CÁLCULO DO RENDIMENTO DE UM SISTEMA TÉRMICO

 

Numa instalação solar de aquecimento de água, a energia da radiação solar absorvida na superfície das placas do coletor é transferida sob a forma de calor, por meio de um fluido circulante, para a água contida num depósito, como se representa na figura.

A variação da temperatura da água no depósito resultará do balanço entre a energia absorvida e as perdas térmicas que ocorrerem.

Nesta instalação solar de aquecimento de água para consumo doméstico, os coletores solares ocupam uma área total de 4,0 m².

Em condições atmosféricas adequadas, a radiação solar absorvida por estes coletores é, em média, 800 W / m².

Considere um depósito, devidamente isolado, que contém 150 kg de água. Verifica-se que, ao fim de 12 horas, durante as quais não se retirou água para consumo, a temperatura da água do depósito aumentou 30 ºC.

Pretende-se calcular o rendimento associado a este sistema solar térmico.

Considere c (capacidade térmica mássica da água) = 4,185 kJ kg^–1 ºC^–1

 

RESOLUÇÃO:

• A = 4,0 m²
• I = 800 W m^-2
• Δt = 12 h = 12 x 3600 s ⇔ Δt = 4,32 x 10⁴ s
• m(H₂O) = 150 kg;
• ΔT = 30 ºC
• c(H₂O) = 4,185 kJ kg^-1 ºC^-1 = 4,185 x 10³ J kg^-1 ºC^-1

⇒ A energia disponível, E_dispon, para o aquecimento da água não é mais do que a energia solar absorvida pelo coletor durante as 12 h.

• E_dispon = I x A x Δt = 800 x 4,0 x 4,32 x 10⁴  = 1,38 x 10⁸ J

⇒ A energia utilizada, E_útil, no aquecimento dos 150 kg de água, isto é, a energia transferida como calor para a água,  :

• E_útil = Q = m(H₂O) c(H₂O) ΔT = 150 x 4,185 x 10³ x 30 J = 1,88 x 10⁷ J

⇒ O rendimento, h, associado ao sistema é:

⇒ O rendimento do processo de aquecimento é de 13,6%.

António Pinto