UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO JOÃO DEL REI
Departamento de Ciências Térmicas e dos Fluidos
CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS
Departamento de Engenharia Mecânica
Programa de Pós-Graduação em Engenharia da Energia
Diego de Mendonça Taborda
Uso de energia solar para o aquecimento do ar
em secadores de grãos.
São João del Rei - MG
2017
Diego de Mendonça Taborda
Uso de energia solar para o aquecimento do ar
em secadores de grãos.
Dissertação apresentada ao Programa
de Pós-graduação em Engenharia da Energia,
Em Associação Ampla entre o Centro Federal
de Educação Tecnológica de Minas Gerais e a
Universidade Federal de São João del Rei,
como requisito parcial para a obtenção do
título de Mestre em Engenharia da Energia
Orientador: Prof. Dr. José Antônio da Silva
São João del Rei – MG
2017
Ficha catalográfica elaborada pela Divisão de Biblioteca (DIBIB) e Núcleo de Tecnologia da Informação (NTINF) da UFSJ,
com os dados fornecidos pelo(a) autor(a)
T114uTaborda, Diego de Mendonça. Uso de energia solar para o aquecimento do ar emsecadores de grãos / Diego de Mendonça Taborda ;orientador José Antônio da Silva. -- São João delRei, 2017. 73 p.
Dissertação (Mestrado - Mestrado em Engenharia deEnergia) -- Universidade Federal de São João delRei, 2017.
1. Energia solar. 2. Eficiência energética. 3.Secador solar. 4. Leito de brita. 5. Eficiência desecagem. I. Silva, José Antônio da, orient. II. Título.
Dedicatória,
Dedico esse trabalho a todos os que estiveram presentes em minha caminhada,
principalmente a minha noiva, Carla Elise, que me deu tanto apoio durante esta jornada. Dedico
também este trabalho a memória de meu avô, pessoa que me ajudou a me tornar quem sou hoje.
Agradecimentos
À Universidade Federal de São João Del Rei - UFSJ e ao Programa de Pós-
Graduação em Engenharia da Energia - PPGEE pelo ensino de qualidade e suporte durante
todo o curso.
Agradeço a meu orientador o Prof. Dr. José Antônio da Silva, o qual me guiou em
todo meu caminho com sabedoria e paciência.
Aos senhores, Paulo Giarola e Divino os quais foram tão prestativos durante a
confecção deste projeto.
À Claudio Isamu Okada e Lucila Yumi Okada, donos da Fazenda Liberdade, em
Madre de Deus de Minas, os quais generosamente cederam as amostras de trigo para
realização deste projeto.
À FAPEMIG pelo auxílio financeiro, o qual viabilizou os meus estudos tornando
possível a elaboração desse trabalho.
Resumo
A crescente demanda de energia no planeta e a iminente escassez de energias não renováveis,
torna a utilização da energia solar e outras energias renováveis cada vez mais importante. O
agronegócio exerce uma forte influência no PIB brasileiro correspondendo a cerca de 23% no
ano de 2016, (CNA, 2016), onde o processo de secagem é um dos que mais consome energia.
Neste trabalho é analisado um secador solar indireto e por convecção forçada, onde três
materiais como meios absorvedores são utilizados: chapa de aço, brita sem pintar e a brita
pintada de preto fosco. As temperaturas de saída do coletor solar e câmara de secagem foram
analisadas, obtendo-se picos de temperatura na saída do coletor no valor de 72,3 ºC ±0,57 ºC
para a chapa de aço, 60,4 ºC ±0,39 ºC para a brita sem pintar e 65,4 ºC ±0,53 ºC para a brita
pintada. Foi feita a análise das eficiências térmicas do coletor solar e da eficiência de secagem
do secador solar, a eficiência térmica do coletor solar utilizando a chapa de aço, a brita sem
pintar e a brita pintada foi respectivamente de 44% ±1,2%, 51,2% ±2,09 e 65,33% ±2,29. Foi
possível concluir que os coletores solares com o uso do leito de brita alcançaram uma eficiência
térmica maior que o coletor solar com a chapa de aço.
Palavras Chaves: Energia solar, Eficiência energética, Secador solar, Leito de brita,
Eficiência de secagem.
Abstract
The growing demand for energy on the planet makes the use of solar energy and other
renewable energy increasingly important. Agribusiness exerts a strong influence on the
Brazilian GDP, corresponding to around 23% in 2016 (CNA, 2016), where the drying process
is one of the most energy spender. It has been analyzed in this work an indirect and forced
convection solar dryer, where three materials as absorbing media are used steel plate, unpainted
gravel and painted-black-matte gravel. The outlet temperatures of the solar collector and the
drying chamber were analyzed, obtaining peaks of temperature at the outlet of the collector in
the value of 72,3 ºC ± 0,57 ºC for the steel plate, 60,4 ºC ± 0,39 ° C for unpainted gravel and
65.4 ° C ± 0.53 °C for painted gravel. The thermal efficiency of the solar collector using steel
plate, unpainted gravel and painted gravel was respectively 44% ± 1.2%, 51, 2% ± 2.09 and
65.33% ± 2.29. It is concluded that the solar collectors with the use of the packed bed achieved
a greater thermal efficiency than the solar collector with the steel plate.
Key Words: Solar energy, Thermal efficiency, solar dryer, Bed Packed, Drying efficiency
Lista de Figuras
FIGURA 1 - OFERTA DE ENERGIA INTERNA NO BRASIL ......................................................................................................... 17
FIGURA 2 - OFERTA INTERNA DE ENERGIA ELÉTRICA ........................................................................................................... 18
FIGURA 3 - COLETOR SOLAR COM LEITO DE BRITAS CONSTRUÍDO POR SCHUCK (2012 ) ............................................................ 19
FIGURA 4 - SILO EM ESTRUTURA METÁLICA DO TIPO GRANEL ............................................................................................... 21
FIGURA 5 - SILOS DE CONCRETO .................................................................................................................................... 22
FIGURA 6 – PRINCÍPIO DA SECAGEM DE GRÃOS, REPRESENTAÇÃO DA MOVIMENTAÇÃO DO AR E DA ÁGUA A PARTIR DO GRÃO ........... 23
FIGURA 7 – TIPOS DE SECADORES SOLARE ....................................................................................................................... 25
FIGURA 8 - SECADOR ATIVO INDIRETO ............................................................................................................................ 26
FIGURA 9 - SECADOR SOLAR DIRETO COM CAIXA DE MADEIRA (TIPO BANDEJA) ........................................................................ 27
FIGURA 10 - SECADOR ABSORVEDOR REVERSO ................................................................................................................. 28
FIGURA 11 – PRODUÇÃO DE GRÃOS DE MILHO, SOJA E TRIGO DE MADRE DE DEUS DE MINAS ENTRE 2010 E 2016. ..................... 34
FIGURA 12 – ESQUEMA DE MONTAGEM DO SECADOR SOLAR PROPOSTO ............................................................................... 35
FIGURA 13 – VISTA LATERAL DO SECADOR SOLAR. ............................................................................................................. 36
FIGURA 14 – SEÇÃO TRANSVERSAL DO COLETOR SOLAR. .................................................................................................... 36
FIGURA 15 - CÂMARA DE SECAGEM E BANDEJAS. ............................................................................................................. 37
FIGURA 16 – BANDEJA PARA APOIAR O PRODUTO DE SECAGEM ........................................................................................... 37
FIGURA 17 – COLETOR SOLAR COM CHAPA DE AÇO ........................................................................................................... 39
FIGURA 18 – COLETOR SOLAR COM LEITO DE BRITA SEM PINTAR .......................................................................................... 39
FIGURA 19 – COLETOR SOLAR COM LEITO DE BRITA PINTADA DE PRETO ................................................................................. 39
FIGURA 20 – FOTO DA AMOSTRA DE TRIGO UTILIZADA PARA DETERMINAÇÃO DAS CURVAS DE SECAGEM ...................................... 40
FIGURA 21 – FOTO DO ANALISADOR DE UMIDADE E IMPUREZA, GEHAKA MODELO G650. ........................................................ 40
FIGURA 22 – FOTO DO TERMOPAR TIPO K....................................................................................................................... 41
FIGURA 23 – RECEPTOR DE DADOS DA NATIONAL INSTRUMENTS, MODELO NI USB-9211 ....................................................... 41
FIGURA 24 – FOTO DO SOLARÍMETRO MAXWELL, MODELO 7834 ....................................................................................... 42
FIGURA 25 – FOTO DO MULTÍMETRO DIGITAL AGILENT, MODELO 34401ª ............................................................................ 42
FIGURA 26 – ANEMÔMETRO DIGITAL MINIPA MDA-11 .................................................................................................... 42
FIGURA 27 – VISTA LATERAL DO COLETOR SOLAR FONTE: ELABORADO PELO AUTOR ................................................................ 44
FIGURA 28 – FOTO DO POSICIONAMENTO DO SOLARÍMETRO DURANTE CALIBRAÇÃO, A ESQUERDA O SOLARÍMETRO DA ESTAÇÃO
METEOROLÓGICA, A DIREITA O SOLARÍMETRO DO LABORATÓRIO DE ENERGIA................................................................. 48
FIGURA 29 – GRÁFICO DE CALIBRAÇÃO DO SOLARÍMETRO .................................................................................................. 49
FIGURA 30 – TEMPERATURAS E RADIAÇÃO SOLAR DO DIA 18/09......................................................................................... 52
FIGURA 31 – TEMPERATURAS E RADIAÇÃO SOLAR DO DIA 19/09......................................................................................... 52
FIGURA 32 - TEMPERATURAS E RADIAÇÃO SOLAR DO DIA 21/09 ......................................................................................... 53
FIGURA 33 - TEMPERATURAS E RADIAÇÃO SOLAR DO DIA 22/09 ......................................................................................... 53
FIGURA 34 - TEMPERATURAS E RADIAÇÃO SOLAR DO DIA 23/09 ......................................................................................... 54
FIGURA 35 - TEMPERATURAS E RADIAÇÃO SOLAR DO DIA 24/09 ......................................................................................... 54
FIGURA 36 - TEMPERATURAS E RADIAÇÃO SOLAR DO DIA .................................................................................................... 55
FIGURA 37 - TEMPERATURAS E RADIAÇÃO SOLAR DO DIA 26/09 ......................................................................................... 55
FIGURA 38 - - TEMPERATURAS E RADIAÇÃO SOLAR DO DIA 27/09 ....................................................................................... 56
FIGURA 39 - TEMPERATURAS E RADIAÇÃO SOLAR DO DIA 28/09 ......................................................................................... 56
FIGURA 40 - TEMPERATURAS E RADIAÇÃO SOLAR DO DIA 29/09 ......................................................................................... 57
FIGURA 41 – COMPARAÇÃO ENTRE O DIA 19/09, USANDO CHAPA DE AÇO E O DIA 29/09, USANDO A BRITA PINTADA DE PRETO ..... 58
FIGURA 42 – COMPARAÇÃO ENTRE O DIA 24/09, UTILIZANDO BRITA SEM PINTAR, E O DIA 29/09 UTILISANDO A BRITA PINTADA DE
PRETO. ............................................................................................................................................................ 58
