Tecnologias da Energia Solar Térmica
Apresentação
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.
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
- Paulo Manuel Ferrão Canhoto [responsável]
