Chamines Solares

Páginas: 5 (1192 palavras) Publicado: 4 de maio de 2014
Introdução

Com a crescente preocupação com o consumo energético sustentável, a substituição de combustíveis fósseis por fontes renováveis e de baixos impactos ambientais, são alternativas para a geração de energia elétrica. Possíveis escassezes de recursos não renováveis, como o petróleo, e o problema econômico e político da sua falta tornam as fontes alternativas a ele o foco de incessantespesquisas.

Diversos países com uma baixa variedade da sua matriz energética tem focado nas fontes não convencionais de energia, como o exemplo da Namíbia, cujo governo autorizou a construção de uma chaminé solar para geração de energia elétrica. Esta possui capacidade de gerar 400 MW. Provando não ser apenas uma questão ambiental, mais sim, econômica e de autonomia política.

Tendo comoprincípio o aquecimento do ar, e consequentemente sua expansão – gerando zonas de baixa pressão – forçando sua subida por uma torre, as chaminés solares são uma alternativa que demonstra viabilidade, técnica e econômica, para a conversão de energia solar em elétrica. Seu primeiro protótipo, com a finalidade de produção de energia elétrica foi na Espanha (Imagem 1). Gerando 50 kw, com um raio de 180 me uma altura de 198 m (Lineu, 2011).

Suas aplicações variam da citada produção de energia elétrica. As torres de vento são utilizadas para a secagem de grãos pela agricultura. Mostrando sua viabilidade econômica, baixo custo de montagem e manutenção, frente aos sistemas mecânicos de secagem.

Modelagem

O princípio básico para o funcionamento das torres é a diferença de pressão, ocasionadapelo aquecimento do ar no interior dela. A massa de ar entra pela base com um escoamento radial, ao entrar na chaminé o escoamento é transformado em axial. Sua energia cinética é transformada em energia mecânica, que movimenta as pás da turbina, outra parte é transformada em energia potencial e é levado a saída da chaminé.

A modelagem deve levar em conta a geometria da chaminé. Ocasionandomelhores resultados para formatos curvos e cônicos, estes evitam recirculações e perdas de potência com escoamento turbulento do ar. Outras conclusões podem ser observadas, como a maior eficiência da chaminé com base constituída de material transparente e um melhor escoamento quando possui pouca interferência de ventos externos, ventos com baixa velocidade.

A modelagem do fluxo de ar no interiorda chaminé só é possível mediante algumas simplificações. O coletor é uma superfície plana, consideraremos o fluxo de ar no coletor simétrico – não condiz com a diferença de temperatura oriunda da angulação dos raios do sol – é desconsiderada, também, a diferença de temperatura entre o coletor e o solo.











Considera-se que lei de conservação da massa seja aplicada ao modelo,sendo assim a equação da continuidade aplicada ao volume de controle fica como:

Assumindo intervalos de tempo suficientementes pequenos para as interações – conderamos assim a massa de ar que entra no coletor igual a massa que sai do coletor, de acordo com a equação, já definida, da continuidade – as variáveis de estado não se alteram. Temos então a equação da conservação de movimento do ar nointerior da chaminé, dada por:


tendo em vista que o primeiro termo da equação é a equação da continuidade, cuja consideração do intervalo de tempo a simplifica.

A modelagem térmica é feita com o conceito de resistências térmicas, cujas caracteristicas são similares as da resistência elétrica. Sendo assim o cirtuito térmico, organizado em forma matricial, é dado por:


A aplicação daprimeira lei da termodinâmica para o volume de controle da chaminé é dado por:




onde: Qvc é o fluxo de calor e Wvc é o trabalho realizado pelo volume de controle. Sendo, ainda, m o fluxo de massa – ar – que passa pela chaminé, h a entalpia específica.

O modelo da chaminé sofre as mesmas simplificações que o coletor da torre sofre. Com mais uns adicionais devem ser destacados, a saber...
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