AVALIAÇÃO DA ABSORÇÃO DE RADIAÇÃO SOLAR DE PLACA COLETORA DE SISTEMAS DE AQUECIMENTO SOLAR DE ÁGUA COM AGREGAÇÃO DE TIO2 NANOESTRUTURADO
Resumo
Dentre as várias possibilidades de utilização da energia solar, o aquecimento de água tem sido tratado com grande importância devido aos ganhos energéticos e econômicos proporcionados pelo mesmo. Contudo, ainda existem alguns fatores que dificultam a expansão do uso deste tipo de sistema, como o elevado custo para a sua produção e a variação da incidência da radiação solar. Através destas prerrogativas, o presente trabalho tem como objetivo realizar modificações na placa de captação de energia solar de um sistema de aquecimento solar de água. A placa é composta por uma aleta de cobre revestida com tinta preta fosca e atua como material absorvedor da radiação solar incidente para aquecimento de água do sistema. Através destas prerrogativas, foi proposta a substituição da placa de cobre por aço galvanizado, o que reduziria consideravelmente o custo relacionado à produção das placas coletoras. Para evitar a perda de eficiência térmica proporcionada pela substituição do material da placa absorvedora, foi realizada a agregação de dióxido de titânio (TiO2) nanoestruturado na tinta da superfície da mesma. O aumento da área superficial da placa coletora proporcionado pelo material agiu como o principal fator para a melhoria de eficiência térmica do sistema. Todas as modificações foram avaliadas em um protótipo de sistema de aquecimento solar de água confeccionado na Universidade de Santa Cruz do Sul, o qual é utilizado em outros trabalhos, os quais visam de igual forma a realização de testes de eficiência térmica em diferentes cenários compostos com diferentes de materiais. Os ensaios foram realizados através da quantificação das temperaturas de entrada e saída da placa através de termopares interligados a um aquisitor de dados. Foram propostos 7 diferentes cenários: Cobre + tinta comercial (C0), Cobre + tinta + 3% TiO2 nanoestruturado (C1), Cobre + tinta + 5% TiO2 nanoestruturado (C2), Aço galvanizado + tinta comercial (C3), Aço galvanizado + tinta + 3% TiO2 nanoestruturado (C4), Aço galvanizado + tinta + 5% TiO2 nanoestruturado (C5), Aço galvanizado (C6); Cobre (C7). Foram realizados testes com placas de aço galvanizado (C6) e cobre (C7), ambas sem tinta, afim de comparar a capacidade de absorção proporcionada por cada material. O cobre apresentou melhor capacidade de absorção de radiação solar, apresentando uma diferença de ~6% de eficiência em relação ao aço. O cenário C2 obteve uma eficiência de 62% se caracterizando como o cenário de maior potencial absorvedor de radiação solar. Por outro lado, a proposta de substituição do cobre pelo aço galvanizado ganhou potencialidade através do grande desempenho de absorção de radiação solar promovido pelo TiO2 agregado à tinta. Apesar do aço galvanizado possuir menor capacidade condução térmica que o cobre, o TiO2, em uma proporção de 5% de massa em tinta, promoveu um aumento significativo da eficiência de absorção de radiação solar, a qual se equiparou ao cenário comercial (C0) com absorção de 54% de radiação solar. A quantificação da eficiência térmica dos cenários demonstrou melhoria significativa na capacidade de absorção da radiação solar do sistema ao utilizar este material nanoestruturado. As análises de eficiência térmica potencializaram a proposta de substituição do cobre por um material mais barato e não menos eficiente, no caso, o aço galvanizado.