FIGURA 43 – EFICIÊNCIA TÉRMICA DO COLETOR SOLAR COM A CHAPA DE AÇO ........................................................................ 59
FIGURA 44 – EFICIÊNCIA TÉRMICA DO COLETOR SOLAR COM A BRITA SEM PINTAR .................................................................... 60
FIGURA 45 – EFICIÊNCIA TÉRMICA DO COLETOR SOLAR COM A BRITA PINTADA DE PRETO .......................................................... 61
FIGURA 46 – CURVA DE REMOÇÃO DE UMIDADE DO TRIGO PARA UTILIZANDO-SE A CHAPA DE AÇO ............................................. 63
FIGURA 47 - CURVA DE REMOÇÃO DE UMIDADE DO TRIGO UTILIZANDO-SE A BRITA SEM PINTAR ................................................. 64
FIGURA 48 - CURVA DE REMOÇÃO DE UMIDADE DO TRIGO UTILIZANDO-SE A BRITA PINTADA DE PRETO ........................................ 64
FIGURA 49 – EFICIÊNCIA DE SECAGEM PARA O COLETOR SOLAR COM CHAPA DE AÇO ................................................................ 65
FIGURA 50 – EFICIÊNCIA DE SECAGEM PARA O COLETOR SOLAR COM BRITA SEM PINTAR ........................................................... 66
FIGURA 51 – EFICIÊNCIA DE SECAGEM PARA O COLETOR COM BRITA PINTADA DE PRETO ........................................................... 67
Lista de Tabelas
TABELA 1 – TEOR DE UMIDADE DE ARMAZENAMENTO ....................................................................................................... 20
TABELA 2 – PROPRIEDADES DOS MATERIAIS ABSORVEDORES ............................................................................................... 38
TABELA 3 – TABELA DE INCERTEZA DE MEDIÇÃO ............................................................................................................... 44
TABELA 4 – TABELA MODIFICADA DE THOMPSON ............................................................................................................. 47
TABELA 5 – DADOS DE RADIAÇÃO SOLAR INCIDENTE MEDIDOS DURANTE OS DIAS DE TESTE UTILIZANDO A CHAPA DE AÇO COMO
MATERIAL ABSORVEDOR ..................................................................................................................................... 50
TABELA 6 – DADOS DE RADIAÇÃO SOLAR INCIDENTE PARA OS DIAS DE TESTE UTILIZANDO A BRITA SEM PINTAR COMO MATERIAL
ABSORVEDOR ................................................................................................................................................... 50
TABELA 7– DADOS DE RADIAÇÃO SOLAR INCIDENTE PARA OS DIAS DE TESTE UTILIZANDO A BRITA PINTADA DE PRETO COMO MATERIAL
ABSORVEDOR ................................................................................................................................................... 50
Lista de Símbolos
𝐴𝑆,𝐴𝑛 – Área da seção transversal do bocal do anemômetro [m²];
𝐴𝑐 – Área do coletor solar, [m²];
𝐼𝑐 – Radiação solar calculada, [W/m²];
𝑃𝑎𝑟 – Pressão parcial do ar seco, [Pa];
𝑃𝑠 – Pressão de saturação, [Pa];
𝑃𝑡 – Pressão total, [Pa];
�̇�𝑎𝑏 – Calor cedido pelo material absorvedor ao ar de secagem, [W];
�̇�𝐼 – Calor incidente proveniente da radiação solar, [W];
�̇�𝑣𝑒𝑛𝑡 – Potência necessária para o acionamento do ventilador, [W];
𝑇𝑏𝑠 – Temperatura de bulbo seco [K];
𝑇𝑒 e 𝑇𝑠 – Temperaturas de entrada e saída do coletor, respectivamente, [K];
𝑇𝑠,1 e 𝑇𝑠,2 – Temperatura da superfície quente e fria, respectivamente, [K];
𝑉𝑎𝑟 – Velocidade do ar [m/s];
𝑋𝑅 – Incerteza final;
𝑐𝑝 – Calor específico, [J/kg.K];
𝑒𝑎 – Pressão parcial do vapor d’água, [Pa];
ℎ𝑙 – Calor latente de vaporização da água, [kJ/kg];
𝑚0 – Massa inicial da amostra, [kg];
�̇�𝑎𝑟 – Fluxo de massa de ar que passa pelo coletor solar, [kg/s];
𝑚𝑎𝑟 – Massa de ar seco, [kg];
𝑚𝑣 – Massa de vapor d’água, [kg];
𝑛𝑎 – Número de moles de vapor d’água, [mol];
𝑛𝑎𝑟 – Número de moles de ar seco, [mol];
𝑛𝑠 – Eficiência de secagem do secador solar [%];
𝑛𝑡 – Eficiência térmica do coletor solar [%];
𝑝𝑎𝑡𝑚 – Pressão atmosférica [Pa];
𝑞"𝑐𝑜𝑛𝑑 – Fluxo de calor transmitido por condução, [W/m²];
𝑤𝑓 – Umidade final da amostra b.u., [%];
𝑤𝑖 – Umidade inicial da amostra base úmida (b.u.), [%];
𝑥1, 𝑥2, … , 𝑥𝑛 – Incerteza de cada componente;
𝜌𝑎𝑟 – Massa específica do ar [kg/m³];
𝜎 – é o valor do desvio padrão médio;
GSC – Constante solar global, [w/m²];
k – Condutividade térmica, [W/m.K];
𝐼 – Radiação solar incidente no coletor; [W/m²];
𝑅 – Constante universal dos gases ideais [J/kmol];
𝑇 – Temperatura do ar atmosférico [K];
𝑈 – Umidade Absoluta [%];
𝑉 – Volume ocupado [m³];
𝑊 – Massa de água removida do produto, [kg];
𝑛 – Número total de moles, [mol];
𝛼 – Difusividade térmica, [m²/s];
𝜌 – Massa específica [kg/m³];
𝜙 – Umidade relativa [%];
Abreviaturas
PCS – Poder Calorífico Superior
Sumário
Dedicatória, ..................................................................................................................... 4
Agradecimentos .............................................................................................................. 5
Resumo ........................................................................................................................... 6
Abstract ........................................................................................................................... 7
Lista de Figuras ............................................................................................................... 8
Lista de Tabelas ............................................................................................................ 10
Lista de Símbolos ......................................................................................................... 11
Sumário ......................................................................................................................... 13
Capítulo 1 - CONSIDERAÇÕES INICIAIS ................................................................ 15
1.1 Introdução ........................................................................................................... 15
1.2 Objetivo .............................................................................................................. 16
Capítulo 2 - REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ................................................................. 17
2.1 Energia Solar ...................................................................................................... 17
2.2 Coletores solares armazenadores de calor .......................................................... 18
2.3 Secagem e armazenamento de grãos .................................................................. 19
2.3.1 Unidades para armazenamento .................................................................... 21
2.4 Princípios de secagem de grãos .......................................................................... 22
2.4.1 Teor de umidade de equilíbrio ..................................................................... 24
2.5 Secadores solares ................................................................................................ 24
2.5.1 Tipos de secadores solares ........................................................................... 25
2.6 Conceitos térmicos fundamentais ....................................................................... 28
2.6.1 Propriedades térmicas dos materiais ............................................................ 29
2.7 Propriedades do ar úmido – Psicrometria ........................................................... 30
2.7.1 Umidade absoluta ........................................................................................ 32
2.7.2 Umidade Relativa ........................................................................................ 32
2.8 EES ..................................................................................................................... 33
Capítulo 3 - MATERIAIS E MÉTODOS ..................................................................... 34
3.1 Localização ......................................................................................................... 34
3.2 Descrição do secador solar ................................................................................. 35
3.3 Propriedade dos materiais absorvedores ............................................................. 38
3.4 Metodologia experimental .................................................................................. 38
3.5 Aquisição e tratamento de dados ........................................................................ 41
3.5.1 Determinação da vazão mássica de ar ......................................................... 43
3.6 Método de análise de incerteza ........................................................................... 43
3.7 Determinação da eficiência ................................................................................. 44
3.7.1 Eficiência térmica ........................................................................................ 44
3.7.2 Eficiência de secagem .................................................................................. 45
Capítulo 4 - ANÁLISE DE RESULTADOS ................................................................ 47
4.1 Dados atípicos (Outliers) .................................................................................... 47
4.2 Calibração do solarímetro ................................................................................... 48
4.3 Radiação solar incidente ..................................................................................... 49
4.4 Temperaturas no coletor solar e câmara de secagem .......................................... 51
4.5 Eficiência do sistema .......................................................................................... 59
4.5.1 Eficiência térmica ........................................................................................ 59
4.5.2 Eficiência de secagem .................................................................................. 62
Capítulo 5 - CONSIDERAÇÕES FINAIS ................................................................... 68
5.1 Conclusão ........................................................................................................... 68
5.2 Trabalhos futuros ................................................................................................ 69
Referências Bibliográficas ............................................................................................ 70
15
CAPÍTULO 1 - CONSIDERAÇÕES INICIAIS
1.1 Introdução
O agronegócio exerce uma forte influência no PIB brasileiro correspondendo a cerca de
23% no ano de 2016, (CNA, 2016). Dentro desse seguimento a produção de grãos como: milho,
soja e trigo são alguns dos destaques, com produções respectivamente de 93,260, 113,920 e
6,726 milhões de toneladas, durante a safra de 2016/2017, (CONAB 2017).
A secagem de produtos agrícolas ocorre desde os primórdios da civilização. No início,
não havia qualquer preocupação com a armazenagem e a diminuição de umidade ocorria no
próprio campo. Esse processo era feito em condições naturais do ambiente, ditadas
principalmente, pela energia solar incidente e pela movimentação natural do ar, o que acarretava
numa perda de produção, de acordo com Mohajer et al (2013). Com o crescimento da demanda
de alimentos e também por processos em que houvesse a possibilidade de controlar o ambiente
de secagem, surgiram os secadores convencionais de grande porte, usados na atualidade.
