guia de orientacao para a utilizacao das energias renovaveis

NDICEINTRODUO I I.I I.II I.III I.IV II II.I II.II II.III II.IV II.V III III.I III.II IV V VI ENERGIA Energia Solar Energia Elica Biomassa Energia Geotrmica TECNOLOGIAS DE ENERGIAS RENOVVEIS Energia Solar Trmica Activa Energia Fotovoltaica Micro-elica Energia da Biomassa Biomassa Slida Energia Geotrmica Bombas de calor INTEGRAO DE ENERGIAS RENOVVEIS Metodologia de avaliao e acompanhamento Impacto do projecto no mix-energtico da empresa CONCLUSES BIBLIOGRAFIA ANEXO 13 19 24 27 32 34 37 39 53 61 63 65 69 72 80 83 89 95

FICHA TCNICA Ttulo Guia de Orientao para a Utilizao das Energias Renovveis nas Empresas Coordenao e Edio AIMinho Associao Empresarial Av. Dr. Francisco Pires Gonalves, 45 Ap. 99 | 4711-954 Braga Tel.: +351 253 202 500 | Fax.: +351 253 276 601 www.aiminho.pt Elaborao e Execuo de Contedos SOLUCIONA Sistemas Integrados de Gesto, Lda. Local de Edio Braga Data de Edio Maio de 2010 Design Grfico e Produo lkcomunicao Tiragem 300 exemplares Depsito Legal 310004/10 ISBN 978-972-99502-7-8

NDICE DE IMAGENS

DAS ENERGIAS RENOVVEIS NAS EMPRESAS 9

- Radiao solar difusa, directa e global [Ixus, 2008] - Influncia da nebulosidade [Ixus, 2008] - Variao da radiao medida, em Lisboa, numa placa horizontal de 1m2 [Greenpro, 2004] - Variao do peso relativo da radiao difusa ao longo do ano em Lisboa [Greenpro, 2004] - Nmero mdio anual de horas de insolao e quantidade total da radiao solar por m2 para Portugal continental [R. Aguiar, 1998] Figura 6 - Dependncia entre algumas formas de energia e a energia solar [Ixus, 2008] Figura 7 - Exemplo de uma turbina de 1,5 MW Figura 8 - Valores da velocidade do vento para Portugal Continental, a 10 m de altura [Atlas do Vento, INETI] Figura 9 - Orientao predominante do vento para Portugal Continental, a 10 m de altura [Atlas do Vento, INETI] Figura 10 - Efeito de um obstculo nas caractersticas do vento [Atlas do Vento, INETI] Figura 11 - Curva da variao da potncia em funo da velocidade do vento para uma dada turbina ou aerogerador [www.eole.org] Figura 12 - Representao grfica dos processos de transformao de energia numa turbina ou aerogerador elica [R. Castro, IST 2005] Figura 13 - Registo de um anemmetro durante um dia [R. Castro, IST 2005] Figura 14 - Registo de um anemmetro durante uma semana [R. Castro, IST 2005] Figura 15 - Registo de um anemmetro durante um ms [R. Castro, IST 2005] Figura 16 - Mapas de disponibilidade de biomassa florestal, localizao das centrais termoelctricas existentes e previstas [DGGE, 2006] Figura 17 - Processos de valorizao energtica da biomassa [EnerSilva, 2006] Figura 18 - Instalao solar bsica [Caleffi, 2006] Figura 19 - Instalao solar bsica com by-pass modulante [Caleffi, 2006] Figura 20 - Instalao solar com regulador de temperatura e permuta externa [Callefi, 2006] Figura 21 - Instalao solar com regulao de temperatura diferencial e duplo depsito de acumulao [Callefi, 2006] Figura 22 - Elementos constituintes de um colector plano (vista de perfil) [INETI, 2004] Figura 23 - Aspecto geral de um colector plano [ISQ, 2007] Figura 24 - Esquema de funcionamento de um colector plano do tipo CPC [INETI, 2004] Figura 25 - Painis do tipo CPC associados em srie [Callefi, 2006] Figura 26 - Esquema de um tubo de vcuo e respectivos elementos [Callefi, 2006] Figura 27 - Esquema de um painel de tubos de vcuo [Callefi, 2006] Figura 28 - Imagem de um painel solar de colectores de vcuo [Callefi, 2006] Figura 29 - Imagem de painis de vcuo em srie [Callefi, 2006] Figura 30 - Associao em srie de painis trmicos solares [ISQ, 2007] Figura 31 - Associao em paralelo de painis trmicos solares [ISQ, 2007] Figura 32 - Associao em paralelo de canais de painis trmicos solares [ISQ, 2007] Figura 33 - Bateria de canais de painis trmicos solares [ISQ, 2007]

Figura 1 Figura 2 Figura 3 Figura 4 Figura 5

24 24 25 25 26 27 28 29 29 29 30 31 31 31 31 32 33 40 41 41 42 44 44 46 46 47 47 47 47 48 48 49 49

GUIA DE ORIENTAO PARA A UTILIZAO 10

Figura 34 - Exemplo de um esquema industrial na produo de vapor [Smartprocess, 2007] Figura 35 - Exemplo de um esquema industrial para a gerao de vapor com retorno de condensados [Smartprocess, 2007] Figura 36 - Esquema de funcionamento de uma clula fotovoltaica [Ixus, 2008] Figura 37 - Imagens de clulas monocristalinas com diferentes formas [www.siemens.pt] Figura 38 - Imagens de clulas policristalinas sem tratamento anti-reflexo, com tratamento anti-reflexo e com tratamento anti-reflexo e filamentos elctricos [www.siemens.pt] Figura 39 - Materiais e aplicaes fotovoltaicas [Ixus, 2008] Figura 40 - Clula, mdulo e painel fotovoltaico [Ixus, 2008] Figura 41 - Associao em srie de mdulos em srie [Ixus, 2008] Figura 42 - Associao em paralelo de mdulos em srie [Ixus, 2008] Figura 43 - Curva caracterstica de uma clula fotovoltaica (ou de um mdulo) [www.Siemens.pt] Figura 44 - Variao da intensidade e da tenso de corrente numa clula ou de um mdulo em funo da radiao solar [www.siemens.pt] Figura 45 - Variao da potncia e da tenso de corrente numa clula ou de um mdulo em funo da radiao solar [www.siemens.pt] Figura 46 - Tipos de instalaes fotovoltaicas e aplicaes [Ixus, 2008] Figura 47 - Esquema de uma instalao fotovoltaica para funcionar em CC [Ixus, 2008] Figura 48 - Configurao possvel de uma instalao fotovoltaica para funcionar em CC e 24 V [Ixus, 2008] Figura 49 - Esquema de uma instalao fotovoltaica que alimenta cargas em C.C. e C.A. [Ixus, 2008] Figura 50 - Instalao fotovoltaica tpica e respectivos componentes [Ixus, 2008] Figura 51 - Instalao fotovoltaica tpica e respectivos componentes [Ixus, 2008] Figura 52 - Turbinas elicas de eixo vertical ( Esq.) e de eixo horizontal (dir.) [www.eole.org] Figura 53 - Instalao com gerao de energia elctrica por pequena elica e painis fotovoltaicos [Ixus, 2008] Figura 54 - Exemplos de pellets de vrias granulometrias e de outros derivados da biomassa slida. Figura 55 - Pormenor do sistema de alimentao automtico de pellets numa caldeira. Figura 56 - Princpio de funcionamento de uma mquina frigorfica e de uma bomba de calor [R. Anacleto, DGE 1995] Figura 57 - Esquema de funcionamento de uma bomba de calor [R. Anacleto, DGE 1995] Figura 58 - Esquema de funcionamento de uma bomba de calor [R. Anacleto, DGE 1995] Figura 59 - Diferentes formas de colocao do tubo de circulao do fludo trmico, para a permuta de calor com o solo [www.egec.org] Figura 60 - Fluxograma da metodologia proposta para a implementao de energias renovveis em actividades industriais Figura 61 - Objectivos especficos da etapa de tipificao da necessidade e/ou avaliao do potencial disponvel Figura 62 - Objectivos especficos da etapa de caracterizao energtica global e local Figura 63 - Fluxograma do processo da caracterizao energtica global Figura 64 - Fluxograma para a avaliao do potencial energtico renovvel Figura 65 - Aspectos das condies de projecto a definir nos estudos detalhados Figura 66 - Aspectos tcnicos que devero ser considerados nos estudos detalhados Figura 67 - Tipos de custo a considerar na avaliao final da viabilidade tcnico-econmica Figura 68 - Mix - energtico de uma determinada instalao

