calor por condução, convecção e radiação em colectores solares térmicos (revisão).


• Coeficiente global de perdas de calor. Factor de eficiência. Factor de caudal. Factor de extração de calor.


• Determinação das perdas térmicas e do calor útil extraído. Eficiência térmica e eficiência global.


• Ligação de colectores solares térmicos em série e em paralelo. Eficiência da ligação em série/paralelo. Efeito da variação do caudal de fluido.


4. Aplicações a temperaturas baixas e médias


• Captação Solar: colectores planos e outros colectores estacionários; concentradores do tipo CPC; colectores de tubos de vácuo; utilização de tubos de calor (heat pipes).


• Configurações comuns em sistemas solares térmicos: sistemas passivos e sistemas activos. Armazenamento de calor e sistemas auxiliares. Sistemas anti-congelamento. Sistemas para aquecimento de água e de água+ar.


• Dimensionamento de sistemas solares térmicos: determinação da demanda de água quente e de aquecimento de ar; coeficiente de perdas térmicas em edifícios; método de graus.dia; fração solar.


• Água e vapor de processo. Vapor para a industria.


5. Aplicações a temperaturas elevadas


• Produção de eletricidade por via termo-solar. Sistemas cilindro-parabólicos e centrais Torre. Sistemas parabólicos com seguimento a dois eixos e com motor Stirling.


• Fluidos de trabalho: óleos térmicos; sais fundidos.


• Armazenamento e hibridização com outras fontes energéticas.


• Ciclo de Rankine. Ciclo de Rankine com reaquecimento e ciclo regenerativo (pré-aquecimento de fluido de trabalho). Eficiência do ciclo termodinâmico e eficiência global da instalação de termo-eletricidade solar. 


• Ciclo termodinâmico e rendimento do motor de Stirling.


 


Bibliografia principal:


S. Kalogirou (2009). Solar Energy Engineering. Academic Press - Elsevier.


R. Foster, M. Ghassemi, A. Cota (2010). Solar Energy - Renewable Energy and the Environment, CRC Press.


F. Kreith, J. Kreider (1978). Principles of Solar Engineering. Mcgraw-Hill.

Métodos de Ensino

Aulas teorico-práticas com exposição da matéria (teoria) e resolução de problemas, exemplos e exercícios propostos.

Avaliação

Métodos de ensino:


Aulas teorico-práticas com exposição da matéria (teoria) e resolução de problemas, exemplos e exercícios propostos.


 


Métodos de avaliação:


A avaliação consiste na realização de três trabalhos durante o semestre (T) e de um exame escrito (Ex). A nota final é determinada por NF = 0,5 T + 0,5 Ex, em que T é a média das classificações dos trabalhos.

Bibliografia

S. Kalogirou (2009). Solar Energy Engineering. Academic Press - Elsevier.


R. Foster, M. Ghassemi, A. Cota (2010). Solar Energy - Renewable Energy and the Environment, CRC Press.


F. Kreith, J. Kreider (1978). Principles of Solar Engineering. Mcgraw-Hill.

Equipa Docente (2023/2024 )