Na secagem comercial empregam-se secadores convencionais, que utilizam fontes de
energia como: lenha, resíduos agrícolas ou combustíveis fósseis, para o aquecimento do ar de
secagem em suas fornalhas. Na prática dessa atividade utilizam-se equipamentos que exigem
alto investimento e também elevados custos de manutenção, além de contribuírem com
problemas ambientais, como a emissão de gases nocivos ao meio ambiente e também do efeito
estufa como: CO2, CO e NOx (SILVEIRA, 2016). No sistema produtivo agrícola ainda há
grande ênfase às pesquisas sobre secagem de grãos, pois este processo demanda uma grande
quantidade de energia, no caso específico do milho a energia gasta na operação de secagem
pode corresponder à até 50% do consumo total de energia envolvido na produção deste grão.
(LOPES, AFONSO, SILVA, 2000).
Segundo Quirino et al. (2005) o Poder Calorífico Superior (PCS) da lenha de eucalipto
é na ordem de 4500 kcal/kg, tornando o processo de secagem pouco eficiente e também emitem
gases do efeito estufa em sua queima. Logo, para ajudar na redução de emissão destes gases,
diminuir os custos do processo de secagem e também aumentar sua eficiência, uma boa
alternativa é a integração de um sistema solar em conjunto com o processo convencional.
A tecnologia da secagem solar é simples e portanto, pode ser facilmente implementada.
Na secagem industrial a meta é a obtenção de um produto seco, baixo teor de umidade, com a
16
qualidade desejada a um custo mínimo e máxima produção, com a otimização entre qualidade
do produto e eficiência de energia (SILVEIRA, 2016).
O sol é uma fonte quase inesgotável de energia e é imprescindível para manutenção da
vida no planeta. O interesse por fontes alternativas de energia aumentou muito nos últimos anos,
a energia solar é pura, não poluente, não produz fumaça e nem resíduos radioativos. Portanto,
uma ótima forma de energia tendo em vista a proteção ao meio ambiente (SCHUCK, 2012)
(SANTOS; QUEIROZ e BORGES, 2005).
O estudo de tecnologias que utilizam fontes de energia renováveis é uma necessidade.
A utilização da energia solar como fonte complementar de energia desperta grande interesse
por ser abundante, facilmente obtida e possibilita uma redução nos impactos ambientais
causados pela queima de outros combustíveis (SANTOS; QUEIROZ e BORGES, 2005).
A secagem de grãos utilizando energia solar é um meio eficiente de utilização de energia
e também ajuda na redução de custos com a secagem. Para isso são utilizados diversos tipos de
coletores solares, cada um com características adequadas aos seus respectivos projetos.
1.2 Objetivo
Este trabalho tem como objetivo o projeto e construção de um secador solar de grãos
indireto com convecção forçada, com o intuito de verificar as variações da temperatura de
secagem do coletor solar, da sua eficiência térmica e de secagem, de acordo com o tipo de
material utilizado em seu coletor solar. Para tal serão utilizados três materiais como
absorvedores de calor, o primeiro material será uma chapa de aço recoberta com uma camada
de tinta preta fosca, o segundo material será brita utilizada comumente na construção civil e por
último a brita será também recoberta com tinta preta fosca para aumentar a capacidade de
absorção térmica.
Determinar as curvas de secagem do trigo para o modelo de secador solar desenvolvido
assim como averiguar a qualidade de secagem do produto, também é objetivo deste trabalho.
17
CAPÍTULO 2 - REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 Energia solar
A energia solar térmica é uma forma de utilização direta da energia solar, para uma
melhor eficiência de sua utilização é necessário o uso de coletores solares, os quais captam e,
em alguns casos, intensificam os raios solares. Estes fornecem uma energia limpa e não lançam
resíduos na atmosfera. Com a crescente demanda de energia no planeta e a iminente escassez
de energias não renováveis, torna a utilização da energia solar e outras energias renováveis cada
vez mais importante.
O Brasil, por sua localização e extensão territorial, recebe energia solar da ordem de
1013 MWh anuais, o que corresponde a cerca de 50 mil vezes o seu consumo anual de
eletricidade, tornando a energia solar promissora para suprir grande parte da demanda da matriz
energética no país (OLIVEIRA; ROCHA; MARTINS, 2015).
Apesar da alta incidência de energia solar no país, a energia solar ainda é pouco utilizada
na matriz energética brasileira. Segundo o Brasil (2016), a utilização da energia solar na matriz
energética brasileira não chega a 0,01% do total no país, como pode ser observado pela Figura
1.
Figura 1 - Oferta de energia interna no Brasil
Fonte: Brasil (2016)
Quando levado em consideração a matriz elétrica brasileira, a participação da energia
solar chega a representar 0,0127% do total, certa de 59 GWh, como mostra Figura 2.
18
Figura 2 - Oferta interna de energia elétrica
Fonte: Brasil (2016)
Para a implementação correta de qualquer projeto que utilize energia solar é necessário
o conhecimento do potencial solar na região de implantação dos coletores solares para se
realizar as estimativas de eficiência dos mesmos. Isto é, a medição do máximo possível de
radiação solar incidente sobre a superfície do solo, para um determinado dia e local, estando a
atmosfera presente e completamente isenta de nuvens durante todo o dia.
Para a análise do potencial solar do local, é definido primeiramente a constante solar
(GSC) com o valor de 1353 W/m² obtida através de medições diretas da radiação solar fora da
atmosfera da Terra em diferentes programas experimentais, utilizando aviões, balões e
espaçonaves em elevadas altitudes (DUFFIE E BECKMAN, 2013). Após definida o valor da
constante solar, uma série de cálculos são realizados para encontrar a radiação solar incidente
no local.
2.2 Coletores solares armazenadores de calor
A utilização direta da energia solar em forma de calor ou energia térmica com uma certa
qualidade, é realizada com a utilização de coletores solares, como é o caso do coletor solar
plano armazenador de calor. Este modelo de coletor solar conta com materiais onde a energia
térmica fornecida pelo sol pode ser armazenada em forma de calor sensível ou calor latente,
como por exemplo o coletor armazenador com leito de rochas ou brita.
Nesses coletores o fluido escoa através de um leito preenchido com uma malha ou
partículas aquecidas pela radiação solar, aumentando a eficiência de troca de calor dentro do
coletor, quando comparado a um coletor plano convencional. Cresce o interesse pelo uso desse
modelo de coletor solar, pois as partículas armazenadoras, como a brita por exemplo, criam
19
uma maior área superficial de troca de calor com ar e ainda criam turbulências no escoamento,
favorecendo a transferência de calor. Entretanto, o aumento da superfície de contato e também
da turbulência se associam a um aumento da perda de carga do escoamento (SANTOS;
QUEIROZ e BORGES, 2005).
Em consequência a essa perda de carga o fluido deverá contar com um sistema de
bombeamento para suprir essa perda de pressão, sendo fundamental o correto dimensionamento
do sistema para que se encontre um ponto ótimo entre tamanho do coletor, leito rochoso, perda
de carga e potência necessária para bombear o fluido.
A Figura 3 demonstra o coletor solar armazenador de calor utilizado por Shuck (2012).
Figura 3 - Coletor solar com leito de britas construído por Schuck (2012 )
2.3 Secagem e armazenamento de grãos
Segundo Weber (2005) o processo de produção agrícola está compreendido em duas
funções distintas e interligadas: a produção e a comercialização, uma iniciada no processo de
plantio e a outra ao primeiro contato com o consumidor final. Assim o armazenamento
posiciona-se entre as duas funções unindo-as e assumindo um papel importante, o de assegurar
a qualidade do produto. Logo se não houverem condições adequadas para a secagem e
armazenamento dos produtos colhidos, ocorrerão inevitavelmente perdas na comercialização,
o que acarretará em prejuízo a todos os envolvidos, desde o processo de plantio até o
consumidor final.
20
Pode-se dizer que houve um grande avanço nas tecnologias dos sistemas de secagem e
armazenamento nas últimas décadas, tanto na capacidade de processamento, aumento do
volume processado, como também na qualidade do produto final.
Durante o processo de secagem e armazenamento, não há como melhorar a qualidade
do grão colhido, pois esta é uma característica única e exclusiva do processo de plantio e
colheita. No entanto, um bom processamento de secagem pode garantir a conservação da
qualidade do grão. Os grãos com qualidade inferior, permanecerão com uma baixa qualidade,
não importando como são armazenados, mas boas condições de armazenamento garantem a
conservação da sua qualidade inicial. Segundo Brooker, Bakker-Arkema e Hall (1992), a
umidade das sementes e a temperatura de armazenamento são fatores cruciais para garantir uma
boa conservação dos produtos, controlando esses fatores consegue-se controlar a qualidade do
armazentamento.
Segundo Weber (2005) armazenamento protege e dá segurança ao produto, diminuindo
ao máximo suas perdas. O armazenamento dos grãos ocorre após estes atingirem a umidade de
armazenagem necessária, cada produto demanda uma umidade mínima para seu
armazenamento adequado. A Tabela 1 mostra a umidade mínima para a correta conservação de
alguns produtos agrícolas.
Tabela 1 – Teor de umidade de armazenamento
Fonte: Brasil (2011)
Produto Teor máximo de umidade
recomendado para
armazenagem
Milho 13%
Soja 13%
Trigo 13%
Arroz 13%
Amendoim 8%
Café 12%
Cevada 13%
Feijão 13%
Girassol 9%
21
A secagem também pode ser utilizada para conceder outras características aos produtos,
como alteração de cor, sabor, textura e também redução de peso e volume, facilitando o
transporte (SILVEIRA, 2016).
2.3.1 Unidades para armazenamento
São dois os tipos de unidades armazenadoras de grãos mais utilizadas: as convencionais,
onde os grãos são estocados em embalagens, como em sacarias. O outro modelo de
armazenagem é a do tipo granel, onde os grãos são estocados em grandes estruturas chamadas
de silo, estes constituídos de diversos materiais, com os mais comuns sendo de estrutura
metálica ou concreto. O armazenamento tipo granel é muito utilizado devido as menores perdas
de produto e também menor quantidade de mão-de-obra envolvida. Como pode-se observar
pela Figura 4.
Figura 4 - Silo em estrutura metálica do tipo granel
Fonte: Fazenda Liberdade
Segundo Weber (2005), os silos metálicos Figura 4 caracterizam-se como unidades
armazenadoras de grãos, constituídas por células ou compartimentos herméticos, ou semi-
herméticos, sendo construídos em chapas metálicas parafusadas entre si. Possuem a vantagem
22
de ser de rápida montagem e estarem disponíveis no mercado em diversos diâmetros e alturas
diferentes.
