Desenvolvimento de tubos solares aplicados em iluminação de interiores a partir de materiais poliméricos metalizados

Abstract

O presente trabalho teve como objetivo desenvolver sistemas tubulares de condução de luz natural propondo a substituição do alumínio revestido com prata (que é o sistema comercializado atualmente por diversas empresas internacionais), por polímero metalizado. Espera-se com isso diversificar os materiais empregados na fabricação destes dispositivos reduzindo significativamente o custo. Os sistemas tubulares de condução de luz natural permitem o aproveitamento da luz solar para iluminação de interiores, contribuindo para a redução do consumo de energia elétrica. No presente estudo foram avaliados como material estrutural os polímeros (PP, PS, PEAD, PEBD, ABS nas condições virgem e reciclada), revestidos com alumínio e cromo e submetidos à metalização por evaporação no vácuo (íon plating) ou por projeção catódica (sputtering). Os materiais poliméricos foram caracterizados quanto sua resistência mecânica através de ensaios de tração (norma ASTM D638). Os revestimentos de alumínio e cromo depositados nos materiais poliméricos, foram caracterizados quanto à adesão (norma ASTM D3359-09) e quanto à reflexividade (norma ASTM E903). Essas propriedades foram avaliadas comparativamente ao material empregado em um sistema tubular de condução de luz natural comercial (referencia). Os resultados obtidos dos ensaios realizados, demonstraram que os melhores sistemas obtidos foram o PP reciclado metalizado com alumínio pelo processo de projeção catódica, e também ABS e PS virgem metalizados com alumínio pelo processo de evaporação no vácuo. Para a validação em escala real, foram elaborados: um protótipo de PP reciclado metalizado com alumínio pelo processo de projeção catódica e um protótipo de ABS virgem metalizado com alumínio pelo processo de evaporação no vácuo. Enquanto, o tubo protótipo de ABS virgem metalizado com alumínio chegou em média diária a atingir 65% do rendimento comparado com o tubo referência, o PP reciclado metalizado com alumínio pelo processo de projeção catódica chegou apenas a 21%. Isso evidenciou a viabilidade técnica de construção de um tubo para condução da luz solar direta para iluminação utilizando ABS virgem metalizado com alumínio com rendimento de 65% do tubo de referência, o qual pode ser comercializado uma redução de custo estimado de 46,5% em relação a referência.

This paper aims to develop tubular daylight systems for transporting natural light by substituting silver coated aluminum (which is the system currently supplied by several international companies), for metalized polymer. This is expected to diversify the materials used in the manufacturing of those tubular devices, significantly reducing their cost. The tubular systems for conducting natural light enable to maximize the use of natural daylight for interior lighting, minimizing the consumption of electric energy. In this study some polymers (virgin and recycled PP, PS, HDPE, LDPE, and ABS) aluminum or chromium coated were evaluated as structural material. The coating were obtained metallization by vacuum evaporation (ion plating) or by cathodic projection (sputtering). The polymeric materials were evaluated for their mechanical resistance through tensile tests (American Society for Testing and Materials - ASTM D638 standard). The aluminum and chromium coatings deposited on polymeric materials were evaluated for their adhesion (ASTM D3359-09) and for their reflectivity (ASTM E903). These properties were measured comparatively to the material commonly used in a commercial tubular daylight conducting system (reference). The tests results showed that the best systems were the recycled PP metalized with aluminum by the cathodic projection process, and also virgin ABS and virgin PS metalized with aluminum by the vacuum evaporation process. For the real-scale validation, a prototype of recycled PP metalized with aluminum by the cathodic projection process and a prototype of virgin ABS metalized with aluminum by the vacuum evaporation process were made. While the prototype made with virgin ABS metalized with aluminum attained an average daily efficiency of 65% compared to the reference tube, the prototype made with recycled PP metalized with aluminum by the cathodic projection process attained only 21%. Thus, these results demonstrate the technical feasibility of producing a tubular direct daylight conducting system using virgin ABS metalized with aluminum with an efficiency of 65% of the reference tube at an estimated cost 46.5% lower than the reference tube.