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O coletor de placa plana costuma se integrar nos denominados sistemas de energia solar de
baixa temperatura, os quais se caracterizam por empregá-lo como elemento receptor de ener-
gia. Seu uso principal é o esquentamento de água para uso sanitário, sendo o sistema ativo
mais simples.
Elementos de um coletor solar de placa plana
Para fazer uma boa escolha do tipo de coletor, tem de se conhecer as características dos ele-
mentos que o constituem. Essa informação é útil para poder avaliar a qualidade dos coletores
e saber escolher o mais adequado para a instalação a ser realizada, o que dependerá das con-
dições climatológicas às quais vai estar submetido, da finalidade da instalação e do orçamento
com o qual conta.
O coletor de placa plana está composto por quatro elementos principais: a cobertura transpa-
rente, a placa captadora, o isolante e a carcaça.
a) Cobertura transparente
É a encarregada de produzir o efeito estufa, reduzir as perdas por convecção e garantir a estan-
queidade do coletor à água e ao ar, em união com a carcaça e as juntas. O efeito estufa atin-
gido pela cobertura consiste em que uma parte da radiação que atravessou a cobertura e chega
à placa captadora é refletida para a cobertura transparente, com uma longitude de onda para
a qual ela é opaca, com o que se consegue reter a radiação no interior. Esse efeito nos define
as características da cobertura:
- Alto coeficiente de transmissão da radiação solar, na faixa de 0,3 a 3 mm, o qual deve se con-
servar ao longo dos anos.
- Baixo coeficiente de transmissão para as ondas longas, superiores a 3 mm.
- Baixo coeficiente de condutividade térmica, que dificulte a passagem de calor desde a super-
fície interior para a exterior, minimizando assim as perdas.
- Alto coeficiente de reflexão para a longitude de onda longa da radiação emitida pela placa
captadora, a fim de que ela retorne à placa.
Por causa disso, a cara interior da cobertura estará mais quente que a exterior, e portanto, vai
se dilatar mais, existindo risco de quebra ou deformação, pelo que a cobertura transparente
deve ter um coeficiente de dilatação pequeno.
Pode se usar uma dupla cobertura ou aumentar a espessura da cobertura transparente para ten-
tar minimizar as perdas por convecção, mas essas soluções aumentam as perdas por absorção
do fluxo solar incidente, além de encarecer o painel. Em geral, pode se dizer que a dupla
cobertura é tanto mais interessante quanto mais baixa seja a temperatura exterior e mais forte
seja o vento.
Os principais materiais utilizados são:
Página1
O Coletor solar de Placa Plana
(C.P.P.)
Aplicações do cobre / Energía Solar
Aplicações do cobre / Energía Solar
- Vidro: São transparentes à radiação de onda inferior a 3 mm e opacos às radiações superio-
res. Existem numerosas variedades de vidro que se diferenciam por sua composição química,
suas características mecânicas e ópticas, etc. Deve-se optar pelos vidros recozidos ou tempera-
dos, já que melhoram suas propriedades mecânicas sem alterar as ópticas.
- Materiais plásticos: Apresentam-se sob a forma de filmes flexíveis de alguns décimos de milí-
metros de espessura, ou sob a forma de placa rígida de alguns milímetros. Suas principais
características são: baixa densidade, má condutividade termina, coeficiente de dilatação lineal
importante e má resistência a temperaturas elevadas. Além disso, sofrem deterioração física e
instabilidade química sob a ação dos elementos exteriores.
Tratamentos especiais da cobertura:
- Tratamento anti-refletor sobre a superfície exterior para diminuir as perdas por reflexão dos
raios solares incidentes.
- Tratamento sobre a superfície interior para que reflita as radiações de grande longitude de
inda e não impeça a passagem da radiação de curta longitude.
O problema desses tratamentos é o encarecimento dos coletores solares.
b) Placa captadora
Tem a missão de absorver da forma mais eficiente possível a radiação solar e transformá-la em
energia térmica utilizável mediante sua transferência para o fluido portador de calor.
Existem diferentes modelos, dos quais os mais comuns são:
i) Duas placas metálicas de cobre separadas por uns milímetros, entre as quais circula o fluido
portador de calor.
ii) Placa metálica de cobre sobre a qual estão soldados ou embutidos os tubos pelos quais cir-
cula o fluido portador de calor. Ao invés de uma placa metálica é possível colocar umas ale-
tas de cobre nos tubos de cobre.
iii) Duas lâminas de metal de cobre unidas mediante grande pressão exceto nos locais que for-
mam o circuito do fluido portador de calor, os quais foram abaulados mediante insuflação de
ar.
iv) Placas de plástico, usadas exclusivamente em climatização de piscinas.