Os silos de concreto, como mostrado na Figura 5, são encontrados e construídos,
também, em diversos tamanhos, dependendo apenas da capacidade a ser armazenada. Estes
apresentam um investimento inicial superior aos silos metálicos, porém oferecem um sistema
de manipulação dos produtos de forma rápida, econômica e também ofertam condições de
armazenar diversas variedades de grãos (KNOB, 2011).
Figura 5 - Silos de concreto
Fonte: Knob, (2011)
2.4 Princípios de secagem de grãos
Segundo Portella e Eichelberger (2001), a secagem é uma operação extremamente
importante quando a colheita do grão deve ser antecipada e os grãos ainda tem elevada umidade.
Com uma secagem inadequada ocorre a deterioração qualitativa dos grãos durante a secagem e
posteriormente em seu armazenamento.
Como resultado da secagem, obtém-se a separação parcial entre a matriz sólida e a água
presente no grão. A matriz sólida, no caso dos grãos, é um alimento contendo proporções
variáveis de constituintes bioquímicos, como carboidratos, proteínas, lipídios, vitaminas e
minerais, mais o vapor de água que ocupa os espaços intercelulares disponíveis, o que por sua
vez gera pressão de vapor na superfície do grão. O ar atmosférico também exerce pressão sobre
o grão, denominada de pressão parcial de vapor do ar.
23
Portella e Eichelberger (2001), descrevem o processo de secagem envolvendo a retirada
parcial de água do grão da seguinte forma:
1. Transferência de calor do ar para o grão;
2. Por fluxo de vapor de água do grão para o ar.
Os dois mecanismos podem ocorrer de forma separadas ou simultâneas. A condição
necessária e suficiente para que o produto seja submetido ao fenômeno de secagem é que a
pressão parcial de vapor de água da superfície do grão seja maior que a pressão parcial de vapor
do ar.
Figura 6 – Princípio da secagem de grãos, representação da movimentação do ar e da água a partir do grão
Fonte: Adaptado de Portella e Eichelberger (2001).
As condições externas e os mecanismos internos do movimento de umidade dos grãos
durante a secagem são muito importantes. A retirada da água envolve duas fases que ocorrem
simultaneamente:
1. O transporte do vapor de água da superfície do grão para o ar;
2. O movimento da água do interior do material para a superfície do grão.
A movimentação da água do interior do material até a superfície é quem determina a
dificuldade de secagem do grão. Durante a secagem, para que haja evaporação para o ambiente,
a água deve ser transportada do interior do grão até a superfície.
De acordo com Portella e Eichelberger (2001), não há ainda um consenso sobre o
mecanismo de fluxo de massa de vapor no interior do grão, mas as teorias mais aceitas são:
24
1. Difusão líquida (teoria da difusão líquida): ocorre devido ao gradiente de
concentração de água de uma região mais úmida (maior concentração) para uma
mais seca (menor concentração);
2. Difusão de vapor (teoria difusional): ocorre devido ao gradiente de pressão de
vapor, causado pela diferença de temperatura entre dois pontos do grão.
3. Escoamento de líquido e vapor (teoria do fluxo hidrodinâmico): ocorre tanto por
diferença de pressão total interna como por diferença de temperatura, de
concentração, de contração e de capilaridade.
Como as teorias não explicam completamente o fenômeno é possível que todas as três
teorias ocorram para o movimento da água do interior para a superfície dos grãos acontecer.
2.4.1 Teor de umidade de equilíbrio
De acordo com Bala (2016), o teor de umidade de equilíbrio de um grão é definido como
o teor de umidade do material depois de ter sido exposto a um ambiente em particular por um
período de tempo suficientemente grande. Este fator depende das condições de umidade relativa
e temperatura do ambiente e sobre a espécie, variedade e maturidade do grão.
O teor de umidade de equilíbrio determina durante a secagem, a umidade limite que o
produto irá atingir quando em contato com o ar de secagem, dada uma determinada pressão e
temperatura. Durante o armazenamento, a temperatura e umidade do mecanismo de
armazenamento, é intimamente relacionado a umidade de equilíbrio. Ou seja, a umidade de
equilíbrio, junto com a qualidade do grão e a temperatura de armazenamento é que irão definir
o tempo máximo que este grão poderá ficar armazenado sem sofrer qualquer perda de qualidade
ou deterioração (SANTOS, 1980).
2.5 Secadores solares
O principal objetivo de um secador solar é fornecer calor em forma de energia térmica
ao produto (grão), elevando de forma suficiente a pressão de vapor da água contida no mesmo;
em consequência do aumento da temperatura do ar, há uma redução significativa da umidade
relativa do ar de secagem. Dessa forma, este passa a ter maior capacidade de transporte de água
(EKECHUKWU; NORTON, 1999).
De acordo com Silveira (2016), os secadores solares apresentam de modo geral os
seguintes componentes:
25
Câmara de secagem, onde o material a ser secado é colocado e onde a secagem
ocorre propriamente dita;
Coletor para converter a radiação solar em energia térmica;
Fonte de energia auxiliar (opcional);
Meio para transferir energia térmica ao ar de secagem e ao material;
Meios para manter o ar de secagem em movimento;
Unidade de armazenagem de energia térmica (opcional);
Dutos, tubos e outros materiais estruturais.
2.5.1 Tipos de secadores solares
De acordo com Fudholi et al. (2010), os secadores solares podem ser divididos quanto
ao fluxo de ar como secadores ativos e passivos, e quanto a exposição à radiação solar como
secadores diretos, indiretos e mistos, como são representados na Figura 7:
Figura 7 – Tipos de secadores solare
Fonte: Ekechukwu e Norton (1999)
26
2.5.1.1 Secadores ativos
Promovem a convecção forçada do fluido de trabalho. Esta é feita através de ventoinhas
ou exaustores colocados à entrada ou saída do sistema. Se houver adicionalmente alguma forma
auxiliar de aquecimento do ar, como por exemplo fontes de combustível, biomassa ou gás, com
o objetivo de garantia do funcionamento do sistema de secagem em período noturno ou em
condições meteorológicas adversas, os secadores são então designados por híbridos
(BELESSIOTIS; DELYANNIS, 2011)
Al-juamily, Khalifa e Yassen (2007), trabalharam com um secador solar ativo e indireto
para secagem de frutas e vegetais. O secador solar consistiu de um coletor solar, um ventilador
e uma câmara de secagem solar, como mostrado na Figura 8. Foram utilizados dois tipos de
frutas em uvas e damasco, e um tipo de legume, feijão. Com seu experimento, Al-juamily,
Khalifa e Yassen, conseguiram ótimos resultados, onde o teor de umidade do damasco foi
reduzido de 80% para 13% em um dia e meio de secagem. O teor de umidade das uvas foi
reduzido de 80% para 18% em dois dias e meio de secagem. Finalmente, a umidade do feijão
foi reduzida de 65% para 18% em apenas 1 dia.
Figura 8 - Secador ativo indireto
Fonte: Adaptado de Al-juamily, Khalifa e Yassen (2007)
De modo geral, os secadores ativos tem um período menor de secagem e são mais
eficientes que os secadores passivos, porém são mais complexos e caros que estes (FUDHOLI
ET AL., 2010).
27
2.5.1.2 Secadores passivos
O ar aquecido circula no sistema por convecção natural. São geralmente mais baratos e
de fácil construção que os sistemas ativos, no entanto são menos adequados para a secagem de
grandes quantidades de produto
Há uma enorme variedade de secadores solares por convecção natural, variando desde
projetos simples como o estudado por Othieno (1987) e mostrado na Figura 9. Em seu projeto
Othieno utilizou uma simples caixa de madeira com furos pela lateral para entrada e saída de
ar, com seu interior pintado de preto e uma folha de polietileno transparente como cobertura na
superfície superior. Esse modelo simples de secador consegue aumentar a eficiência de
secagem, quando comparados aos processos de secagem por exposição direta ao sol.
Figura 9 - Secador solar direto com caixa de madeira (tipo bandeja)
Fonte: Adaptado de Othieno (1987)
Os projetos de secadores por convecção natural podem ser também bastantes elaborados
e complexos, como é o caso estudado por Goyal e Tiwari (1999), Figura 10, onde foi
desenvolvido um modelo de secador usando tanto um absorvedor plano reverso como o meio
de aquecimento solar e uma câmara de secagem. A placa absorvedora é horizontal e voltada
para baixo. Um refletor cilíndrico é colocado sob a placa absorvedora para introduzir a radiação
solar de baixo. A área da abertura é a mesma da placa de absorção. A câmara de secagem não
montada sobre a placa absorvedora e com um pequeno espaço para que o ar passe sobre a placa
absorvedora e assim seja aquecido por ela. Em seu estudo, Goyal e Tiwari (1999), realizam o
estudo térmico do secador proposto e analisam diversas equações de balanço de energia usando
28
a técnica de diferenças finitas. Por fim uma expressão matemática para a eficiência térmica do
secador estudado é proposta e comparada com outros projetos de secadores que utilizam
câmaras de secagem e convecção natural. Em seu projeto Goya e Tiwari atingiram temperaturas
de até 67ºC e concluíram que em seu projeto a qualidade de secagem era melhor do que em
sistemas de exposição direta ao sol.
Figura 10 - Secador absorvedor reverso
Fonte: Adaptado de Goyal e Tiwari (1999)
Segundo Fudholi et. al. (2010) os secadores passivos são entre 2 à 5 vezes mais eficiente
e também são de qualidade superior em comparação com a secagem por exposição direta ao
sol. Portanto, que estes secadores podem ser usados com sucesso para desidratar uma variedade
de produtos agrícolas, apesar da baixa capacidade de secagem quando comparado aos secadores
ativos.
2.6 Conceitos térmicos fundamentais
Nos itens a seguir serão apresentados alguns dos conceitos das propriedades térmicas
dos materiais e de alguns componentes utilizados em sistemas de captação de energia solar.
29
2.6.1 Propriedades térmicas dos materiais
Neste item serão apresentadas algumas das propriedades térmicas dos materiais:
condutividade térmica, massa específica, calor específico, calor específico volumétrico e
difusividade térmica.
2.6.1.1 Condutividade térmica
A condutividade térmica (k) expressa a capacidade do material para conduzir calor, e é,
por definição, a relação entre a densidade do fluxo térmico e gradiente de temperatura [W/m.K].
A gama de materiais com diferentes valores de condutividade é grande. Sendo os menos
condutores conhecidos como isolantes, como a espuma de poliuretano (0.026 W/m.K), e os
bons condutores, utilizados em trocadores de calor por exemplo, como o cobre (389 W/m.K).