52 53 53 54 54 55 55 56 56 57 57 57 58 59 59 60 60 60 61 63 64 64 65 65 66 67 73 74 75 75 77 78 79 79 80



INTRODUO


INTRODUO consensual entre instituies internacionais como a Unio Europeia (EU), a Organizao para a Cooperao e Desenvolvimento Econmico (OCDE), o World Energy Council (WEC) e a Agncia Internacional de Energia (IEA) que as polticas energticas devero ter como orientao trs grandes princpios: - segurana no abastecimento energtico, com eficincia e equidade; - garantia de qualidade e de preo para suporte da competitividade econmica; - minimizao dos impactes ambientais, ao longo de toda a cadeia energtica. A aplicao destes princpios em cada pas conduzir ao desenvolvimento de uma poltica energtica e respectivas linhas estratgicas de actuao, que sero o reflexo do seu prprio desenvolvimento no contexto energtico. Pode-se, no entanto, afirmar que a necessidade de melhorar o desempenho ambiental dos sistemas energticos, bem como o aproveitamento das energias renovveis, so tarefas que exigem trabalho idntico na maioria dos pases industrializados. A utilizao de energias renovveis e o incremento da eficincia dos sistemas energticos assumem particular importncia, em qualquer poltica energtica dos dias de hoje, porque esto intimamente ligadas aos trs princpios referidos anteriormente e sua concretizao. Neste contexto, a divulgao de informao sobre as tecnologias de energias renovveis e a disseminao dos resultados obtidos em casos reais so, tambm, contributos fundamentais para uma aplicao mais generalizada deste tipo de tecnologia no sector transformador.


Com a elaborao do presente guia, pretende-se contribuir para uma maior receptividade na integrao das energias renovveis nos processos industriais e para uma maior familiarizao com as respectivas tecnologias. A opo por efectuar uma descrio mais pormenorizada dos aspectos tcnico-cientficos e tecnolgicos tem como objectivo contribuir para um dilogo mais efectivo com as empresas a operar no sector, genericamente designado de energias renovveis. Outro motivo que assistiu esta opo foi o da complexidade que, em geral, ocorre na integrao de solues de energia renovveis em processos e linhas de produo j existentes. Essa complexidade advm, fundamentalmente, de dois tipos de factores: a energia obtida atravs da fonte renovvel muitas vezes no suficiente para permitir o abandono da fonte de energia tradicional. Assim, neste tipo de projecto ter que ser equacionado o processo pelo qual ocorrer a complementaridade da fonte de energia renovvel com a fonte tradicional; a necessidade de assegurar a utilizao da energia de origem renovvel no tipo de equipamentos existentes. Por ltimo, salienta-se a opo de abordar as formas de energia renovvel que, actualmente, renem condies de viabilidade tcnico-econmica para a sua aplicao num contexto industrial, devido maturidade tecnolgica das respectivas solues. Este documento encontra-se dividido em trs partes essenciais: na primeira parte, captulo I, encontram-se descritas as principais caractersticas dos diferentes tipos de energias renovveis, bem como os principais conceitos associados ao conhecimento sobre energia; no captulo II so apresentadas, para cada tipo de energia renovvel, as principais tecnologias existentes, o seu princpio de funcionamento, condies de aplicabilidade e exemplos da sua utilizao. por ltimo, no captulo III, apresentada uma metodologia para a implementao de energias renovveis, tendo como objectivo o estabelecimento de uma abordagem sistemtica das questes inerentes aos projectos de implementao e integrao destas tecnologias em processos industriais. Ao longo do texto, so apresentados alguns exemplos de aplicao em situaes concretas e respectivos dados tcnico-financeiros. Em anexo, encontram-se endereos electrnicos de instituies nacionais com responsabilidades neste domnio, onde possvel obter informao de carcter diverso. Tambm em anexo indicada a legislao mais recente no mbito das energias renovveis, designadamente no que respeita ao licenciamento de instalaes fotovoltaicas e obteno do estatuto de produtor consumidor.

ENERGIA


I. ENERGIAA compreenso e definio de energia foram, nos primrdios da cincia, tarefas de difcil consenso, devido s suas caractersticas nicas. A energia , de facto, algo que no se v, no tem cheiro e no palpvel, sendo apenas perceptveis os seus efeitos. Ainda hoje, para o comum dos cidados, o conceito de energia algo de estranho e ambguo. A existncia de diversas formas de manifestao de energia e a possibilidade de se transformarem umas nas outras so caractersticas que, historicamente, dificultaram a obteno de uma definio. Hoje em dia, possvel definir energia como a capacidade de efectuar trabalho. Em 1847, o britnico James Joule efectuou um conjunto de trabalhos que permitiu demonstrar que o calor , tambm, uma forma de energia e, mais tarde, fundamentar a Lei da Conservao de Energia que diz o seguinte: numa transformao, a energia no criada nem destruda, sendo apenas alterada a sua forma. Consideremos, como exemplo, a energia das pilhas de uma lanterna. Quando ligamos a lanterna, a energia qumica armazenada na pilha transformada em energia elctrica que, por sua vez, transformada em luz (ver caixa de texto).

Neste caso, a utilizao do termo luz justifica-se porque o filamento da lmpada, ao ser percorrido pela energia elctrica, ir emitir radiaes electromagnticas com um comprimento de onda que as tornam visveis ao olho humano. Por este facto, estas radiaes so designadas por radiaes do visvel.Outro exemplo de vrias transformaes energticas o da energia elica que, atravs de equipamentos prprios, transformada em energia mecnica (como no caso dos velhos moinhos) ou em energia elctrica (no caso das turbinas elicas). Alm das diversas formas e tipos que pode assumir, a energia tem diversas origens. Em funo do critrio considerado, a energia poder ser classificada de formas diferentes. Assim, no que respeita sua fonte podemos classificar uma energia como energia primria ou energia secundria.


