Potencial de utilização de fibras óticas no desenvolvimento de concentradores solares

Abstract

Este trabalho foi desenvolvido visando os seguintes objetivos: i) projetar e estimar a eficiência de um sistema de captação solar, composto por um espelho parabólico acoplado a um sistema de rastreamento do sol, um cabo ótico para transporte da potência e possíveis dispositivos de conversão final, ii) construir e testar estes aparelhos através de cálculos matemáticos, simulações computacionais e protótipos, iii) determinar a eficiência dos aparelhos, bem como a funcionalidade e viabilidade técnica de seus diversos componentes, testando as hipóteses assumidas. A partir dos cálculos, simulações, considerações e testes apresentados, foi proposto ao final, o projeto para um protótipo efetivo de testes, calculando-se a eficiência e um custo aproximado para este protótipo. Concluímos, assim, ser possível a construção de um dispositivo de grande eficiência utilizando-se refletores parabólicos, fibra IR1 como canal ótico para o translado da potência, e sistemas de alinhamento solar, bem como um concentrador parabólico composto para melhorar a mancha focal do sistema. A eficiência calculada para este dispositivo foi de 53,0%, transmitindo a energia a 20 m de distância. Estimou- se ainda o desempenho para o aquecimento de água nas condições de verão para o município de Viçosa, MG. Os cálculos foram feitos para materiais de fácil acesso, referidos pela literatura. São grandes as conseqüências ambientais e sociais do estudo em questão, destacando-se o baixo custo, a alta eficiência e principalmente a diversidade e facilidade de aplicações finais, superando inclusive as facilidades oferecidas pela utilização da eletricidade, uma vez que até mesmo esta última pode ser diretamente gerada pelo sistema estudado.

This work aimed i) to design and estimate the efficiency of a solar capturing system, composed of a parabolic mirror coupled to a sun - scanning system, an optical cable for potency transport and possible final conversion devices, ii) to build and test this device through mathematical calculations, computer simulations and prototypes, iii) to determine the efficiency of this device as well as the functionality and technical viability of its several components, by testing the assumed hypotheses. Based on the calculations, simulations, considerations and tests presented, a project for an effective test prototype was ultimately proposed, its efficiency and approximate cost being calculated. It was concluded that it was viable to build a highly efficient device using parabolic reflectors, IR1 fiber as an optical channel for potency transfer and solar alignment, as well as a parabolic concentrator composed to improve the focal spot of the system. The efficiency calculated for this device was 53.0%, transferring energy at 20 m distance, under summer conditions for the municipality of Viçosa, MG. The calculations were made for easily available materials referred in the literature. The major environmental and social advantages resulting from this study are low cost, high efficiency, and especially, diversity and facility of final application, even greater than the facilities offered by the use of electricity, since even that can be directly generated by the system studied.