A cara da placa captadora exposta ao sol tem de estar protegida dos raios solares por meio de:
- Tinta preta ou escura que absorve a radiação solar. Apresenta o inconveniente de ter um coe-
ficiente de emissão sensivelmente igual ao de absorção, portanto não é recomendada para altas
temperaturas.
- Superfícies seletivas. Possui um coeficiente de absorção de radiação solar alto e um baixo
coeficiente de emissão. Não existem materiais simples que tenham essa propriedade, portanto
ela é obtida mediante a superposição de camadas ou tratamentos especiais da superfície.
Página2
Aplicações do cobre / Energía solar
Características da placa captadora:
- Tratamentos da superfície: As tintas são mais econômicas que os tratamentos seletivos, mas
se estragam antes.
- Perdas de carga: Se a instalação for funcionar mediante termosifão, elas não devem ser supe-
riores a 3 mm de coluna de água por 1 m2 de coletor para que a circulação seja a adequada
e não ocorram grandes mudanças térmicas.
- Corrosão interna: Não se devem misturar o cobre e o aço para evitar a corrosão do aço.
- Inércia térmica da placa captadora: Quantidade de calor necessária para elevar a temperatu-
ra da placa e do fluido portador de calor em um tempo determinado. A inércia térmica depen-
de, portanto do volume de fluido que possa conter e por isso pretende-se reduzi-lo ao míni-
mo para melhorar o funcionamento do painel.
- Homogeneidade da circulação: Para que o fluido portador de calor que circula pela placa
tenha uma distribuição de temperaturas equilibrada. Isso é vital para os painéis com placa
dupla nos quais o desenho do circuito do fluido é muito importante para o rendimento do pai-
nel.
- Transmissão de calor: Nos painéis com placa dupla, a transmissão de calor é direta, não oco-
rrendo o mesmo para os que possuem os tubos soldados ou embutidos. Nesse último caso, a
transferência de calor vai depender: da condutividade da placa, da separação, do diâmetro e
da espessura dos tubos, do rendimento e do regime do líquido, e da boa execução das soldas
ou dos acoplamentos a pressão,
- Entradas e saídas do fluido na placa: Procurar que as perdas de cargas nestes locais sejam
baixas e que as soldas não estejam forçadas para impedir possíveis fugas.
- Pontes térmicas: Revestir bem com isolante térmico as entradas e saídas para evitar perdas
importantes devido à criação de pontas térmicas entre a placa e os elementos não isolados.
- Resistência à pressão: Deve ser capaz de suportar a pressão da rede. Caso os painéis sejam
instalados com um circuito primário isolado da rede; é preciso prever o aumento de pressão
devido à conexão da placa à rede, à perda e carga e ao enchimento necessário do circuito pri-
mário desde a rede.
- A obstrução do circuito primário: Por causa de incrustações ou de tampões de gelo, portan-
to a instalação deve contar com a instalação dos elementos necessários que evitem a produ-
ção de sobrepressões.
c) Isolamento térmico
A placa captadora está protegida na sua parte posterior e lateral mediante um isolamento tér-
mico para evitar as perdas de calor térmico para o exterior. As características desses isolantes
são as seguintes:
- Resistir altas temperaturas sem se deteriorar; muitas vezes isso se consegue colocando entre
a placa e o isolante uma camada refletora que impeça que o isolante receba diretamente a
radiação.
Página3
Aplicações do cobre / Energía solar
- Desprender poucos vapores ao se descomporem pelo calor e, se ocorrer, que não fiquem
aderidos à cobertura.
- Não se degradarem pelo envelhecimento ou outro fenômeno à temperatura habitual de tra-
balho.
- Suportar a umidade que possa se produzir no interior dos painéis sem perder suas qualida-
des.
Os materiais mais usados são a fibra de vidro, a espuma rígida de poliuretano e o poliestireno
expandido. Qualquer que seja o material escolhido, deve ter um coeficiente de dilatação com-
patível com o dos demais componentes do painel solar.
d) Carcaça:
É a encarregada de proteger e suportar os elementos que constituem o coletor solar, além de
servir de enlace com o edifício, por meio dos suportes. Deve cumprir os seguintes requisitos:
- Rigidez e resistência estrutural que assegure a estabilidade. É muito importante já que deve
resistir à pressão do vento.
