Avaliação do desempenho térmico de um novo tipo de tubagem para sistemas solares-térmicos

No artigo propõe-se um novo tipo de tubagem de circulação do fluido de trabalho de sistemas solares-térmicos com vista à redução das perdas térmicas. Nestes sistemas existe um troço quente, entre o painel e o permutador de calor imerso no tanque, e um troço frio no sentido inverso. Acontece que a temperatura do fluido de trabalho no troço quente ronda os 100°C pelo que existe uma importante diferença de temperatura em relação ao ambiente exterior. Por conseguinte, é neste troço quente que ocorrem as maiores perdas de calor na tubagem. Para diminuir estas perdas é prática corrente revestir o tubo com um isolante. Na presente proposta a diferença de temperaturas entre a parede no troço quente e o ambiente é atenuada envolvendo o tubo simples com um outro, formando um espaço ane­lar, por onde também circula, em co-corrente, fluido de trabalho a mais baixa temperatura. Esta configuração decorre de uma ligeira alteração ao circuito, que é descrita no artigo. Por sua vez, o tubo exterior é envolvido por isolante. Nesta configuração a par da menor perda de calor para o ambiente envolvente fica calor retido na corrente fria envolvendo a corrente quente. Este calor permanece no circuito uma vez que o fluido de trabalho assim pré­‑aquecido é alimentado ao painel solar. Este estudo teve como objectivo identificar as condições de operação em que será vantajoso optar pela configuração de tubos concêntricos, no troço quente do circuito, em substituição daquela actualmente usada, de tubos simples. Tomam-se como critérios as perdas de calor e custo dos materiais. No estudo recorre-se a um modelo analítico da transferência de calor, em regime estacionário, apoiado em correlações empíricas para estimar coeficientes de convecção nas passagens de secção circular e anelar. Comparam-se três configurações: um tubo sem isolamento, um tubo simples (tubo envolvido por isolante), e um tubo composto (dois tubos concêntricos envolvidos por iso­lante). Do ponto de vista de custos consideram-se apenas os custos dos materiais. A avalia­ção comparativa é feita para diferentes condições de operação: caudal, temperaturas e razão das áreas de passagem. O estudo, que se deve considerar ainda preliminar, sugere que a configuração de tubos concêntricos é vantajosa apenas numa gama muito particular de condições de opera­ção, que é identificada no artigo.