Uma energia diz-se primria, quando a sua fonte ocorre de forma natural na natureza, sendo exemplos o sol, o carvo, o vento ou o petrleo bruto. Como energia secundria entende-se todas as formas de energia cujas fontes so obtidas por transformao de uma energia primria, como so os casos da energia elctrica, da energia mecnica, etc. Ainda em relao s energias primrias, estas podem ser classificadas como energias renovveis ou no renovveis. No caso das primeiras, as suas fontes so continuamente disponibilizadas pela natureza, como o caso do sol, do vento ou do calor da terra. Por oposio, no caso das energias no renovveis, a sua fonte comea a ter uma disponibilidade limitada, devido ao desequilbrio entre a taxa de consumo e a velocidade da sua formao. A situao mais evidente a dos combustveis fsseis (carvo, gs natural e petrleo bruto). Refira-se que o urnio tambm considerado uma fonte de energia no renovvel. Tendo em considerao os efeitos que produz ou os fenmenos que lhe esto associados, podem distinguir-se vrias formas de energia: - Energia qumica - as ligaes moleculares comportam uma determinada quantidade de energia, que varia consoante a natureza dos tomos envolvidos. energia que provem da ruptura ou formao destas ligaes d-se o nome de energia qumica; - Energia elctrica - os corpos so constitudos por partculas, denominadas de tomos. Estes, por sua vez, so compostos por partculas ainda mais pequenas: protes e neutres, que formam o ncleo do tomo e electres que circulam volta daquele. transferncia de electres entre tomos, estabelecendo, assim, um fluxo ordenado de electres, d-se o nome de energia elctrica; - Energia solar - energia que provm do aproveitamento da radiao solar. Para produzir somente energia elctrica, existem os sistemas solares fotovoltaicos. Para produo de gua quente utilizvel nos edifcios ou nas centrais termoelctricas clssicas para accionamento das turbinas e consequente produo de electricidade, tem-se a energia solar trmica; - Energia elica - a energia elica traduz-se numa forma de produo de energia atravs da aco do vento. A energia cintica do vento pode ser transformada em energia mecnica e, em seguida, em energia elctrica; - Energia hdrica - consiste no aproveitamento dos cursos de gua para produzir energia elctrica. Por meio de barragens, represa-se a gua, que depois canalizada para condutas muito inclinadas onde ganha grande acelerao, indo accionar turbinas que geram electricidade.

Qual a importncia da Lei da Conservao de Energia? Permitiu identificar que, ao longo de um processo de transformao energtica, uma parte deixa de ser utilizvel, porque perdida para o meio envolvente mas no desaparece. Assim, ao ser fornecida energia a um determinado sistema, parte dessa energia energia til ir ser consumida para realizar o trabalho pretendido, enquanto que outra parcela, que no vai realizar trabalho til, dissipada - energia dissipada. A soma destas duas energias corresponder energia total fornecida ao sistema. Exemplo:

No exemplo aqui apresentado, queima de lenha (biomassa) para promover o aquecimento de um determinado espao, a energia total fornecida ao sistema corresponde energia qumica existente na lenha utilizada e energia dissipada, a qual se traduz na soma da energia luminosa e trmica (nos gases resultantes da queima). A energia til corresponde apenas parcela que efectivamente ir provocar um aumento da temperatura da massa de ar existente no espao.


Quais as unidades em que se expressa a energia? A unidade de energia do Sistema Internacional (S.I.) o Joule (J), em homenagem do cientista britnico. A sua definio est intimamente ligada ao conceito de potncia. Entende-se como potncia (P) a quantidade de energia (expressa em Joules) dispendida por unidade de tempo (s). A unidade do S.I. para a potncia o Watt (W), em homenagem ao cientista, tambm britnico, James Watt. Pode-se, assim, escrever que : Potncia (W) = Energia dispendida (J) Tempo (s) ou que: Energia (J) = Potncia (W) * Tempo (s) A energia pode ser expressa noutras unidades que no o Joule, como, por exemplo, calorias (cal), British Thermal Unity (BTU) ou Watt hora (Wh). A correspondncia entre cada uma pode ser obtida em vrias publicaes da especialidade ou no site da Agncia Nacional de Energia ADENE. (www.adene.pt).

Uma outra unidade de energia muito utilizada a caloria (cal). Por definio 1 cal corresponde quantidade de energia necessria para elevar a 1C a temperatura de 1 g de gua. A relao idntica quando consideramos a quilo caloria (kcal). Assim 1 Kcal a quantidade de energia necessria para elevar a 1C a massa de 1 kg de gua. Este valor (1 kcal) corresponde ao designado calor especfico da gua. 1 caloria corresponde a 4,187 joules

A expresso utilizada para o clculo da necessidade de energia para promover o aumento de temperatura de uma determinada massa de uma substncia Q = m.cp.T em que: Q quantidade de energia necessria m quantidade de massa (kg); cp calor especfico da substncia (kcal/kg C ou KJ/kg C)

A massa especfica de uma substncia a quantidade de energia necessria para elevar de 1C a temperatura de uma massa de 1 Kg dessa substncia. No caso da gua, esse valor de 1 Kcal. Assim, se 1 kg de gua estiver temperatura de 14 C, a quantidade de energia necessria para que a sua temperatura seja de 15C de 1 Kcal (4,187KJ).


I.I. ENERGIA SOLARO sol , no seu centro, um imenso reactor nuclear de fuso, onde os ncleos dos tomos de hidrognio se fundem para originarem tomos de hlio. Neste processo, ocorre a emisso radiao de quantidades muito elevadas de energia. Se considerarmos uma superfcie perpendicular direco Sol - Terra, colocada fora da atmosfera terrestre, ento a energia que chegaria a essa superfcie seria de 1373 W/m2 (valor mximo de energia solar, expresso em watts, por m2). Este valor pode sofrer alguma alterao mas pouco significativa. A radiao disponvel superfcie terrestre chamada de radiao global, sendo constituda por duas componentes: a radiao directa e a radiao difusa. A soma das duas corresponde radiao global que a utilizada, na maioria das situaes, para avaliao do potencial de energia solar disponvel num determinado local. A radiao directa corresponde fraco de radiao solar que atinge a terra sem qualquer mudana de direco. A radiao difusa, pelo contrrio, chega aos olhos do observador atravs da difuso, nas molculas de ar e partculas de p, da radiao reflectida pelos vrios objectos existentes na superfcie terrestre e por esta prpria. Na figura 1 apresenta-se, de forma esquemtica, a ocorrncia das radiaes difusas e directas. A radiao global nas zonas habitadas pelo homem tem um valor aproximado de 1000 W/m2. Outro factor que influencia, de forma decisiva, a disponibilidade de radiao solar (depois da latitude) a nebulosidade ou, de forma mais genrica, o estado do cu. A energia irradiada, tal como a quantidade de radiao difusa e directa, ir variar em funo da nebulosidade. A figura 2 indica, de forma qualitativa, a variao dos valores da radiao global, num ponto da superfcie terrestre, em funo da nebulosidade. A radiao a propagao de energia por meio de ondas e/ou partculas, num determinado espao. Todos os corpos tm a capacidade de absorver e emitir radiaes em determinados intervalos do comprimento de onda (sendo desse balano que resulta a sua cor, por exemplo). Um corpo negro, pelo contrrio, tem a capacidade de absorver ou emitir radiaes electromagnticas de todos os comprimentos de onda e com uma eficincia de 100%. Trata-se, portanto, de um conceito terico. A aplicao deste conceito ao sol e terra, permite explicar vrios fenmenos associados s radiaes electromagnticas, podendo-se concluir que o sol e a terra tm um comportamento idntico ao de um corpo negro.