A condução térmica está relacionada ao transporte de energia em um meio devido ao gradiente
de temperatura, e o mecanismo envolvido é a movimentação aleatória dos átomos, sendo
geralmente relacionada à transferência de calor em meios sólidos (INCROPERA ET AL.,
2002).
A equação utilizada para quantificar o fluxo de calor por condução em uma superfície é
a lei de Fourier descrita como:
𝑞"𝑐𝑜𝑛𝑑 = 𝑘𝑇𝑠,1 − 𝑇𝑠,2
𝐿 (1)
Em que:
𝑞"𝑐𝑜𝑛𝑑 – Fluxo de calor transmitido por condução, [W/m²]
𝑘 – Condutividade Térmica [W/m.K];
𝑇𝑠,1 𝑇𝑠,2 – Temperatura da superfície quente e fria, respectivamente, [K];
𝐿 – Distância entre as temperaturas das superfícies 1 e 2, [m].
Se o fluxo de calor for multiplicado pela área (A), chega-se à taxa de calor transferida
[W], logo para condução a taxa de calor transferida é dada por:
�̇�𝑐𝑜𝑛𝑑 = 𝑘𝐴𝑇𝑠,1 − 𝑇𝑠,2
𝐿 (2)
Em que:
30
�̇�𝑐𝑜𝑛𝑑 – Taxa de transferência de calor por condução, [W];
𝐴 – Área perpendicular ao fluxo de calor, [m²]
2.6.1.2 Calor específico
O calor específico (𝑐𝑝) caracteriza a capacidade de uma substância de acumular calor e
expressa a quantidade de calor necessária para aumentar em um Kelvin (1 K) a temperatura de
uma unidade de massa (kg). A unidade de medida é [J/kg.K].
A água é um material de fácil e barato acesso, isso em conjunto com o seu elevado calor
específico (4187 J/kg.K), fazem com que ela seja utilizada em diversas aplicações como meio
de armazenamento térmico, como o caso de projetos como o solo radiante, utilizados para
aquecer ambientes em localidades gélidas.
2.6.1.3 Difusividade
A difusividade (𝛼) corresponde a um parâmetro que depende da combinação da
condutividade térmica (𝑘), da massa específica (𝜌) e do calor específico (𝑐𝑝). A difusividade
térmica expressa a capacidade de um material para transmitir uma variação de temperatura,
sendo dada pela equação (3).
𝛼 =𝑘
𝜌𝑐𝑝 (3)
A difusividade térmica expressa a noção de “velocidade de difusão”. Quando sujeito a
gradiente de temperatura, o material sofrera uma variação na temperatura mais rápida a medida
que sua difusividade térmica for maior.
2.7 Propriedades do ar úmido – Psicrometria
O ar atmosférico seco é composto, basicamente, por nitrogênio, oxigênio, argônio e
dióxido de carbono, com composições volumétrica aproximadamente de 78%, 21%, 0,93% e
0,033%, respectivamente. Além de outros gases como hidrogênio, hélio, entre outros (SILVA;
AFONSO; LACERDA FILHO, 2000). Também inclui-se vapor d’água na composição do ar
atmosférico. Pode-se interpreta o ar atmosférico como um gás ideal, de modo bastante razoável
(THOMAZINI, 2015).
31
Para um volume 𝑉, tem-se (THOMAZINI, 2015), (SILVA; AFONSO; LACERDA
FILHO, 2000):
𝑛 = 𝑛𝑎𝑟 + 𝑛𝑎 (4)
Onde:
𝑛 – Número total de moles, [mol];
𝑛𝑎𝑟 – Número de moles de ar seco, [mol];
𝑛𝑎 – Número de moles de vapor d’água, [mol].
Analogamente, pela lei de Dalton:
𝑃𝑡 = 𝑃𝑎𝑟 + 𝑒𝑎 (5)
Sendo:
𝑃𝑡 – Pressão total, [Pa];
𝑃𝑎𝑟 – Pressão parcial do ar seco, [Pa];
𝑒𝑎 – Pressão parcial do vapor d’água, [Pa].
A lei dos gases ideias garante que:
𝑃𝑎𝑟𝑉 = 𝑛𝑎𝑟𝑅𝑇 (6)
𝑒𝑎𝑉 = 𝑛𝑎𝑅𝑇 (7)
Onde:
𝑉 – Volume ocupado [m³];
𝑅 – Constante universal dos gases ideais [J/kmol];
𝑇 – Temperatura do ar atmosférico [K].
Durante o processo de secagem, a composição do ar atmosférico se modifica devido a
evaporação da água proveniente do produto. Logo, é importante expressar as mudanças no
conteúdo de vapor d’água, pressão de vapor, umidade absoluta e relativa e calor específico do
ar úmido (THOMAZINI, 2015).
32
2.7.1 Umidade absoluta
A umidade absoluta (𝑈) de uma amostra de ar úmido é a razão entre a massa de vapor
de água e a massa de ar seco:
𝑈 =𝑚𝑣
𝑚𝑎𝑟 (8)
Onde:
𝑚𝑣 – Massa de vapor d’água, [kg];
𝑚𝑎𝑟 – Massa de ar seco, [kg].
Ou seja, a razão entre as frações molares de vapor de água e de ar seco (𝑛𝑎/𝑛𝑎𝑟), a
multiplicar pela razão das massas moleculares:
𝑈 = (18,01534
289645)
𝑛𝑎
𝑛𝑎𝑟= 0,622
𝑛𝑎
𝑛𝑎𝑟 (9)
Ou, em relação as pressões parciais:
𝑈 = 0,622𝑒𝑎
𝑃𝑎𝑟 (10)
Substituindo a eq. (5) na eq. (10), (ÇENGEL; BOLES, 2011):
𝑈 = 0,622𝑒𝑎
𝑃𝑡 − 𝑒𝑎 (11)
2.7.2 Umidade Relativa
A umidade relativa (𝜙) é a razão entre a fração molar de vapor de água contido no ar e
a fração molar de vapor numa amostra de ar saturado (𝑛𝑠) à mesma temperatura e pressão total
(ÇENGEL; BOLES, 2010):
𝜙 =𝑛𝑎
𝑛𝑠100 (12)
Ou em relação a pressão:
𝜙 =𝑒𝑎
𝑃𝑠100 (13)
33
Onde:
𝑃𝑠 – Pressão de saturação, [Pa].
2.8 EES
O EES é um programa de resolução de equações que pode resolver numericamente
milhares de equações algébricas e diferenciais não-lineares. O programa também pode ser
usado para resolver equações diferenciais e integrais, desde a otimização, fornece análises de
incerteza, executar regressão linear e não-linear, converter unidades, verificar a consistência da
unidade e gerar gráficos e plotagens de boa qualidade para publicações. Uma característica
importante do EES é a propriedade termodinâmica e de transporte de alta precisão que é
fornecida para centenas de substâncias de uma maneira que permite que ele seja usado com a
capacidade de resolução de equações (KLEIN, 2017). Este programa foi utilizado para a
realização dos cálculos termodinâmicos e também para os cálculos de incerteza dos dados
aferidos.
34
CAPÍTULO 3 - MATERIAIS E MÉTODOS
3.1 Localização
O experimento foi montado no Laboratório de Ciências Térmicas na Universidade
Federal de São João Del Rei – UFSJ, localizada na cidade de São João Del Rei, Minas Gerais,
Brasil. Onde a latitude local é de aproximadamente 21º 08’ 03” S, enquanto a longitude local é
aproximadamente 44º 15’ 33” O, bem como a altitude com relação ao nível do mar é de 898 m.
A escolha de São João Del Rei como local para a realização desse projeto se dá por dois fatores:
o primeiro é devido a sua infraestrutura (PPGEE/UFSJ), a qual conta com todos os
equipamentos necessários para a aquisição de dados do projeto, bem como construção do
protótipo e aparato experimental. E o segundo fator é dado pela proximidade de São João Del
Rei a sua cidade vizinha, Madre de Deus de Minas cidade onde o autor reside, distante a 60 km
apenas e devido a pequena distância entre as cidades há uma boa aproximação entre os dados
de radiação solar e meteorológicos das cidades.
Madre de Deus de Minas é uma cidade com histórico de grande produção de grãos, em
específico milho, soja e trigo. A produção de grãos de milho, soja e trigo no município nos
últimos 6 anos pode ser visualizada pela Figura 11, observa-se que a produção destes grãos vem
crescendo desde 2010, sofrendo apenas uma pequena queda entre os anos de 2013 e 2014. Em
conjunto com toda a produção agrícola, há também uma grande demanda de secadores e silos
armazenadores na região. Alguns secadores da região chegam a queimar em suas fornalhas até
50 m³ de lenha de eucalipto por dia durante o período de colheita desses produtos. O grão
utilizado nos ensaios experimentais foi o trigo, devido ao seu período de colheita que ocorre
durante o mês de setembro.
Figura 11 – Produção de grãos de milho, soja e trigo de Madre de Deus de Minas entre 2010 e 2016.
Fonte: IBGE (2016)
0
10.000
20.000
30.000
40.000
2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016
Pro
du
ção
an
ual
[t]
Anos de produção
Milho Soja Trigo
35
3.2 Descrição do secador solar
O secador solar proposto neste trabalho é esquematizado pela Figura 12 Este é um
secador solar indireto e por convecção forçada, que consiste em um coletor solar e armazenador
de calor construído em madeira com dimensões de 0,5 x 1 m de base e altura de 25 cm. Coberto
por uma lâmina de vidro transparente de 3 mm de espessura. Três meios absorvedores foram
utilizados durante este experimento, em primeiro lugar uma chapa metálica de aço AISI(304)
de 1 mm de espessura pintada de preto fosco, em segundo lugar brita como material absorvedor
e em terceiro lugar brita coberta superficialmente com tinta preta fosca.
Figura 12 – Esquema de montagem do secador solar proposto
Fonte: Elaborado pelo autor
36
Figura 13 – Vista lateral do secador solar.
Fonte: Elaborado pelo autor
Para que o espaço de troca de calor fosse o mesmo em todas as três configurações do
coletor solar, a chapa metálica foi posicionada a 5 cm da cobertura de vidro, enquanto as
configurações utilizando brita preencheram a caixa até a altura de 20 cm partindo da base do
coletor. Como mostra a Figura 14.
Figura 14 – Seção Transversal do coletor solar.
