Efeito da sazonalidade na imagem focal de concentradores solares do tipo Scheffler.

Abstract

Este trabalho apresenta um estudo de caracterizac ¸ão da imagem formada por um concentrador de Scheffler de 2 m 2 no equinócio em relac ¸ão à variac ¸ão da declinac ¸ão solar ao longo do ano para auxiliar em projetos de receptores mais eficientes. Os concentradores de Scheffler possuem a característica de manter o seu foco e estrutura fixos conforme a declinac ¸ão solar e o azimute variam. Essa condic ¸ão é garantida por possuir dois eixos de rastreamento e uma superfície refletora flexível, cuja geometria corresponde à sec ¸ão lateral de um paraboloide delimitada por uma moldura elíptica. As análises se basearam em modelo matemático e dados de experimentos mensais realizados durante um ano. A calibrac ¸ão do sistema foi feita pelo método indireto que utiliza uma câmera digital e uma placa lambertiana, e os valores dos pixels foram relacionados à média histórica de DNI aferida por um pireliômetro no intervalo de uma hora em torno do meio-dia solar. As curvas teóricas referentes à área de abertura do concentrador apresentaram um comportamento cíclico em que o valor mínimo foi de 1,24 m 2 próximo ao solstício de Capricórnio e o máximo foi de 2,74 m 2 próximo ao solstício de Câncer. A área do núcleo apresentou um comportamento semelhante e variou no intervalo de 3,0 cm 2 a 7,9 cm 2 . As simulac ¸ões mostraram que a elevac ¸ão do ângulo de abertura do cone de reflexão levou ao aumento da área da imagem. Considerando os resultados teóricos e experimentais, encontrou-se um ângulo óptico de abertura médio para o concentrador estudado de 55,5 mrad. Observou-se um comportamento semelhante entre as curvas da potência incidente no núcleo e da proporc ¸ão entre as áreas do núcleo e fronteira. No núcleo, a potência variou de 280,2 W a 1.508,5 W, e o fator de interceptac ¸ão de 28% a 76%. Na fronteira, a potência foi de 974,9 W a 1.907,9 W, e o fator de interceptac ¸ão de 79% a 100%. Em ambas as regiões, as potências mínimas ocorreram no experimento de novembro, e as máximas no de agosto. O pico do fluxo de energia incidente no foco variou de 165,8 kW/m 2 a 382,5 kW/m 2 . De modo geral, os picos mínimos ocorreram próximos ao solstício de dezembro e os máximos próximos aos equinócios. Uma parcela de fluxo de energia deslocada do centro foi observada nas distribuic ¸ões próximas ao solstício de junho, que contribuiu para a reduc ¸ão da intensidade do pico nessas datas. A razão de concentrac ¸ão de energia depende do DNI, da área de abertura do concentrador, dos ajustes e dos processos construtivos. Os resultados experimentais apresentaram concordância com o funcionamento teórico do concentrador de Scheffler e podem ser utilizados em projetos de dimensionamento de receptores.