Figura 1- Radiao solar difusa, directa e global [Ixus,2008] Figura 2 Influncia da nebulosidade [Ixus, 2008]


Devido inclinao do eixo da terra, os dias de Vero so maiores do que os dias de Inverno, bem como as alturas que o sol atinge (altura solar) so mais elevadas nos meses de Vero do que nos de Inverno. Na figura seguinte, a ttulo de exemplo, apresenta-se a variao da radiao durante um dia na cidade de Lisboa, numa placa horizontal de 1 m2 para quatro dias do ano. A sua anlise permite concluir que a radiao solar, entre o Vero e o Inverno, varia segundo um factor de 4. Tendo ainda como exemplo a cidade de Lisboa, verifica-se que, em mdia, a radiao difusa 40% da radiao global. ainda de referir que, nos meses de Inverno, este valor aumenta.

Figura 3 Variao da radiao medida, em Lisboa, numa placa horizontal de 1m2 [Greenpro, 2004]

O comportamento descrito idntico para qualquer ponto do pas. Salienta-se, ainda, que os valores de radiao observados no continente no diferem de forma significativa, devido pequena variao da latitude ao longo desta regio do pas.

Figura 4 Variao do peso relativo da radiao difusa ao longo do ano em Lisboa [Greenpro, 2004]


Para os aproveitamentos de energia solar, alm de dever ser conhecido o valor da radiao global, tambm importante saber o nmero de horas de sol, normalmente designado por horas de insolao. S com estes dois dados ser possvel determinar o potencial energtico solar de um determinado local, no considerando, porm, factores especficos, como por exemplo, os sombreamentos existentes. Nas figuras seguintes indicam-se, para o continente, a quantidade total de radiao solar e o nmero de horas mdio anual de insolao.

Figura 5 Nmero mdio anual de horas de insolao e quantidade total da radiao solar por m2 para Portugal continental [R. Aguiar, 1998]

Pela anlise da figura anterior, possvel concluir que, na rea de interveno do projecto que deu origem ao presente guia, zonas Norte e Centro do pas, o nmero mdio de horas de sol por ano varia entre as 2 200 e 2 500 horas, na primeira, e entre as 2 500 e 2 700 horas, na segunda. No que respeita quantidade de energia solar por m2, verifica-se que, na regio Norte, esse valor ligeiramente inferior ao da regio Centro. Na regio Norte varia entre os 14 e 15,5 MJ/m2 e, na regio Centro, entre os 14 e 16 MJ/m2. Ainda da anlise da figura 5 resulta que as regies Norte e Centro so as menos ricas neste recurso energtico, em relao s restantes regies do pas. No entanto, as quantidades disponveis nestas regies no traduzem uma limitao utilizao deste recurso, dada a tecnologia hoje disponvel. De facto, quando comparados com o Norte da Europa, onde a utilizao da energia solar est j muito difundida, representam valores muito superiores. As aplicaes da energia solar so diversas. Do ponto de vista tecnolgico, podem ser divididas em dois grandes grupos: as aplicaes trmicas, activas e passivas (trmica dos edifcios) e a produo de electricidade, por via trmica ou fotovoltaica. Por ltimo, salienta-se que devido energia solar e sua propagao sobre a forma de radiao electromagntica, possvel a existncia de outro tipo de energias, mesmo de carcter renovvel. No esquema da figura seguinte, apresenta-se a relao entre a energia solar e


vrias outras formas de energia.

Radiao solar directa

Radiao solar indirecta

Captao Trmica

Captao Fotnica

Elica

Ondas

Hidrulica

Biomassa

Energia solar Tcnica Captao Fotovoltaica Captao Fotoquimica

Figura 6 Dependncia entre algumas formas de energia e a energia solar, [Ixus, 2008]

Energia solar Fotovoltaica

Biomassa

Fotoquimica

I.II. ENERGIA ELICAA energia elica uma evidncia da energia cintica do ar que se desloca devido s diferenas de presso atmosfrica. Estas diferenas de presso devem-se diferena de temperatura entre as massas de ar continentais e martimas. Conclui-se, assim, que a existncia de vento est fortemente associada energia solar. O vento representou, desde sempre, uma fonte de energia utilizada pelo homem. Desde os moinhos navegao, tudo dependia do vento disponvel. A partir da descoberta e utilizao dos combustveis fsseis, este recurso energtico foi sendo substitudo por aqueles. No entanto, desde o primeiro choque petrolfero e com a crescente sensibilizao para a necessidade de utilizao de fontes de energias renovveis, a energia do vento tem vindo a assumir um papel preponderante no contexto das energias. O programa de energia elica iniciado nos EUA em 1973 conduziu, passados dois anos, instalao da primeira turbina elica da era moderna (Mod. 0) com um rotor de duas ps com 30 m de dimetro e 100kW de potncia. Actualmente, uma turbina elica standard apresenta 1,5 MW de potncia (no nominal) e um dimetro das ps do rotor na ordem dos 50 m.


Figura 7 Exemplo de uma turbina de 1,5 MW

O aproveitamento da energia elica tem registado, nos ltimos anos, um desenvolvimento assinalvel, devido no s distribuio geogrfica do recurso mas, tambm, pelo desenvolvimento tecnolgico que se tem verificado. Assim, tem-se vindo a assistir construo de grandes parques elicos e a uma forte aposta no aproveitamento do recurso elico nas zonas martimas e citadinas. Devido diferena das potncias envolvidas e das solues tecnolgicas aplicveis, consensual a diviso desta energia em grande elica, correspondente s torres de elevadas dimenses que so utilizadas em terra ou no mar, permitindo a obteno de potncias elctricas j significativas (na ordem dos Gigawatts) e a micro-elica, correspondendo s solues de menores dimenso e potncia mas que comeam a ter uma utilizao mais generalizada. No primeiro caso, so geralmente designadas por turbinas elicas e, no segundo, por aerogeradores reflectindo tambm, deste modo, as diferenas tecnolgicas entre as solues. Neste documento, apenas sero abordados os principais aspectos relacionados com a micro-elica, uma vez que este tipo de aproveitamento da energia elica que maior interesse suscitar ao pblico-alvo deste guia. A energia a ser transformada numa turbina elica ou num aerogerador corresponde energia cintica (em movimento) da massa de ar que se desloca a uma velocidade uniforme e constante. A potncia disponvel para a transformao energtica varia de forma directamente proporcional ao cubo da velocidade. A velocidade assume um papel fundamental na avaliao do potencial elico de um determinado local. Alm do valor da velocidade, importante saber a direco e sentido predominantes do vento nesse local. Em resumo, necessrio caracterizar o local onde se pretende instalar uma soluo desta natureza, no que respeita s caractersticas dominantes do vento (velocidade, direco e sentido) para se avaliar o seu potencial em energia elica. Nesta avaliao, a altura tambm um factor a ter em considerao, de forma a ser possvel a determinao da altura ptima. Uma das ferramentas mais utilizadas para avaliar o potencial elico de uma determinada regio o atlas do vento. Actualmente, esto disponveis no atlas do vento ao nvel da Eu-


ropa, de regies especficas da Europa, de pases ou regies destes. Nas figuras seguintes, apresentam-se vrias imagens do atlas do vento elaborado pelo Instituto Nacional de Engenharia e Tecnologia Industrial (INETI)

