Aquecimento solar de alta temperatura: quando entram os tubos a vácuo

Em poucas palavras

Água de banho e de piscina não precisa de muito calor. Alguns usos precisam: lavagem de peças, processos industriais, reaquecimento de água de prédios e até refrigeração por absorção. Nessas faixas, o coletor de placa plana perde calor demais para o ambiente, e entram os tubos a vácuo. Para a visão geral dos tipos, veja coletor solar.

Por que a temperatura alta é um problema

O calor útil do coletor é o que ele absorve do sol menos o que perde para o ar, e essa perda cresce com a diferença de temperatura entre a água e o ambiente. O NREL resume a eficiência como uma reta que cai à medida que essa diferença aumenta. O estudo do programa de aquecimento solar da Agência Internacional de Energia ilustra com quatro coletores ensaiados: o de placa plana tinha coeficiente de perda de 3,104 W/m²K e o de tubos a vácuo, 2,824 W/m²K, com rendimento óptico de 0,791 e 0,821. São dois modelos de ensaio, não valores típicos, mas mostram a direção: o tubo perde menos calor, e a vantagem aparece quanto maior a diferença de temperatura.

O que os tubos a vácuo fazem

O guia do Departamento de Energia dos EUA (DOE) descreve fileiras de tubos de vidro, cada um com um tubo externo de vidro e um tubo absorvedor de metal preso a uma aleta com revestimento seletivo. O ar é retirado do espaço entre eles, formando vácuo, o que elimina a perda por condução e por convecção. Segundo o NREL, o calor sai do tubo por um heat pipe: um fluido evapora numa ponta e condensa na outra, e hoje se usa água deionizada. A extremidade quente é presa a uma tubulação coletora (manifold) que aquece a água de consumo ou um fluido anticongelante que circula até um trocador de calor.

Outras características citadas no webinar:

• os tubos são leves e podem ser levados ao telhado um a um, muitas vezes sem guindaste, ao contrário das placas planas, que podem exigir um;
• o vento passa entre os tubos, o que reduz a carga de vento;
• a produção é mais uniforme ao longo do dia, embora menor ao meio-dia que a da placa plana;
• são muito usados na Alemanha, onde o NREL diz que o lugar mais ensolarado é mais nublado que o mais nublado dos EUA, e na Ásia;
• o DOE observa que, nos EUA, os sistemas de tubos a vácuo são usados com mais frequência em aplicações comerciais.

Onde são usados

O NREL recomenda os tubos para três situações: temperaturas mais altas do que a placa plana alcança com eficiência, clima frio e baixa radiação. Os exemplos do webinar incluem refrigeração por absorção, processos industriais como a lavagem de vidraria a 180 °F (cerca de 82 °C) e o reaquecimento de água de recirculação de um hospital (grandes volumes). Para temperaturas ainda mais altas, o palestrante cita o tubo no foco de um espelho em calha parabólica, associado ao calor de processo industrial (indústria e agro).

Cuidados

• Segurança no ponto de uso: o NREL trata a válvula misturadora como dispositivo de segurança, e o limite de temperatura do reservatório pode vir de fábrica ajustado em 180 °F, valor que o próprio palestrante reduz em casa por causa de crianças.
• Superaquecimento: um coletor seco e parado ao sol chega a cerca de 400 °F (cerca de 204 °C), segundo o webinar, e os materiais são projetados para suportá-lo. A válvula de alívio de pressão é item de segurança, não de controle; o tanque de drenagem (drainback) é uma saída para proteger o sistema.
• Dimensionamento: parte da carga de água quente e da irradiação local (calculadora de aquecimento solar); o NREL sugere pensar na carga do mês de maior radiação para não superdimensionar.

O que o portal não afirma

As tabelas do Inmetro de coletores cobrem as aplicações de banho e de piscina. O portal não tem tabela nem fonte própria para coletores de temperatura de processo mais alta e não compara custo entre tipos. O projeto segue a ABNT NBR 15569 e as normas aplicáveis à instalação, e deve ser feito por profissional habilitado.