Fonte: Elaborado pelo autor
37
Uma coifa foi utilizada para direcionar o ar de entrada no coletor, o qual foi
impulsionado por um ventilador para fontes de computador com 1,8 W de potência. O ar passa
entre o material absorvedor e a cobertura de vidro, assim este é aquecido tanto pela radiação
solar, quanto pelo material absorvedor e deixa o coletor por outra abertura em sua seção
transversal, adentrando à câmara de secagem. O coletor solar é inclinado a 21º, ângulo o qual
garante uma média de radiação solar durante todo o ano (DUFFIE E BECKMAN, 2013).
O coletor solar é acoplado a câmara de secagem, a qual consiste em uma caixa de
madeira com dimensões de base de 0,5 x 0,5 m e altura de 1 m. Esta conta com uma abertura
em sua base para a entrada do ar proveniente do coletor solar e outra abertura em sua superfície
superior para a saída do ar aquecido após este ter passado pelos produtos de secagem. A câmara
de secagem conta também com 2 apoios para as bandejas de secagem dos produtos, Figura 16,
espaçadas entre si em 40 cm, como é esquematizado pela Figura 15.
Figura 15 - Câmara de secagem e bandejas.
Fonte: Elaborado pelo autor
Figura 16 – Bandeja para apoiar o produto de secagem
Fonte: Elaborado pelo autor
38
3.3 Propriedade dos materiais absorvedores
As propriedades dos materiais utilizados como absorvedores neste trabalho são descritos
na Tabela 2.
Tabela 2 – Propriedades dos materiais absorvedores
Material
Calor
Específico
𝒄𝒑 [𝑱
𝒌𝒈. 𝑲]
Massa
Específica
𝝆 [𝒌𝒈
𝒎𝟑]
Condutividade
Térmica
𝑲 [𝒘
𝒎. º𝑪]
Fonte
Aço AISI(304) 500 7830 16 Çengel e Boles (2011)
Brita ou Seixo 800 1500 0,7 ABNT(2003)
3.4 Metodologia experimental
O coletor foi posicionado de forma com que o coletor solar estivesse voltado para o
norte geográfico, posição a qual segundo Babagana, Silas e Mustafa (2012) e Bolaji (2008)
garante uma maior média de incidência solar durante todo o ano, permanecendo exposto ao sol
durante todo o dia para aquisição de dados. Realizou-se três procedimentos experimentais
utilizando-se os três materiais absorvedores.
Os testes foram realizados entre os dias 18 de setembro de 2017 e 29 de setembro de
2017. Entre os dias 18 e 22 de setembro o material absorvedor utilizado foi a chapa de aço,
durante os dias 23 a 26 de setembro foi utilizada a brita sem cobertura de tinta e por último
entre os dias 27 a 29 de setembro foram realizados os testes com a brita pintada de preto.
A Figura 17, mostra o coletor solar utilizando a chapa de aço como material absorvedor
de calor, a Figura 18 mostra o coletor solar utilizando a brita sem ser pintada como material
absorvedor e por final a Figura 19, ilustra o coletor solar utilizando a brita pintada
superficialmente de preto como material absorvedor de calor.
39
Figura 17 – Coletor solar com chapa de aço
Fonte: Elaborado pelo autor
Figura 18 – Coletor solar com leito de brita sem pintar
Fonte: Elaborado pelo autor
Figura 19 – Coletor solar com leito de brita pintada de preto
Fonte: Elaborado pelo autor
Os testes foram realizados entre 09:00 e 17:00h, período do dia em que há a maior
incidência de radiação solar. Amostras de trigo foram cedidas por um fazendeiro local para a
realização dos testes. Amostras de 1 kg de trigo, Figura 20, foram desidratadas no secador e
40
então a curva de secagem do trigo foi construída por diferença de massa da amostra, calculado
por intermédio de uma balança de precisão da marca BEL Engineering, modelo Mark 3100.
Figura 20 – Foto da amostra de trigo utilizada para determinação das curvas de secagem
A umidade inicial e final das amostras foram verificadas por intermédio de um
analisador de umidade da marca Gehaka, modelo G650, com os dados da curva de secagem do
produto e as umidades das amostras foi possível determinar a eficiência de secagem do secador
solar.
Figura 21 – Foto do analisador de umidade e impureza, Gehaka modelo G650.
41
3.5 Aquisição e tratamento de dados
Os dados de temperatura foram coletados por 4 termopares Tipo K, Figura 22, com faixa
de medidas entre -20ºC e 1200ºC e incerteza de medição de 0,75%, a localização dos termopares
podem ser visualizados pela Figura 12, um na entrada de ar do coletor, um na saída de ar do
coletor e por último um no interior da câmara de secagem, os termopares por sua vez foram
acoplados a um módulo receptor de dados da National Instruments, modelo NI USB-9211,
Figura 23, com incerteza de 0,06%. A radiação incidente foi medida por um solarímetro
Maxwell, modelo 7834, Figura 24, com faixa de medição de 0-10 mV e incerteza de medição
de 2%, posicionado ao lado da placa coletora e com uma inclinação igual à inclinação da placa.
O solarímetro é acoplado a um multímetro digital Agilent, modelo 34401A, Figura 25, que
conta com uma incerteza de 0,003%. Ambos o multímetro digital e o módulo receptor dos
termopares foram conectados a um computador no laboratório de energia da UFSJ que realizou
aferições das temperaturas e de radiação solar em intervalos de minuto a minuto.
Figura 22 – Foto do Termopar tipo K
Figura 23 – Receptor de dados da National Instruments,
modelo NI USB-9211
Fonte: NI (2017)
42
Figura 24 – Foto do Solarímetro Maxwell, modelo 7834
Figura 25 – Foto do multímetro digital Agilent, modelo
34401ª
A velocidade do ar de secagem foi medida a partir dos dados obtidos por um
Anemômetro digital Minipa MDA-11, Figura 26, com faixa de operação entre 0-50ºC e faixa
de medição de 0-30 m/s e incerteza de medição de 3%, este acoplado a uma coifa de 75 mm de
diâmetro, localizado à frente do ventilador na entrada do coletor solar, como mostrado na Figura
13, a velocidade do ar de secagem permaneceu com um valor aproximadamente constante de
0,75 m/s com a utilização do ventilador.
Figura 26 – Anemômetro digital Minipa MDA-11
Fonte: Minipa (2017)
43
3.5.1 Determinação da vazão mássica de ar
Em posse da velocidade do ar de secagem medido pelo anemômetro digital, a vazão
mássica é calculada seguindo a equação (14):
�̇�𝑎𝑟 = 𝑉𝑎𝑟𝜌𝑎𝑟𝐴𝑆,𝐴𝑛 (14)
Em que:
�̇�𝑎𝑟 – Vazão mássica de ar [kg/s];
𝑉𝑎𝑟 – Velocidade do ar [m/s];
𝜌𝑎𝑟 – Massa específica do ar [kg/m³];
𝐴𝑆,𝐴𝑛 – Área da seção transversal do bocal do anemômetro [m²].
A massa específica do ar é dada pela equação (15):
𝜌𝑎𝑟 =𝑝𝑎𝑡𝑚
287,09𝑇𝑏𝑠 (15)
Em que:
𝑝𝑎𝑡𝑚 – Pressão atmosférica [Pa];
𝑇𝑏𝑠 – Temperatura de bulbo seco [K];
3.6 Método de análise de incerteza
A incerteza dos parâmetros medidos é realizada seguindo o modelo de El-Sebaii et al.
(2011), utilizado também por Fudholi et al. (2013). O modelo utiliza a eq. (16) para determinar
a incerteza de cada parâmetro.
𝑋𝑅 = [(𝑥1)2 + (𝑥2)2 + ⋯ + (𝑥𝑛)2]12 (16)
Em que:
𝑋𝑅 – Incerteza final;
𝑥1, 𝑥2, … , 𝑥𝑛 – Incerteza de cada componente.
Na Tabela 3 é dado o valor da incerteza de cada equipamento utilizado neste projeto
para obtenção de dados.
44
Tabela 3 – Tabela de incerteza de medição
Lista de incertezas
Aparelho Fabricante/Modelo Faixa de
medição Incerteza
Solarímetro Maxwell 7834 0 - 10mV ±2,000%
Osciloscópio Agilent/Multimeter 34401A 0 - 100V ±0,003%
Termopar Minipa/tipo K -20 - 1200ºC ±0,750%
Receptor de sinais National Instruments/NI
USB-9162 Até 4 canais ±0,060%
Anemômetro Minipa/MDA 11 0 - 30 m/s ±3,000%
Balança Digital Bel Eng./Mark 3100 0 - 3100g ±0,02g
Analisador de
umidade GEHAKA/G650 5 - 40% ±0,250%
3.7 Determinação da eficiência
3.7.1 Eficiência térmica
Para a determinação da eficiência térmica do secador solar é necessário entender o
balanço de energia no coletor, o esquema do coletor solar é dado pela Figura 27:
Figura 27 – Vista lateral do coletor solar
Fonte: Elaborado pelo autor
A eficiência térmica (𝑛𝑡) de um coletor solar é dada pela razão entre o calor útil
transferido ao fluido de trabalho, o ar de secagem neste caso, pela energia injetada no sistema,
como é descrito por Fudholi et. al. (2013):
𝑛𝑡 =�̇�𝑎𝑟 𝐶𝑝(𝑇𝑠 − 𝑇𝑒)
�̇�𝐼 + �̇�𝑎𝑏 + �̇�𝑣𝑒𝑛𝑡
(17)
45
�̇�𝐼 = 𝐼𝐴𝑐 (18)
Em que:
�̇�𝑎𝑟 – Fluxo de massa de ar que passa pelo coletor solar, [kg/s];
𝑐𝑝 – Calor específico do ar, [J/kg.K];
𝑇𝑒 𝑇𝑠 – Temperaturas de entrada e saída do coletor, respectivamente, [K];
𝐼 – Radiação solar incidente no coletor; [W/m²];
𝐴𝑐 – Área do coletor solar, [m²];
�̇�𝑎𝑏 – Calor cedido pelo material absorvedor ao ar de secagem, [W];
�̇�𝑣𝑒𝑛𝑡 – Potência necessária para o acionamento do ventilador, [W];
�̇�𝐼 – Calor incidente proveniente da radiação solar, [W].
3.7.2 Eficiência de secagem
De acordo com Fudholi (2013), Banout e Ehl (2011) um dos parâmetros para se medir
a eficiência de um secador, é a eficiência de secagem. Esta é definida como a razão entre a
energia necessária para evaporar a umidade do produto, pelo calor fornecido ao sistema. Para
os secadores solares, o calor fornecido ao secador é a radiação solar incidente sobre o coletor
solar. A eficiência de secagem do sistema é uma medida da eficácia geral de um sistema de
secagem.