Figura 8 Valores da velocidade do vento para Portugal Continental, a 10 m de altura. [Atlas do Vento, INETI]

Figura 9 Orientao predominante do vento para Portugal Continental, a 10 m de altura [Atlas do Vento, INETI]

Os modelos que esto na base da elaborao dos diferentes atlas do vento tm em considerao factores como o relevo, o tipo de terreno, a orientao, entre outros, mas no consideram a existncia de qualquer barreira no natural como, por exemplo, as construes existentes. Os obstculos, quer naturais, quer construdos, que o vento encontre na sua trajectria iro provocar alteraes na sua velocidade e direco. Deste modo, numa pequena rea podero co-existir locais com bom e fraco potencial elico. Na figura seguinte, pretende-se exemplificar o desvio de trajectria que o vento sofre quando se depara com um edifcio.

Figura 10 - Efeito de um obstculo nas caractersticas do vento [Atlas do Vento, INETI]

Assim, a colocao de um aerogerador no topo de um edifcio, poder ser rentvel, caso a velocidade mdia do vento seja adequada. No entanto, se existir um outro edifcio a seguir, mesmo que mais alto, poder j no se justificar a implementao de outro aerogerador, devido s suas caractersticas turbulentas que o vento adquire a seguir ao primeiro edifcio. No caso dos aerogeradores, em contraste com as turbinas elicas, a velocidade mdia po-


der representar a varivel fundamental a conhecer, porque muitas das solues tcnicas existentes so construdas de forma a procurar a melhor orientao, atravs da integrao de um dispositivo designado por guiador. Um valor mdio anual de velocidade de 2 a 3 ms-1 considerado o valor mnimo para justificar a implementao de uma micro-elica. Por este motivo, a implementao de uma soluo na rea da micro-elica deve ser sempre precedida por um estudo do potencial elico, de forma a assegurar a rentabilidade do investimento. As boas prticas indicam que este estudo deve ter uma durao temporal mnima de um ano podendo, contudo, ser elaborado num perodo mais pequeno, caso o ambiente urbano no seja complexo. A realizao destes estudos efectuada pela instalao de um anemmetro e de um sensor de direco a uma altura idntica possvel futura instalao do aerogerador. De qualquer modo, nem toda a potncia disponvel pode ser convertida em energia mecnica, uma vez que o ar, depois de atravessar as ps, tem uma velocidade no nula, pois, caso contrrio, ocorreria a sua estagnao e consequentemente a inexistncia da prpria fonte de energia. Na figura seguinte, apresenta-se a curva da variao de potncia em funo da velocidade do vento, para uma determinada turbina elica. A sua anlise permite identificar a existncia de um ponto em que a potncia atinge o valor mais elevado ocorrendo, em seguida, uma ligeira descida desse valor, para em seguida permanecer constante, independentemente da velocidade do vento.

Figura 11 Curva da variao da potncia em funo da velocidade do vento para uma dada turbina ou aerogerador [www.eole.org]

O valor mximo conhecido por Limite de Betz e corresponde, aproximadamente, a 59,3% da potncia disponvel. O valor de potncia a partir do qual esta permanece constante, independentemente da velocidade, corresponde ao valor resultante do rendimento efectivo da turbina ou aerogerador.


Na figura seguinte apresenta-se, de forma grfica, todo o processo de converses energticas que ocorre num aproveitamento de energia elica. Assim, a energia cintica do vento, expressa pela sua velocidade, permite obter uma determinada potncia elctrica, em funo da curva de potncia da turbina elica. Salienta-se o facto de a energia directamente obtida pela transformao da energia mecnica ser uma corrente contnua com uma diferena de potencial varivel. Deste modo, para que seja consumida no local ou injectada na rede tem que ser convertida para uma corrente alterna.

Figura 12 Representao grfica dos processos de transformao de energia numa turbina ou aerogerador elica [R. Castro, IST 2005]

Nas figuras seguintes apresentam-se, de forma grfica, os resultados obtidos por um anemmetro num trabalho de caracterizao do potencial elico de um dado local. De forma a evidenciar a importncia da durao temporal, deste tipo de estudo, os grficos representam diferentes perodos de amostragem.A anlise dos grficos das figuras demonstra a necessidade de um perodo temporal adequado, para a avaliao do potencial elico de um determinado local.Figura 13 - Registo de um anemmetro durante um dia [R. Castro, IST 2005]

Se, partida, poder ser consensual que a informao obtida apenas num dia escassa e inconsequente, o mesmo poder no ocorrer quando se considera o perodo de uma semana ou de um ms. Embora, numa primeira anlise, a forma da linha seja idntica nos dois casos, o registo obtido durante o ms indica que o lugar em estudo tem uma maior variabilidade na velocidade do vento do que partida seria expectvel apenas pela anlise dos registos obtidos durante uma semana. Este conhecimento vital para assegurar a viabilidade econmica da implementao de um aerogerador.

Figura 14 - Registo de um anemmetro durante uma semana [R. Castro, IST 2005]

Figura 15 - Registo de um anemmetro durante um ms [R. Castro, IST 2005]


I.III. BIOMASSADe acordo com a proposta da Directiva 2001/77/EC, biomassa a fraco biodegradvel dos produtos e resduos da agricultura, quer de natureza animal ou vegetal (incluindo assim os efluentes de exploraes agro-pecurias), dos resduos das florestas e indstrias conexas e, ainda, da traco biodegradvel dos resduos e efluentes industriais e urbanos. Por Biomassa Florestal Primria (BFP) entende-se a biomassa proveniente dos resduos da floresta e indstrias conexas. Atendendo natureza das vrias formas de biomassa, de acordo com a definio da proposta da Directiva Europeia, o conceito de Biomassa Florestal Primria assume grande importncia, uma vez que a sua valorizao energtica em locais distantes do da produo mais fcil, devido facilidade no seu transporte. A avaliao do potencial energtico em Biomassa Florestal Primria expressa nas quantidades disponveis (geralmente em peso de massa seca). A converso deste potencial para unidades energticas complexa, pois depende de vrios factores, como as espcies em jogo, o teor de humidade e o prprio processo de queima. De forma a facilitar uma melhor percepo do potencial das regies de interveno deste projecto, apresentam-se na figura 16 as quantidades de BFP disponveis em Portugal Continental e o nmero de centrais elctricas previstas pela Direco Geral de Energia e Geologia. A anlise da mesma figura evidencia que o potencial, nas regies de interveno do projecto, elevado, uma vez que para essas regies foi previsto o maior nmero de centrais termoelctricas e de maior potncia, devido maior disponibilidade de biomassa. A quantidade total estimada na produo de BFP ultrapassa os 5 milhes de toneladas (ver tabela 1), o que representa uma quantidade muito significativa.