- Resistência dos elementos de fixação: mecânica para os esforços a transmitir, e química para
suportar a corrosão.
- Resistência à intempérie: Aos efeitos corrosivos da atmosfera e à instabilidade química devi-
do às inclemências do tempo.
- Aeração do interior do coletor para evitar a condensação da água. Realiza-se mediante duas
técnicas:
- Vácuo no interior do coletor quando ele está frio, para que a carcaça não esteja submetida a
uma pressão muito alta quando o ar no se interior se esquente.
- Realizar uns orifícios na carcaça para permitir a aeração do coletor, assim como a evacuação
da condensação. Os orifícios são localizados na parte posterior para evitar a entrada de água
de chuva e a perda de ar quente no interior do coletor.
- Evitar toda a geometria que permita a acumulação de água-gelo ou neve no exterior do cole-
tor.
- Facilitar a desmontagem da cobertura para poder ter fácil acesso à placa captadora.
Funcionamento:
Se um coletor for exposto ao sol sem circulação de fluido no seu interior, a temperatura da
placa captadora ou absorvedora irá aumentando progressivamente. Essa placa irá armazenan-
do o calor e, ao mesmo tempo, terá perdas, devido aos fenômenos de condução, convecção e
radiação, as quais aumentam com a temperatura.
Página4
Aplicações do cobre / Energía solar
Chega um momento em que as perdas são equiparadas à energia que recebe a placa do sol e
a temperatura se estabiliza, sendo atingida a denominada temperatura de equilíbrio estática,
que depende das condições exteriores às que estiver submetida à placa (quanto mais frio for
o ambiente e mais vento houver, mais baixa será ela).
Se nesse momento circular um fluido pelo coletor, este receberá o calor da placa captadora e
irá aumentando a temperatura. Pelo contrário, a temperatura da placa diminuirá.
Mantendo a circulação do fluido estacionária ou constante, em um determinado momento será
atingida uma nova temperatura de equilíbrio chamada de temperatura de equilíbrio dinâmica,
a qual é sempre inferior à estática.
A máxima temperatura que um coletor instalado pode atingir é a temperatura de equilíbrio
estática, que é necessário conhecer por duas razões:
a) Será a temperatura que a instalação solar atingirá quando esteja parada.
b) A temperatura máxima teórica de utilização da instalação será sempre inferior à temperatu-
ra de equilíbrio estático.
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  • 1. O coletor de placa plana costuma se integrar nos denominados sistemas de energia solar de baixa temperatura, os quais se caracterizam por empregá-lo como elemento receptor de ener- gia. Seu uso principal é o esquentamento de água para uso sanitário, sendo o sistema ativo mais simples. Elementos de um coletor solar de placa plana Para fazer uma boa escolha do tipo de coletor, tem de se conhecer as características dos ele- mentos que o constituem. Essa informação é útil para poder avaliar a qualidade dos coletores e saber escolher o mais adequado para a instalação a ser realizada, o que dependerá das con- dições climatológicas às quais vai estar submetido, da finalidade da instalação e do orçamento com o qual conta. O coletor de placa plana está composto por quatro elementos principais: a cobertura transpa- rente, a placa captadora, o isolante e a carcaça. a) Cobertura transparente É a encarregada de produzir o efeito estufa, reduzir as perdas por convecção e garantir a estan- queidade do coletor à água e ao ar, em união com a carcaça e as juntas. O efeito estufa atin- gido pela cobertura consiste em que uma parte da radiação que atravessou a cobertura e chega à placa captadora é refletida para a cobertura transparente, com uma longitude de onda para a qual ela é opaca, com o que se consegue reter a radiação no interior. Esse efeito nos define as características da cobertura: - Alto coeficiente de transmissão da radiação solar, na faixa de 0,3 a 3 mm, o qual deve se con- servar ao longo dos anos. - Baixo coeficiente de transmissão para as ondas longas, superiores a 3 mm. - Baixo coeficiente de condutividade térmica, que dificulte a passagem de calor desde a super- fície interior para a exterior, minimizando assim as perdas. - Alto coeficiente de reflexão para a longitude de onda longa da radiação emitida pela placa captadora, a fim de que ela retorne à placa. Por causa disso, a cara interior da cobertura estará mais quente que a exterior, e portanto, vai se dilatar mais, existindo risco de quebra ou deformação, pelo que a cobertura transparente deve ter um coeficiente de dilatação pequeno. Pode se usar uma dupla cobertura ou aumentar a espessura da cobertura transparente para ten- tar minimizar as perdas por convecção, mas essas soluções aumentam as perdas por absorção do fluxo solar incidente, além de encarecer o painel. Em geral, pode se dizer que a dupla cobertura é tanto mais interessante quanto mais baixa seja a temperatura exterior e mais forte seja o vento. Os principais materiais utilizados são: Página1 O Coletor solar de Placa Plana (C.P.P.) Aplicações do cobre / Energía Solar