A eficiência de secagem de um secador solar é dada pela equação (19):
𝑛𝑠 =𝑊ℎ𝑙
�̇�𝐼 + �̇�𝑎𝑏 + �̇�𝑣𝑒𝑛𝑡
(19)
Em que:
𝑊 – Massa de água removida do produto, [kg];
ℎ𝑙 – Calor latente de vaporização da água, [kJ/kg].
As medidas de umidade dos grãos de trigo são dadas em percentual de base úmida (%
b.u.) deste modo para se determinar a quantidade de massa de água removida da amostra
durante o processo de secagem deve-se utilizar a eq. (20)
A massa de água removida (𝑊) é dada pela eq. (20)
46
𝑊 =𝑚0(𝑤𝑖 − 𝑤𝑓)
100 − 𝑤𝑓 (20)
Em que:
𝑚0 – Massa inicial da amostra, [kg];
𝑤𝑖 – Umidade inicial da amostra base úmida (b.u.), [%];
𝑤𝑓 – Umidade final da amostra b.u., [%].
47
CAPÍTULO 4 - ANÁLISE DE RESULTADOS
4.1 Dados atípicos (Outliers)
Foi utilizado o teste modificado de Thompson, descrito por Labrecque et. al. (2016),
para a retirada dos valores atípicos. Este teste permite encontrar os valores discrepantes
utilizando a Tabela 4 e a eq. (21), a qual compara parâmetros como a média e o desvio padrão
juntamente com os parâmetros do teste Tau criado por Thompson.
|𝑋 − �̅�| > 𝜏 ∗ 𝜎 (21)
Em que:
X – é o valor averiguado;
�̅� – é a média dos dados;
𝜏 – é o valor obtido pela Tabela 4;
𝜎 – é o valor do desvio padrão médio.
Tabela 4 – Tabela modificada de Thompson
Fonte: Labrecquer et. al. (2016)
N TAU N TAU N TAU
3 1,1511 21 1,8891 40 1,9240
4 1,4250 22 1,8926 42 1,9257
5 1,5712 23 1,8957 44 1,9273
6 1,6563 24 1,8985 46 1,9288
7 1,7110 25 1,9011 48 1,9301
8 1,7491 26 1,9035 50 1,9314
9 1,7770 27 1,9057 55 1,9340
10 1,7984 28 1,9078 60 1,9362
11 1,8153 29 1,9096 65 1,9381
12 1,8290 30 1,9114 70 1,9397
13 1,8403 31 1,9130 80 1,9423
14 1,8498 32 1,9146 90 1,9443
15 1,8579 33 1,9160 100 1,9459
16 1,8649 34 1,9174 200 1,9530
17 1,8710 35 1,9186 500 1,9572
18 1,8764 36 1,9198 1000 1,9586
19 1,8811 37 1,9209 5000 1,9597
20 1,8853 38 1,9220 → ∞ 1,9600
Realiza-se essa análise de dados, pois a utilização de um sistema de aferição automático
pode contar com erros aleatórios, ou valores atípicos chamados de outliers no inglês. Esses
48
valores que se divergem da média padrão de dados influência negativamente nos resultados dos
dados coletados. Para que esses valores não diminuam a confiabilidade dos dados coletados, há
a necessidade de se realizar o descarte desses valores discrepantes.
Tais valores são ocasionados muitas vezes por fatores externos, como no caso das
medidas de radiação solar. O solarímetro é fortemente influenciado pela presença de nuvens ou
poeira, logo se no momento em que houver a coleta dos dados a radiação solar estiver sendo
obstruída por qualquer tipo de massa, haverá um erro na leitura ou um valor atípico da média.
Logo, esses valores devem ser descartados da média dos resultados para que não alterem a
confiabilidade do sistema.
Após a análise e remoção dos parâmetros atípicos, os resultados obtidos pelo sistema de
aquisição pode ser finalmente analisado.
4.2 Calibração do solarímetro
Para garantir a confiabilidade dos dados coletados pelo solarímetro, realizou-se uma
básica calibração do equipamento. Para tal o solarímetro em estudo foi levado até a estação de
dados meteorológicos automática de São João Del Rei, que serve como base de dados para o
Instituto Nacional de Meteorologia – INMET, localizada no Campus Tancredo Neves da UFSJ.
O solarímetro a ser calibrado foi então posicionado ao lado do solarímetro da estação
meteorológica, como mostra a Figura 28:
Figura 28 – Foto do posicionamento do solarímetro durante calibração, a esquerda o solarímetro da estação meteorológica, a
direita o solarímetro do laboratório de energia.
49
Foram realizados três dias de coleta de dados utilizando-se o multímetro Agilent
34410A. Os dados foram então comparados com a base de dados meteorológicos da estação
automática disponíveis no site do Instituto Nacional de Meteorologia – INMET logo em seguida
foi feito um gráfico com os valores entre o solarímetro do laboratório de energia e o solarímetro
do INMET, Figura 29. Posteriormente foi plotada a linha de tendência dos dados e então pôde-
se obter a equação de calibração do solarímetro dada por pela eq. (22).
𝐼𝑐 = 0,0012𝐼2 − 0,5569𝐼 + 424,65 (22)
Onde:
𝐼𝑐 – Radiação solar calculada, [W/m²].
Figura 29 – Gráfico de calibração do solarímetro
4.3 Radiação solar incidente
Os valores da radiação solar coletados durante os 12 dias de ensaio podem ser
visualizados entre as Tabela 5, Tabela 6 e Tabela 7:
Ic = 0,0012 I2 - 0,5569 I + 424,65
R² = 0,9768
400,0
500,0
600,0
700,0
800,0
900,0
1000,0
1100,0
600,0 650,0 700,0 750,0 800,0 850,0 900,0 950,0 1000,0
Rad
iaçã
o s
ola
r IN
ME
T [
W/m
²]
Radiação solar coletada [w/m²]
50
Tabela 5 – Dados de radiação solar incidente medidos durante os dias de teste utilizando a
chapa de aço como material absorvedor
Fonte: Elaborado pelo Autor
Hora Radiação solar com chapa de aço [W/m²]
18/set 19/set 20/set 21/set 22/set
09:00 644,1 507,4 - 591,0 581,9
10:00 771,3 760,6 - 707,4 763,3
11:00 881,4 873,9 - 941,5 879,3
12:00 948,9 951,6 - 1000,0 920,7
13:00 958,0 967,6 - 1004,3 518,1
14:00 892,0 898,9 737,2 895,7 516,0
15:00 744,7 767,6 672,3 701,6 659,0
16:00 496,3 579,0 534,0 587,8 511,7
17:00 315,4 334,6 242,0 305,3 243,1
Tabela 6 – Dados de radiação solar incidente para os dias de teste utilizando a brita sem pintar
como material absorvedor
Fonte: Elaborado pelo Autor
Hora Radiação solar com brita sem pintar [W/m²]
23/set 24/set 25/set 26/set
09:00 619,1 561,2 466,5 549,5
10:00 797,9 716,5 568,1 744,1
11:00 801,1 886,7 577,1 778,2
12:00 739,9 958,5 834,6 346,8
13:00 488,3 910,1 922,3 704,3
14:00 708,5 787,8 785,6 935,1
15:00 707,4 572,9 770,7 525,0
16:00 420,7 345,2 563,8 304,8
17:00 319,1 266,0 313,8 210,1
Tabela 7– Dados de radiação solar incidente para os dias de teste utilizando a brita pintada de
preto como material absorvedor
Fonte: Elaborado pelo Autor
Hora Radiação solar com brita pintada de preto [W/m²]
27/set 28/set 29/set
09:00 587,8 604,3 570,7
10:00 827,7 704,8 694,7
11:00 902,1 846,3 846,8
12:00 888,8 926,6 918,1
13:00 562,2 940,4 967,6
14:00 669,1 794,7 898,9
15:00 260,6 649,5 722,3
16:00 339,4 438,8 497,3
17:00 254,8 292,6 246,8
51
Observando-se as Tabela 5, Tabela 6 e Tabela 7, é visível a variância de radiação entre
os dias ensaiados. Pode-se observar a variação natural da radiação solar ao longo de todos os
dias, onde a curva de radiação descreve uma trajetória parabólica com ápice entre 12h e 13h, a
partir das 13h os níveis de radiação começam a decrescer. Porém é notável também que em
certas ocasiões os níveis de radiação solar sofrem com intensa alteração divergindo das médias
dos dias restantes, como são observados durante o intervalo de tempo entre 12h e 13h dos dias
22/09, 23/09, 26/09 e 27/09. Durante todos esses, observou-se a presença de muitas nuvens
sendo este o fator crucial para a redução da radiação solar medida.
Para se realizar a análise da eficiência de cada material absorvedor, deve-se utilizar dias
em que os níveis de radiação sejam próximos e também que as condições meteorológicas, vento,
chuva, temperatura ambiente, etc. sejam semelhantes. Por este motivo os dias escolhidos para
se realizar a comparação de resultados entre os diferentes meios absorvedores foram os dias
19/09, 24/09 e 29/09. Esses foram os dias em que os níveis de radiação permaneceram mais
próximos e constantes ao longo de todo o dia, e também apresentaram condições
meteorológicas próximas com dias de céu claro e poucas nuvens.
4.4 Temperaturas no coletor solar e câmara de secagem
As temperaturas de entrada e saída do coletor solar e também a temperatura da câmara
de secagem utilizando-se a chapa de aço como material absorvedor, podem ser observadas nas
Figura 30, Figura 31, Figura 32 e Figura 33. Além disso, analisando-se as figuras em questão
pode-se visualizar a forte influência que a radiação solar exerce na temperatura de saída do
coletor solar, fazendo com que a temperatura de saída do coletor solar varie quase junto com a
radiação. Para todos os dias de teste do coletor solar com a chapa de aço a temperatura de
entrada do coletor ficaram entre 27 ºC ±0,24 ºC e 42 ºC ±0,34 ºC.
A máxima temperatura de saída do coletor com este material absorvedor, foi de 72,3 ºC
±0,57 ºC e ocorreu no dia 18/09, e manteve uma média de temperatura de saída de 59,8 ºC
±0,48 ºC. Valor próximo ao encontrado por Mohanraj e Chandrasekar (2009), em seu coletor
solar eles conseguiram uma média de temperatura de saída do coletor de 50,4 ºC.