Figura 16 - Mapas de disponibilidade de biomassa florestal, localizao das centrais termoelctricas existentes e previstas [DGGE, 2006]

DAS ENERGIAS RENOVVEIS NAS EMPRESAS 33 Espcie Matos (sub-coberto) Pinus pinaster Eucalyptus sp. Pinus pinea Castanea sativa Quercus s uber Quercus ilex Outros Quercus Total BFP (t. mat. seca) Regio Norte 680.760 1.039.467 389.713 290 40.996 8.821 8.433 73.713 2.242.193 Regio Centro 851.130 1.633.760 620.958 1.095 7.624 11.557 13.133 69.608 3.208.865

Tabela 1 Existncias de BFP nas regies Norte e Centro de Portugal [EnerSilva, 2006]

Na figura seguinte apresentam-se, de forma esquemtica, os vrios processos de transformao que a biomassa pode sofrer para a sua valorizao energtica e os respectivos produtos resultantes. No caso da indstria transformadora, considera-se que os produtos como pellets e estilha so os de mais fcil adaptao para a gerao de vapor, aquecimento de guas, banhos industriais e operaes de secagem a temperaturas mdias (600C a 800C).Fontes de Biomassa Culturas energticas, produtos florestais e agrcolas, resduos orgnicos e domsticos, resduos de empresas agroalimentares e transformadoras da madeira Fsica Estilhamento Densificao Briquetagem Slidos Converso termoqumica Combusto Co-combusto Carbonizao Gaseificao Liquefaco Fsico-qumica Prensagem Extraco Tratamento qumico Lquidos Biolgica Digesto anaerbica Fermentao Gasosos ou Lquidos

Tipo de converso

Tipo de converso

Carvo vegetal Gs de sntese leo de pirlise ou metanol Trmica Mecnica Eltrica Biodiesel Trmica Mecnica Eltrica Biodiesel

Tipo de energiaFigura 17 - Processos de valorizao energtica da biomassa [EnerSilva, 2006]

Trmica Mecnica Eltrica


Em relao ao uso da biomassa como fonte de energia renovvel podem ser aduzidas as seguintes vantagens: - considerado combustvel de queima fcil e limpa; - as bicadas, ramos e cascas so recursos disponveis, pelo que podero permitir a sua utilizao em condies econmicas vantajosas; - representa um subproduto de uma actividade permanente ao longo do ano; - existe j um conjunto de tecnologias disponveis, desde a recolha converso, que permite a utilizao da biomassa de forma energtica e economicamente mais eficiente. No entanto, a variabilidade da quantidade disponvel, devido a factores associados recolha e competio entre os vrios tipos de utilizao de biomassa, constituem, actualmente, a sua maior desvantagem.

I.IV. ENERGIA GEOTRMICAA geotermia pode ser considerada como o conjunto das cincias e tcnicas que estudam e exploram o calor do globo terrestre. Este calor energia geotrmica - tem origem no globo terrestre e, devido aos vrios mecanismos de transferncia de calor (conduo, conveco e radiao), atinge a superfcie. O tipo de aproveitamento deste calor depende da temperatura a que obtido, podendo ser distinguidos trs tipos: - aproveitamento geotrmico de alta entalpia, para temperaturas superiores a 1500C; - aproveitamento geotrmico de baixa entalpia, para temperaturas superiores a 700 - 900C e inferiores a 1500C; - aproveitamento geotrmico de muito baixa entalpia, para valores de temperatura inferiores a 700C. Tradicionalmente, em Portugal, os aproveitamentos geotrmicos esto associados balneoterapia e, mais recentemente, produo de energia elctrica nos Aores, representando aproveitamentos de alta e baixa entalpia. No entanto, o desenvolvimento tecnolgico, designadamente das bombas de calor, tem vindo a permitir a utilizao da energia geotrmica a temperaturas na gama da muito baixa en-


talpia, permitindo, assim, estender a utilizao desta forma de energia renovvel ao longo de todo o territrio nacional, para utilizaes em que as temperaturas em jogo sejam da ordem dos 200 a 400C como, por exemplo, a climatizao de espaos, pr-aquecimento de guas processuais e sanitrias, refrigerao e secagem a baixas temperaturas.

TECNOLOGIAS DE ENERGIAS RENOVVEIS

DAS ENERGIAS RENOVVEIS NAS EMPRESAS

II. TECNOLOGIAS DE ENERGIAS RENOVVEISII.I. ENERGIA SOLAR TRMICA ACTIVAA utilizao mais conhecida da energia solar, no mbito das energias renovveis, a que se destina ao aquecimento de guas quentes sanitrias (AQS). A evoluo tecnolgica, designadamente dos colectores solares, tem vindo a permitir a sua aplicao num contexto industrial para o aquecimento de gua ou banhos processuais. Uma outra utilizao, ainda mais recente, consiste na aplicao desta tecnologia na climatizao e em operaes de secagem a temperaturas moderadas (entre os 20 a 400C). Numa instalao solar trmica, existe um conjunto de elementos comuns e essenciais (ou mesmo imprescindveis, como o caso dos colectores). Esses elementos so: - colectores solares (painis solares trmicos); - bomba de circulao do fludo trmico (fludo do interior dos colectores); - acumuladores de gua quente (depsitos); - sistema de permuta (interno ou externo); - central de comando e vlvulas de segurana. A forma como estes elementos funcionam entre si, depende, por um lado, de um conjunto de princpios a observar e, por outro, do objectivo pretendido e das condies do local, designadamente da quantidade de gua quente desejada, da temperatura e do regime de consumo e do potencial energtico solar existente no local da instalao. Os princpios que tm como objectivo assegurar a optimizao da captao da energia solar e a sua converso em energia trmica, podem ser descritos do seguinte modo: 1 Princpio Maximizar a energia solar captada A instalao deve estar pensada para que toda a energia captada seja adequadamente armazenada, permitindo, assim, que o fludo que percorre os colectores (fludo trmico) esteja sempre em movimento, evitando a sua estagnao pelo facto de a sua temperatura no sofrer alterao (mecanismo de segurana de todas as instalaes). Se a temperatura do fludo trmico no se alterar, significa que a capacidade de armazenamento de energia trmica se esgotou, eventualmente devido a um armazenamento insuficiente ou a um consumo inexistente. 2 Princpio - Consumir prioritariamente a energia solar De forma a optimizar o funcionamento da instalao, evitando problemas no armazenamento da energia trmica solar, o consumo da energia solar deve ser sempre o primeiro. Assim,

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se o aquecimento de uma gua de processo for efectuado atravs de uma instalao solar trmica e de uma fonte energtica auxiliar, primeiro dever efectuar-se o aquecimento com a energia solar e s depois que deve ser utilizada a fonte auxiliar para atingir a temperatura desejada. 3 Princpio Assegurar a complementaridade entre a energia solar e a energia convencional A instalao deve estar preparada para fornecer energia auxiliar de forma instantnea, de forma a assegurar que a temperatura da gua seja a desejada. 4 Princpio Avaliar o impacto de uma sobreposio das energias Por norma, uma gua aquecida pelos colectores solares no deve ser novamente aquecida com a energia auxiliar, pois a temperatura da gua pode atingir valores muito elevados. No entanto, se, no caso do aquecimento de guas quentes sanitrias, a no sobreposio de energias uma regra a observar, no caso de instalaes industriais, poder permitir atingir o nvel de temperaturas desejado. De qualquer modo, as consequncias desta sobreposio devero ser correctamente avaliadas. Nas imagens das figuras seguintes, apresentam-se vrios esquemas de instalaes, pretendendo-se demonstrar alguns dos aspectos mais relevantes no funcionamento de uma instalao solar.

