Modelagem e simulação do desempenho otico de um coletor solar parabólico de foco linear

Abstract

A crescente busca por formas eficientes de empregarem-se fontes sustentáveis à matriz energética mundial evidencia a fonte solar como uma das principais alternativas. Obter essa energia de maneira eficiente e em intensidades apreciáveis só é possível, hoje, utilizando-se sistemas de concentração da energia solar. Dentre esses sistemas os coletores parabólicos de foco linear (CSPL) figuram como um dos principais mecanismos para a produção de energia limpa. Buscam-se hoje maneiras de difundir o uso dessa tecnologia e torna-la cada vez mais competitiva com as fontes fósseis. Dentro desse contexto, o trabalho levanta a hipótese de que aplicar CSPL a processos produtivos de pequena escala é viável, e por consequência um meio de popularizar a utilização de energia solar. O objetivo do trabalho foi estabelecer as bases teóricas necessárias ao entendimento e utilização da energia solar e com isso modelar um CSPL de pequena escala avaliando seu desempenho. Isso foi feito através de simulação computacional utilizando o software SolTrace, desenvolvido pelo National Renewable Energy Laboratory, dos Estados Unidos. Tal software aplica o “método de raio traçado” para calcular as interações da radiação com os elementos do coletor modelado. O resultado para a eficiência ótica do coletor foi de 85% aproximadamente, em relação à energia que incide no concentrador e a energia que incide no absorvedor. Observou-se através do estudo a existência de limitações de aplicação vinculadas ao ciclo solar e consequente intermitência da fonte de energia Abordou-se essa característica traçando-se curvas de potência disponível ao longo do dia e de energia acumulada, permitindo avaliar como deve ser empregada a tecnologia, normalmente associada à outra fonte. Através da utilização de dados históricos de irradiação incidente na cidade de Santa Cruz do Sul, quantificou-se a energia potencialmente disponibilizada pelo coletor modelado e comparou-se com o consumo de biomassa em um processo de cura de tabaco em fornos de fumo, típico da região. Tais dados foram angariados com o centro meteorológico da Universidade De Santa Cruz do Sul, dispostos através do software WeatherLink. Calculou-se uma quantidade de energia média diária captada de 1,7 GJ da qual, teoricamente, pode ser disponibilizada 857 MJ na forma de calor para o processo, com condições de céu limpo. Através da comparação direta concluiu-se que corresponde a 20% do consumo energético de um ciclo de cura típico, assumindo a eficiência global de 43%. Os resultados corroboram a hipótese de viabilidade do emprego de CSPL em processos produtivos de pequena escala e servem como base para estudos futuros que avaliem viabilidade econômica.