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Júpiter - Sistema de Gestão Acadêmica da Pró-Reitoria de Graduação


Instituto de Energia e Ambiente
 
Disciplinas do Instituto de Energia e Ambiente
 
Disciplina: IEE0003 - Aplicações da Energia Solar Térmica
Solar energy thermal applications

Créditos Aula: 2
Créditos Trabalho: 1
Carga Horária Total: 60 h
Tipo: Semestral
Ativação: 01/01/2010 Desativação:

Objetivos
Fornecer uma visão geral das aplicações da energia solar térmica, apresentando os princípios básicos dos dispositivos envolvidos na conversão e no aproveitamento da energia solar como fonte de aquecimento para fluidos de trabalho em diferentes níveis de temperatura. Introduzir as metodologias de dimensionamento das diversas configurações de sistemas térmicos. Capacitar o estudante a projetar sistemas de aquecimento solar em função da demanda de energia requerida. JUSTIFICATIVA: A energia solar térmica abrange processos de aquecimento de fluidos de trabalho em diferentes níveis de temperatura. No caso brasileiro, estão consolidadas as aplicações referentes ao aquecimento de água para fins sanitários. Entretanto, constata-se a necessidade de promover a formação de profissionais aptos a elaborar e coordenar projetos de suporte técnico-científico a programas de planejamento e gerenciamento pelo lado da demanda- GLD; desenvolvimento de novas aplicações, modelagem matemática e validação experimental de equipamentos e sistemas termossolares. Paralelamente, torna-se estratégica a formação de profissionais para atuar em aplicações termossolares em média e alta temperaturas.
Assim, urge introduzir ao aluno de graduação em engenharia e física, interessado nessa área, os procedimentos e técnicas de elaboração, instalação e operação de sistemas de aquecimento solar.
 
 
 
Docente(s) Responsável(eis)
2261983 - Murilo Tadeu Werneck Fagá
2310754 - Roberto Zilles
 
Programa Resumido
A disciplina envolve as principais aplicações da energia solar térmica, tratando os aspectos teóricos e práticos para conhecer o campo de aplicação dos sistemas e instalações; projeto, instalação, operação e manutenção. Além disso, também dedica atenção aos aspectos econômicos de cada aplicação.
 
 
 
Programa
Introdução – Aplicações da Energia Solar Térmica
Contextualização das aplicações termossolares nacionais e internacionais. Casos de sucesso. Programas de governo de incentivo ao aquecimento solar no Brasil e no mundo.

Energia solar
A geometria sol-terra, movimentos da terra, trajetória aparente do sol, características da radiação solar, massa de ar, radiação direta, difusa e global, espectro solar, instrumentos de medida, medida e estimação do recurso solar, base de dados solares, calculo da energia solar e utilização das bases de dados.

Princípios da Transferência de Calor aplicados à Energia Solar Térmica
Radiação: Corpo negro. Lei de Planck e Lei do Deslocamento de Wien. Equação de Stefan-Boltzmann. Intensidade e fluxo radiante. Propriedades óticas das superfícies: absortividade, emissividade, refletividade e transmissividade. Medidas das propriedades superficiais. Superfícies seletivas. Produto transmissividade x absortividade. Dependência angular da transmissividade. Convecção: Convecção natural em geometrias típicas presentes em sistemas termossolares. Relações de transferência e calor em escoamentos internos para fluidos compressíveis e incompressíveis.

Coletores Solares Planos
Modelagem matemática de coletores solares planos para determinação de perfis de temperatura, fator de eficiência e fator de remoção de calor. Eficiência térmica. Normas brasileiras e internacionais para avaliação do desempenho de coletores solares planos.

Coletores Concentradores
Tipos e classificação de concentradores solares. Princípios de funcionamento. Razão de concentração. Desempenho térmico e ótico de concentradores solares. Rastreamento solar.

Armazenamento Térmico
Carga térmica. Armazenamento de energia em sistemas termossolares. Reservatórios térmicos e estratificação. Armazenamento sazonal. Armazenamento químico e com mudança de fase. Aquecimento auxiliar.

Instalações de Aquecimento Solar de Pequeno Porte
Instalações que operam em circulação natural (termossifão). Sistemas acoplados. Simulação matemática. Software TRNSYS. Ensaios de sistemas acoplados. Validação experimental.

Instalações de Aquecimento Solar de Médio e Grande Porte
Instalações que operam em circulação forçada. Simulação matemática. Software TRNSYS. Sistemas de controle e monitoração. Noções de manutenção. Manual de Boas Práticas de Instalação de Aquecimento Solar.

Método da Carta – F.
Desempenho térmico (fração solar) mensal e anual de instalações de aquecimento solar. Fatores de correção dos índices. Influência da temperatura de armazenamento e do dimensionamento dos componentes básicos da instalação termossolar sobre a fração solar.

Aquecimento Solar de Piscina.
Modelagem matemática das perdas térmicas: evaporação, convecção, radiação e condução. Dimensionamento de sistemas de aquecimento solar de piscina. Aquecimento auxiliar.

Aplicações termossolares para média e alta temperaturas
Refrigeração solar. Geração heliotérmica. Aplicações em processos industriais.

Avaliação Econômica
Valor presente líquido. Tempo de retorno de investimento. Taxa interna de retorno. Análise de sensibilidade.
 
 
 
Avaliação
     
Método
Aulas teóricas e de exercícios.
Visitas técnicas
Critério
A = (MP+MT)/2
A = Nota final
MP = Média final das provas
MT = Média final dos trabalhos

Média ponderada de provas e exercícios.
Norma de Recuperação
Uma (01) prova escrita de recuperação realizada no início do semestre seguinte.
 
Bibliografia
     
ABNT, Norma Brasileira de Execução de Instalações de Sistemas de
Energia Solar que utilizam coletores solares planos para aquecimento
de água: NBR 12269.

ABNT, Sistema de aquecimento solar de água em circuito direto - Projeto e instalação: NBR 15569.

ABNT, Norma Brasileira de Projeto e Execução de Instalações Prediais
de Água Quente: NBR 7198.

ABRAVA, Manual de Aquecimento Solar (1998).

ASHRAE, Active Solar Heating Systems Design Manual? ASHRAE (1988).

Atlas Brasileiro de Energia Solar, CPTEC-INPE/MCT, Projeto SWERA.

BECKMAN, W. A., KLEIN S. A. and DUFFIE, J. A., Solar Heating Design by
the f-Chart Method, Wiley-Interscience, New York (1977).

COLLARES-PEREIRA, M., RABL, A., The average Distribution of Solar
Radiation - Correlations between Diffuse and Hemispherical and between
Daily and Hourly Insolation, Solar Energy, V.22, p.155, 1979.

Solar Engineering of Thermal Processes, Duffie and Beckman, Ed. John Wiley and Sons New York, 1991.

DUFFIE, J. A., BECKMAN W. A., Solar Engineering of Thermal Processes, John Wiley & Sons, INC, 3ª Edição, 2000.

MEINEL, A. B., MEINEL, M.P., Applied Solar Energy ? An Introduction, Addison-Wesley Pub. Co., 1ª Edição, 1976.

SIEGEL, R; HOWELL,J.R.- Thermal Radiation Heat Transfer, 3ª ed., Hemisphere Publishing Corporation, USA (1992).
 

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