Figura 18 Instalao solar bsica [Caleffi, 2006]

A instalao da figura anterior uma instalao simples, constituda por um conjunto de colectores, um depsito de acumulao com serpentina interior, uma bomba de circulao, um regulador e duas sondas de temperatura (pontos 1 e 2). atravs da actuao do regulador e da diferena de temperaturas lidas pelas sondas, que a bomba circuladora colocada em funcionamento. Em geral, a diferena de temperatura adoptada situa-se entre os 5 e os


80C. Assim, quando a diferena superior a estes valores, a bomba de circulao entra em funcionamento, o lquido trmico circula na serpentina do acumulador e, deste modo, vai-se efectuando o aquecimento da gua. Se a diferena de temperatura for igual ou inferior aos valores definidos, o actuador para a bomba e o sistema ficam em estagnao, at que se verifique a primeira situao.

Figura 19 Instalao solar bsica com by-pass modulante [Caleffi, 2006]

A figura 19 corresponde a uma instalao idntica anterior, mas com um by-pass modulante. Todos os componentes actuam da mesma forma, como na instalao anterior. No entanto, ao accionar a vlvula do by-pass, consegue-se manter a diferena de temperaturas de forma a maximizar a captao da energia solar.

Figura 20 Instalao solar com regulador de temperatura e permuta externa [Callefi, 2006]

Na figura anterior, a instalao solar tem uma complexidade maior do que as anteriores. A troca de calor efectuada num permutador externo e o acumulador no dispe de qualquer serpentina. A instalao possui dois conjuntos de sondas de temperatura, dois actuadores (1 e 2) e duas bombas circuladoras (A e B).


Nesta instalao, so definidos dois intervalos, um para o actuador 1, ao qual esto acopladas as sondas nos pontos 1 e 2, e outro para o actuador 2, onde esto ligadas as sondas de temperatura nos pontos 3 e 4. Com esta configurao, a bomba circuladora A s funciona quando a diferena de temperaturas entre os pontos 1 e 2 for superior ao intervalo mnimo definido, tal como no caso da bomba circuladora B, que s entra em funcionamento quando a diferena entre a temperatura do fluido trmico entrada do permutador exterior e o acumulador, for superior ao valor mnimo definido. Com este tipo de configurao, alm de se maximizar a quantidade de energia solar captada, consegue-se tambm assegurar uma temperatura mais elevada no acumulador e criar condies para que a instalao venha a ter menos problemas e menores custos de manuteno. A instalao da figura seguinte representa uma das configuraes possveis para assegurar o aquecimento de uma maior quantidade de gua, a temperaturas mais elevadas.

Figura 21 Instalao solar com regulao de temperatura diferencial e duplo depsito de acumulao [Callefi, 2006]

Qualquer que seja o tipo de instalao adoptado, os colectores solares assumem um papel de destaque, pois da sua capacidade em transformar a energia solar em energia trmica que depende a eficincia da instalao. Com base em estudos efectuados, ao nvel europeu, no que respeita utilizao das tecnologias de energia solar trmica, estas podem ser tipificadas da seguinte forma: - aplicaes de baixa temperatura (at 900C); - aplicaes de temperatura mdia (de 900C a 1500C);


- aplicaes de temperatura alta (entre 1500C a 3000C); - aplicaes de temperatura muito alta (acima de 3000C).

Uma primeira classificao para os colectores solares tem por base o seu movimento em relao ao sol. Assim, os colectores podero ser divididos entre colectores estacionrios, os mais comuns, que, sendo fixos, no se movem para acompanhar o movimento do sol, e colectores no estacionrios, que, incorporados numa estrutura mvel, acompanham o movimento do astro.

No entanto, as aplicaes de temperatura alta e muito alta s so possveis em instalaes com colectores no estacionrios (ver caixa). Este tipo de tecnologia, pela rea que necessita bem como pelo custo elevado, quer de implementao, quer de operao e manuteno, no praticvel, actualmente, ao nvel individual. Vrios estudos realizados nos EUA, Alemanha, Espanha, Gr-Bretanha e Portugal permitem concluir que [POSHIP, 2004]: - 50% do calor consumido na indstria em geral situa-se na gama das baixas temperaturas e das temperaturas mdias; - nas indstrias alimentar, papel, qumica e txtil, os consumos mais significativos situam-se entre os 900C e os 2500C; - para os sectores referidos no ponto anterior, a maior parte das suas necessidades situa-se entre os 1000C e os 2000C. Neste contexto, a seleco do tipo de colector a utilizar importante, uma vez que necessrio assegurar que os objectivos em relao temperatura sejam alcanados. Em seguida, apresentam-se as principais caractersticas dos colectores estacionrios com maior potencial de aplicao na indstria. Os colectores solares planos so os de construo mais simples. So constitudos por um material negro colocado numa caixa rectangular plana, absorsor, devidamente isolada lateralmente e no fundo. A cobertura constituda por um material transparente. No lado inferior


do absorsor colocado o sistema de tubagens que permite o movimento do fludo trmico, que ir captar a energia trmica e transport-la at aos acumuladores. Nas figuras seguintes, apresentam-se, de forma esquemtica, um colector plano e respectivos elementos constituintes. Nas tabelas seguintes, apresentam-se os vrios tipos de materiais existentes para os elementos que constituem um colector plano, com as respectivas vantagens e desvantagens.

O absorsor o elemento do painel que responsvel pela transformao da energia solar em energia trmica e pela sua transferncia, sob a forma de calor, para o fludo trmico.

Figura 22 Elementos constituintes de um colector plano (vista de perfil) [INETI, 2004]

O absorsor pode ser selectivo ou no selectivo. No primeiro caso, o absorsor tem um maior coeficiente de absoro das radiaes do ultravioleta, visvel e infra-vermelhos e um coeficiente de emisso baixo, de forma a evitar perdas. Deste modo, os colectores planos com absorsores selectivos tm maior eficincia.

