SISTEMA DE APROVEITAMENTO DE LUZ SOLAR PARA GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA COM VAPOR

Resumo—Este artigo apresenta conceitos básicos para a elaboração de um modelo que torna possível a utilização da luz solar, convertendo-a em vapor, para posterior geração de energia elétrica. A energia heliotérmica é abundante, gerada pelo sol. O objetivo é preparar o artigo em português aceito para apresentação da disciplina de Projeto Interdisciplinar, na Sociedade Educacional de Santa Catarina, e posteriormente um aprofundamento da pesquisa para desenvolvimento desta tecnologia localmente.[pic 1]

 Palavras-chave— Solar, energia elétrica, heliotérmica, vapor, sol.

1. INTRODUÇÃO

O

 artigo busca exemplificar e desenvolver um sistema capaz de transformar água em seu estado natural em vapor utilizando a energia solar (heliotérmica) como fonte de aquecimento, e que o uso do vapor produzido possibilite a produção de energia elétrica. A procura de novas tecnologias para produção de energia elétrica vem aumentando, principalmente por fontes limpas e que não emitam gases e degradem o ambiente. A energia solar além de limpa e sustentável é gratuita e inesgotável.  Por isso o número de pesquisas nessa área vêm se ampliando e se mostrando viáveis.

1. OBJETIVO GERAL

Desenvolver um sistema de tecnologia nacional para possibilitar a produção de vapor d’água utilizando exclusivamente a energia solar.

 

1. OBJETIVO ESPECÍFICO

1. Desenvolver um equipamento que produza vapor utilizando a energia solar;
2. Utilizar concentradores como coletor de irradiação solar na produção de vapor e um boiler de aço que suporte pressões elevadas;
3. Estipular o tempo de produção do vapor d’água pela irradiação solar;
4. Analisar os resultados objetivos nos testes.
5. Analisar se é possível produzir energia elétrica com o vapor produzido.

1.  DISPONIBILIDADE ENERGÉTICA SOLAR

Nas últimas décadas cresceu o interesse pela radiação solar, principalmente depois da crise do petróleo de 1973, onde a energia solar recebeu grande impulso dos Estados Unidos e da Europa como possível fonte energética alternativa, reduzindo a necessidade dos combustíveis tradicionais a exemplo dos combustíveis fosseis. O interesse nesse tipo de energia na atualidade é de extrema importância, pois as condições climáticas vêm se agravado devido à dependência dos recursos energéticos tradicionais. Esse interesse levou pesquisas referentes ao mapeamento da incidência solar no planeta.

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Figura 1: Fonte: MAGNOLI, D.; SCALZARETTO. R. Geografia, espaço, cultura e cidadania. São Paulo: Moderna, 1998. v. 1. (Adaptado)

Disponibilidade energética solar no Brasil

Para desenvolver uma caldeira solar será necessário conhecer a disponibilidade energética solar do nosso país. Contudo foi feita uma pesquisa referente a esse contexto no período de 1997 a 2015, mês a mês, pelo trabalho cooperativo entre o INPE e pesquisadores de várias instituições no Brasil: a Universidade Federal de São Paulo (UNIFESP), a Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), a Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR) e o Instituto Federal de Santa Catarina (IFSC).

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Figura 2: Incidência da irradiação solar , média anual, Fonte: Atlas Brasileiro Energia Solar, 2ª. Ed. , INPE

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Figura 3: Incidência da irradiação direta normal, Fonte: Atlas Brasileiro Energia Solar, 2ª. Ed. , INPE

Embasado nesse estudo é possível conhecer os dados necessários através do (Atlas de Irradiação Solar do Brasil), que fundamenta este trabalho. Os dados podem ser observados nas tabelas da figura 2 e figura 3.

1. DESCRIÇÃO DOS COMPONENTES ENVOLVIDOS

1. Concentrador solar

O modelo de concentrador solar cônico, que utilizou para a fabricação do equipamento uma chapa de metal de alta refletividade, moldada em formato de cone. O princípio de funcionamento desse tipo de equipamento é concentrar os raios solares na linha concêntrica no interior do cone, como ilustrado na Figura 3.

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Figura 3. Concentrador cônico. (SHARAF, 2002).

 

Segundo os testes realizados por SHARAF (2002) em Cairo (Egito), conseguiu-se que a água atingisse a temperatura de 100°C com um concentrador de cone de 30° de abertura em 20 minutos. Esse tipo de concentrador apresenta grande vantagem para o aquecimento de pequenas proporções em que se deseja obter baixas temperaturas, pois este instrumento apresenta baixo custo de fabricação, facilidade de construção e alta eficiência

Esse equipamento como já foi dito, utilizará concentrador solar, que dispõem de uma estrutura leve e sistema de movimentação em todos os sentidos, o que facilitará o acompanhamento do Sol.

Tem como princípio básico da refração luminosa concentrada em um determinado ponto, possível de se obter por intermédio de espelhos côncavos. A água é transportada exatamente para o ponto onde é formado o foco do espelho (Ponto F), onde a luz refletida é concentrada toda em um único ponto, tornando possível o aquecimento da água.

O funcionamento do concentrador parabólico é simples, onde os raios paralelos que incidem na superfície de captação são refletidos para a região focal. É chamado de região focal porque os raios solares são difratados e sendo assim impossível a formação de um único ponto no foco. A Figura 4 ilustra a disposição dos raios solares sendo convergidos para a região focal do concentrador usado.

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Figura 4: Refração luminosa em espelho côncavo, Fonte: http://fisicanoja.blogspot.com/2009/10/5-espelhos-concavos.html

Também é possível o uso de lentes convergentes para o aquecimento da água, pois a lente também possui um Foco onde a luz é centralizada.

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Figura 5: Refração luminosa em uma lente convexa, Fonte: https://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Lente_convexa.png

Outra alternativa já utilizada também refletores usados em usinas heliotérmicas, mostrados na figura 6. E Figura 7, onde seu princípio de funcionamento se baseia no direcionamento de vários espelhos com um foco em comum para todos, que são direcionados de tal forma para que esta comunicação de seus focos ocorra.