  • 2. Aplicações do cobre / Energía Solar - Vidro: São transparentes à radiação de onda inferior a 3 mm e opacos às radiações superio- res. Existem numerosas variedades de vidro que se diferenciam por sua composição química, suas características mecânicas e ópticas, etc. Deve-se optar pelos vidros recozidos ou tempera- dos, já que melhoram suas propriedades mecânicas sem alterar as ópticas. - Materiais plásticos: Apresentam-se sob a forma de filmes flexíveis de alguns décimos de milí- metros de espessura, ou sob a forma de placa rígida de alguns milímetros. Suas principais características são: baixa densidade, má condutividade termina, coeficiente de dilatação lineal importante e má resistência a temperaturas elevadas. Além disso, sofrem deterioração física e instabilidade química sob a ação dos elementos exteriores. Tratamentos especiais da cobertura: - Tratamento anti-refletor sobre a superfície exterior para diminuir as perdas por reflexão dos raios solares incidentes. - Tratamento sobre a superfície interior para que reflita as radiações de grande longitude de inda e não impeça a passagem da radiação de curta longitude. O problema desses tratamentos é o encarecimento dos coletores solares. b) Placa captadora Tem a missão de absorver da forma mais eficiente possível a radiação solar e transformá-la em energia térmica utilizável mediante sua transferência para o fluido portador de calor. Existem diferentes modelos, dos quais os mais comuns são: i) Duas placas metálicas de cobre separadas por uns milímetros, entre as quais circula o fluido portador de calor. ii) Placa metálica de cobre sobre a qual estão soldados ou embutidos os tubos pelos quais cir- cula o fluido portador de calor. Ao invés de uma placa metálica é possível colocar umas ale- tas de cobre nos tubos de cobre. iii) Duas lâminas de metal de cobre unidas mediante grande pressão exceto nos locais que for- mam o circuito do fluido portador de calor, os quais foram abaulados mediante insuflação de ar. iv) Placas de plástico, usadas exclusivamente em climatização de piscinas. A cara da placa captadora exposta ao sol tem de estar protegida dos raios solares por meio de: - Tinta preta ou escura que absorve a radiação solar. Apresenta o inconveniente de ter um coe- ficiente de emissão sensivelmente igual ao de absorção, portanto não é recomendada para altas temperaturas. - Superfícies seletivas. Possui um coeficiente de absorção de radiação solar alto e um baixo coeficiente de emissão. Não existem materiais simples que tenham essa propriedade, portanto ela é obtida mediante a superposição de camadas ou tratamentos especiais da superfície. Página2
  • 3. Aplicações do cobre / Energía solar Características da placa captadora: - Tratamentos da superfície: As tintas são mais econômicas que os tratamentos seletivos, mas se estragam antes. - Perdas de carga: Se a instalação for funcionar mediante termosifão, elas não devem ser supe- riores a 3 mm de coluna de água por 1 m2 de coletor para que a circulação seja a adequada e não ocorram grandes mudanças térmicas. - Corrosão interna: Não se devem misturar o cobre e o aço para evitar a corrosão do aço. - Inércia térmica da placa captadora: Quantidade de calor necessária para elevar a temperatu- ra da placa e do fluido portador de calor em um tempo determinado. A inércia térmica depen- de, portanto do volume de fluido que possa conter e por isso pretende-se reduzi-lo ao míni- mo para melhorar o funcionamento do painel. - Homogeneidade da circulação: Para que o fluido portador de calor que circula pela placa tenha uma distribuição de temperaturas equilibrada. Isso é vital para os painéis com placa dupla nos quais o desenho do circuito do fluido é muito importante para o rendimento do pai- nel. - Transmissão de calor: Nos painéis com placa dupla, a transmissão de calor é direta, não oco- rrendo o mesmo para os que possuem os tubos soldados ou embutidos. Nesse último caso, a transferência de calor vai depender: da condutividade da placa, da separação, do diâmetro e da espessura dos tubos, do rendimento e do regime do líquido, e da boa execução das soldas ou dos