Figura 23 Aspecto geral de um colector plano [ISQ, 2007]


Modelo de absorsor

Vantagens

Desvantagens Sujeito a corroso do alumnio em contacto com tubo de cobre Muitos pontos de soldadura Custo elevado de produo por causa das ligaes Baixa optimizao de transferncia de calor Peso elevado e inrcia trmica Elevadas perdas de presso em relao ao absorsor de superfcie total Muitos pontos de soldadura no sistema de tubos, preo elevado Muitos pontos de soldadura no sistema de tubos

Absorsor Roll-bond Boas propriedades trmicas, separao de materiais - reciclagem simplificada Faixa absorsora com tubo de cobre Tamanho flxivel e barato soldado Separao de materiais - reciclagem Absorsor com sistema de tubo prensado entre duas folhas de metal simplificada Absorsor com sistema de tubos Tamanho flxivel - taxa de escoamento flxivel clipados Absorsor de escoamento total em Optimizao ptima de calor para o liquido ao inoxidvel Absorsor em serpentina Dois pontos soldados no sistema de tubos Absorsor de superfcie total Baixas perdas de presso em relao ao absorsor em serpentina Baixas perdas de presso em relao ao absorsor em serpentina

Tabela 2 Tipos de absorsor, suas vantagens e desvantagens [ISQ, 2007]

Absorsor de superfcie total

Cobertura Transmisso Estabilidade mecnica Preo

Vidro Estabilidade a longo prazo Estvel Elevado Elevado

Plstico Deteriorao Estvel Baixo Baixo

Tabela 3 Materiais para a cobertura e respectivas caractersticas [ISQ, 2007]

Peso

Caixa Peso Construo Consumo energtico Custo

Alumnio Baixo Fcil Alto Alto Aumento do tempo de recuperao energtica e reciclvel

Ao Elevado Fcil Baixo Baixo Raramente utilizado

Plstico Mdio Mdio Mdio Baixo Pouco utilizado

Madeira envernizada Elevado Difcil Baixo Mdio Material ecolgico, apenas instalaes integradas no telhado

Tabela 4 Materiais para a caixa e respectivas caractersticas [ISQ, 2007]

Outros

Outro tipo de colector solar estacionrio o designado por parablico composto (CPCs). Este colector foi desenvolvido com vista reduo das perdas trmicas por emisso. O modo de funcionamento deste colector passa pela concentrao da radiao solar, na placa absorsora, atravs de um sistema duplo de absoro. Do ponto de vista de construo, idntico aos colectores planos, possuindo, no entanto, um sistema de reflexo da radiao que permite a concentrao da mesma no absorsor. Na figura seguinte apresentam-se, de forma esquemtica, o perfil de um colector parablico composto e o trajecto dos raios solares no seu interior.


Figura 24 Esquema de funcionamento de um colector plano do tipo CPC [INETI, 2004]

As principais vantagens deste tipo de colector so as seguintes: - maior eficincia, mesmo com elevadas diferenas de temperaturas entre o absorsor e o meio envolvente; - elevada eficincia com baixa radiao (Inverno). A maior desvantagem consiste no seu custo ser sensivelmente mais elevado do que o do colector plano. , no entanto, o colector mais adequado para aplicaes de mdia temperatura.

Figura 25 Painis do tipo CPC associados em srie [Callefi, 2006]

O terceiro tipo de colector o designado por colector de vcuo, desenvolvido com o objectivo de reduzir as perdas trmicas. constitudo por um conjunto de tubos de vidro, em que o absorsor colocado no seu interior, ao longo de todo o seu comprimento, e onde efectuado o vcuo. Algumas das principais vantagens deste tipo de colector so as seguintes: - boas eficincias, mesmo com elevadas diferenas de temperatura entre o absorsor e o meio ambiente (ex. no Vero);


- boa eficincia com baixas radiaes (ex. Inverno); - suporta cargas trmicas superiores aos restantes colectores; - atinge elevadas temperaturas, permitindo aplicaes no contexto industrial; - em muitos casos, permite o alinhamento das placas absorsoras, de forma a maximizar a radiao solar captada. Como principais desvantagens apontam-se o seu custo mais elevado, a impossibilidade de serem colocados numa estrutura tipo telhado e algumas restries em relao inclinao mxima com que podem ser instalados. Nas imagens seguintes, apresentam-se alguns pormenores deste tipo de colector. Na Figura 26 apresenta-se um esquema de um tubo de vcuo com os vrios elementos que o constituem e na Figura 27 um painel de tubos de vcuo. As figuras 28 e 29 correspondem a imagens de um painel de vcuo e respectiva estrutura de suporte a uma instalao com vrios painis, respectivamente.

Figura 26 Esquema de um tubo de vcuo e respectivos elementos [Callefi, 2006]

Figura 27 Esquema de um painel de tubos de vcuo [Callefi, 2006]

Figura 28 Imagem de um painel solar de colectores de vcuo. [Callefi, 2006] Figura 29 Imagem de painis de vcuo em srie [Callefi, 2006]


tambm possvel efectuar a ligao em srie ou em paralelo dos canais de colectores solares trmicos em funo do objectivo pretendido. Assim, no caso de se pretender aumentar a temperatura final da gua quente produzida, a ligao em srie dos colectores a configurao mais adequada. No entanto, salienta-se que, apesar de esta associao levar a uma perda do rendimento individual de cada colector, possvel que a temperatura do fludo trmico atinja valores muito elevados e ocorra uma vaporizao significativa, pondo em causa, no s a resistncia e durabilidade dos colectores, mas tambm as suas condies de segurana. Deste modo, na fase de projecto dever ser assegurado que a temperatura do fludo trmico no assuma valores prximos da sua temperatura de ebulio. A ligao em paralelo, por sua vez, uma configurao que permite efectuar o aquecimento de uma maior volumetria de gua, com uma instalao de pequena dimenso. A configurao em paralelo de canais corresponde a uma ligao em paralelo dos painis, mas com a vantagem de necessitar de um menor espao de instalao. No caso de se pretender um ptimo entre as vantagens da ligao em srie e em paralelo, os painis podem ser ligados de forma a constiturem uma bateria de painis. Nas figuras seguintes representam-se, de forma esquemtica, as vrias associaes descritas.

Figura 30 Associao em srie de painis trmicos solares [ISQ, 2007]

Figura 31 Associao em paralelo de painis trmicos solares [ISQ, 2007]


Figura 32 Associao em paralelo de canais de painis trmicos solares [ISQ, 2007]

Figura 33 Bateria de canais de painis trmicos solares [ISQ, 2007]

No contexto industrial, nomeadamente no sector transformador, as aplicaes de instalaes para aquecimento de gua de processo, correntes processuais ou mesmo gua quente sanitria, comeam a ter grande aceitabilidade, devido, no s a questes energticas e ambientais, mas tambm pela diminuio dos custos que representam. Embora seja ainda muito dispendiosa a substituio completa das solues existentes de consumo de energia tradicionais (gs natural, gasleo, fuel-leo, etc.) por instalaes solares, o pr-aquecimento efectuado com energia trmica solar conduz a uma reduo, por vezes significativa, dos custos energticos associados. Na tabela seguinte, apresentam-se as aplicaes de energia solar mais comuns, para vrios sectores de actividade industrial.


Sector

Processos Fervura do mosto Limpeza do vasilhame Arrefecimento Secagem

Nvel de temperatura (0C) 100 60 90 60

Cerveja e Malte

Lacticnios

Pasteurizao Esterilizao Secagem

62-85 130-150 n.d.

Alimentos em Conserva

Esterilizao Pasteurizao Cozedura Escaldadura Branqueamento

110-125

guia de orientacao para a utilizacao das energias renovaveis

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