acoplamentos a pressão, - Entradas e saídas do fluido na placa: Procurar que as perdas de cargas nestes locais sejam baixas e que as soldas não estejam forçadas para impedir possíveis fugas. - Pontes térmicas: Revestir bem com isolante térmico as entradas e saídas para evitar perdas importantes devido à criação de pontas térmicas entre a placa e os elementos não isolados. - Resistência à pressão: Deve ser capaz de suportar a pressão da rede. Caso os painéis sejam instalados com um circuito primário isolado da rede; é preciso prever o aumento de pressão devido à conexão da placa à rede, à perda e carga e ao enchimento necessário do circuito pri- mário desde a rede. - A obstrução do circuito primário: Por causa de incrustações ou de tampões de gelo, portan- to a instalação deve contar com a instalação dos elementos necessários que evitem a produ- ção de sobrepressões. c) Isolamento térmico A placa captadora está protegida na sua parte posterior e lateral mediante um isolamento tér- mico para evitar as perdas de calor térmico para o exterior. As características desses isolantes são as seguintes: - Resistir altas temperaturas sem se deteriorar; muitas vezes isso se consegue colocando entre a placa e o isolante uma camada refletora que impeça que o isolante receba diretamente a radiação. Página3
  • 4. Aplicações do cobre / Energía solar - Desprender poucos vapores ao se descomporem pelo calor e, se ocorrer, que não fiquem aderidos à cobertura. - Não se degradarem pelo envelhecimento ou outro fenômeno à temperatura habitual de tra- balho. - Suportar a umidade que possa se produzir no interior dos painéis sem perder suas qualida- des. Os materiais mais usados são a fibra de vidro, a espuma rígida de poliuretano e o poliestireno expandido. Qualquer que seja o material escolhido, deve ter um coeficiente de dilatação com- patível com o dos demais componentes do painel solar. d) Carcaça: É a encarregada de proteger e suportar os elementos que constituem o coletor solar, além de servir de enlace com o edifício, por meio dos suportes. Deve cumprir os seguintes requisitos: - Rigidez e resistência estrutural que assegure a estabilidade. É muito importante já que deve resistir à pressão do vento. - Resistência dos elementos de fixação: mecânica para os esforços a transmitir, e química para suportar a corrosão. - Resistência à intempérie: Aos efeitos corrosivos da atmosfera e à instabilidade química devi- do às inclemências do tempo. - Aeração do interior do coletor para evitar a condensação da água. Realiza-se mediante duas técnicas: - Vácuo no interior do coletor quando ele está frio, para que a carcaça não esteja submetida a uma pressão muito alta quando o ar no se interior se esquente. - Realizar uns orifícios na carcaça para permitir a aeração do coletor, assim como a evacuação da condensação. Os orifícios são localizados na parte posterior para evitar a entrada de água de chuva e a perda de ar quente no interior do coletor. - Evitar toda a geometria que permita a acumulação de água-gelo ou neve no exterior do cole- tor. - Facilitar a desmontagem da cobertura para poder ter fácil acesso à placa captadora. Funcionamento: Se um coletor for exposto ao sol sem circulação de fluido no seu interior, a temperatura da placa captadora ou absorvedora irá aumentando progressivamente. Essa placa irá armazenan- do o calor e, ao mesmo tempo, terá perdas, devido aos fenômenos de condução, convecção e radiação, as quais aumentam com a temperatura. Página4
  • 5. Aplicações do cobre / Energía solar Chega um momento em que as perdas são equiparadas à energia que recebe a placa do sol e a temperatura se estabiliza, sendo atingida a denominada temperatura de equilíbrio estática, que depende das condições exteriores às que estiver submetida à placa (quanto mais frio for o ambiente e mais vento houver, mais baixa será ela). Se nesse momento circular um fluido pelo coletor, este receberá o calor da placa captadora e irá aumentando a temperatura. Pelo contrário, a temperatura da placa diminuirá. Mantendo a circulação do fluido estacionária ou constante, em um determinado momento será atingida uma nova temperatura de equilíbrio chamada de temperatura de equilíbrio dinâmica, a qual é sempre inferior à estática. A máxima temperatura que um coletor instalado pode atingir é a temperatura de equilíbrio estática, que é necessário conhecer por duas razões: a) Será a temperatura que a instalação solar atingirá quando esteja parada. b) A temperatura máxima teórica de utilização da instalação será sempre inferior à temperatu- ra de equilíbrio estático. Página5