A temperatura dentro da câmara de secagem utilizando-se esse material absorvedor teve
uma média de 44,1 ºC ±0,35 ºC, com valores mínimo e máximo respectivamente de 29,5 ºC
±0,23 ºC e 52,0 ºC ±0,41. A máxima temperatura na câmara de secagem também ocorreu no
52
dia 18/09, o que já era esperado devido a influência direta que há entre, radiação solar,
temperatura de saída do coletor e temperatura da câmara de secagem.
Figura 30 – Temperaturas e radiação solar do dia 18/09
Figura 31 – Temperaturas e radiação solar do dia 19/09
150,0
300,0
450,0
600,0
750,0
900,0
1050,0
20,0
30,0
40,0
50,0
60,0
70,0
80,0
09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00
Rad
iaçã
o s
ola
r [W
/m²]
Tem
per
atura
[ºC
]
Hora do dia
Dia 18/09 - Chapa de aço
T. Entrada T. Saída T. Câmara Radiação
150,0
300,0
450,0
600,0
750,0
900,0
1050,0
20,0
30,0
40,0
50,0
60,0
70,0
80,0
09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00
Rad
iaçã
o s
ola
r [W
/m²]
Tem
per
atura
[ºC
]
Hora do dia
Dia 19/09 - Chapa de aço
T. Entrada T. Saída T. Câmara Radiação
53
Figura 32 - Temperaturas e radiação solar do dia 21/09
Figura 33 - Temperaturas e radiação solar do dia 22/09
Entre os dias 23/09 e 26/09 o material utilizado como absorvedor foi a brita sem pintar,
logo analisando-se as Figura 34, Figura 35, Figura 36 e Figura 37, pode-se visualizar que a
radiação solar ainda exerce influência sobre a temperatura de saída do coletor solar, porém
observa-se uma menor queda em sua temperatura ao final do dia devido a elevada inércia
térmica da brita, como é observado pela Figura 35. A temperatura de entrada do coletor ficou
entre 25,2 ºC ±0,21 ºC e 43,7 ºC ±0,35 ºC.
A máxima temperatura de saída do coletor foi de 60,4 ºC ± 0,49ºC e ocorreu no dia
26/09, e manteve uma média de temperatura de saída de 45,4 ºC ± 0,36 ºC. Valor abaixo do
encontrado pela configuração, utilizando-se a chapa de aço. Valores próximos aos encontrados
150,0
300,0
450,0
600,0
750,0
900,0
1050,0
20,0
30,0
40,0
50,0
60,0
70,0
80,0
09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00
Rad
iaçã
o s
ola
r [W
/m²]
Tem
per
atura
[ºC
]
Hora do dia
Dia 21/09 - Chapa de aço
T. Entrada T. Saída T. Câmara Radiação
150,0
300,0
450,0
600,0
750,0
900,0
1050,0
20,0
30,0
40,0
50,0
60,0
70,0
80,0
09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00
Rad
iaçã
o s
ola
r [W
/m²]
Tem
per
atura
[ºC
]
Hora do dia
Dia 22/09 - Chapa de aço
T. Entrada T. Saída T. Câmara Radiação
54
por Shuck (2012) em seu trabalho com um coletor solar armazenador de calor, que também
utilizou brita como material absorvedor. Já a temperatura da câmara de secagem permaneceu
entre os valores de 25,7 ºC ±0,21 ºC e 51,9 ºC ±0,42 ºC, obtendo assim uma média de 39,7 ºC
±0,31 ºC.
Figura 34 - Temperaturas e radiação solar do dia 23/09
Figura 35 - Temperaturas e radiação solar do dia 24/09
0,0
200,0
400,0
600,0
800,0
1000,0
20,0
30,0
40,0
50,0
60,0
70,0
80,0
09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00
Rad
iaçã
o s
ola
r [W
/m²]
Tem
per
atura
[ºC
]
Hora do dia
Dia 23/09 - Brita sem pintar
T. Entrada T. Saída T. Câmara Radiação
0,0
200,0
400,0
600,0
800,0
1000,0
20,0
30,0
40,0
50,0
60,0
70,0
80,0
09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00
Rad
iaçã
o s
ola
r [W
/m²]
Tem
per
atura
[ºC
]
Hora do dia
Dia 24/09 - Brita sem pintar
T. Entrada T. Saída T. Câmara Radiação
55
Figura 36 - Temperaturas e radiação solar do dia
Figura 37 - Temperaturas e radiação solar do dia 26/09
Finalmente na última configuração do coletor solar, utilizando-se a brita pintada de
preto, pôde-se observar pelas Figura 38, Figura 39 e Figura 40, que a temperatura de entrada
no coletor ficou ente 28,8 ºC ±0,23 ºC e 44 ºC ±0,36 ºC. Enquanto a temperatura média de saída
do coletor foi de 51,1 ºC ±0,42 ºC, com um valor máximo de 65,4 ºC ±0,53 ºC, valor maior do
que o alcançado pela configuração com a brita sem pintar e menor do valor da temperatura da
configuração com a chapa de aço.
Já a temperatura da câmara de secagem para esses dias, permaneceu entre 26,8 ºC ±0,21
ºC e 52,2 ºC ±0,43 ºC, obtendo uma média de 42,4 ºC ±0,34 ºC. Valor acima da média da
configuração do coletor com a brita sem pintar. O que demonstra uma melhor eficiência de
0,0
200,0
400,0
600,0
800,0
1000,0
20,0
30,0
40,0
50,0
60,0
70,0
80,0
09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00
Rad
iaçã
o s
ola
r [W
/m²]
Tem
per
atura
[ºC
]
Hora do dia
Dia 25/09 - Brita sem pintar
T. Entrada T. Saída T. Câmara Radiação
0,0
200,0
400,0
600,0
800,0
1000,0
20,0
30,0
40,0
50,0
60,0
70,0
80,0
09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00
Rad
iaçã
o s
ola
r [W
/m²]
Tem
per
atura
[ºC
]
Hora do dia
Dia 26/09 - Brita sem pintar
T. Entrada T. Saída T. Câmara Radiação
56
troca de calor entre a brita pintada de preto com o ar de secagem, quando comparada a
configuração da brita sem pintar.
Figura 38 - - Temperaturas e radiação solar do dia 27/09
Figura 39 - Temperaturas e radiação solar do dia 28/09
0,0
200,0
400,0
600,0
800,0
1000,0
20,0
30,0
40,0
50,0
60,0
70,0
80,0
09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00
Rad
iaçã
o s
ola
r [W
/m²]
Tem
per
atu
ra [
ºC]
Hora do dia
Dia 27/09 - Brita pintada de preto
T. Entrada T. Saída T. Câmara Radiação
0,0
200,0
400,0
600,0
800,0
1000,0
20,0
30,0
40,0
50,0
60,0
70,0
80,0
09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00
Rad
iaçã
o s
ola
r [W
/m²]
Tem
per
atura
[ºC
]
Hora do dia
Dia 28/09 - Brita pintada de preto
T. Entrada T. Saída T. Câmara Radiação
57
Figura 40 - Temperaturas e radiação solar do dia 29/09
A Figura 41, ilustra uma comparação entre os dias 19/09, utilizando-se a chapa de aço
como absorvedor, e o dia 29/09, utilizando-se a brita pintada de preto como material
absorvedor. É visível pela figura em questão que a chapa de aço conseguiu transmitir mais calor
ao fluido de trabalho, uma vez que este alcançou temperaturas mais elevadas e com níveis de
radiação semelhantes para os dois casos. Isso ocorre pois a brita tem uma elevada inércia
térmica, devido ao seu coeficiente de condutividade térmica ser menor que o da chapa de aço,
logo a sua difusividade térmica também é menor que a do aço diminuindo-se assim a
transmissão de calor da brita ao ar de secagem.
Ainda analisando a Figura 41, nota-se que entre as 13h e 14 horas os níveis de radiação
solar dos dois dias em questão se equiparam possibilitando-se assim uma melhor análise.
Observa-se que a temperatura do ar de secagem alcançada pela chapa de aço é superior que a
alcançada pela brita pintada de preto, contudo a partir das 13h, momento em que a radiação
solar começa a diminuir, a temperatura do ar na saída do coletor utilizando a chapa de aço
começa a cair junto com a radiação, enquanto a temperatura do ar na saída do coletor utilizando
a brita pintada de preto continua a crescer até as 14h. Isto ocorre devido à grande capacidade
térmica que a brita possui, liberando o calor armazenado no momento em que a radiação solar
começa a diminuir.
0,0
200,0
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Rad
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ola
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/m²]
Tem
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atura
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]
Hora do dia
Dia 29/09 - Brita pintada de preto
T. Entrada T. Saída T. Câmara Radiação
58
Figura 41 – Comparação entre o dia 19/09, usando chapa de aço e o dia 29/09, usando a brita pintada de preto
A Figura 42, mostra uma comparação entre as temperaturas dos dias 24/09 e 29/09,
utilizando-se a brita sem pintar e a brita pintada. Pode-se notar que a média de temperatura da
brita pintada de preto é maior do que a sem pintar, indicando uma melhor troca de calor entre
o material e o fluido de trabalho, uma vez que a diferença de radiação entre os dois dias não é
tão significante. Observando-se a Figura 42, entre 9h e 12h nota-se que a brita pintada de preto,
consegue transferir uma maior quantidade de energia para o ar de secagem, mesmo com um
nível de radiação solar menor.
Figura 42 – Comparação entre o dia 24/09, utilizando brita sem pintar, e o dia 29/09 utilisando a brita pintada de preto.
Segundo Portella e Eichelberger (2001) e Kolling, Trogello e Modolo (2015), a
temperatura do ar de secagem para o trigo não deve exceder 70 ºC. A faixa ótima de temperatura
0,0
200,0
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T. Saída 19/09 T. entrada29/09 T. saída 29/09
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Rad
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o [
W/m
²]
Tem
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atura
[ºC
]
Radiação 24/09 Radiação 29/09 T. entrada 24/09
T. saída 24/09 T. entrada 29/09 T. saída 29/09
59
de secagem do trigo, com finalidade para moinhos, é entre 45 ºC e 60 ºC, pois temperaturas
acima de 60 ºC causam a desnaturação da proteína presente nos grãos de trigo. No caso do trigo
para sementes, replantio, a temperatura de secagem deve ser ainda inferior, sendo recomendado
que esta não ultrapasse os 43 ºC. Logo, analisando-se as temperaturas de secagem em todos os
dias de ensaios, a temperatura da câmara permaneceu abaixo do limite crítico de temperatura
de secagem para o trigo.
4.5 Eficiência do sistema
4.5.1 Eficiência térmica
Utilizando-se a metodologia demonstrada no item 3.7.1 deste trabalho, a eficiência
térmica do coletor solar foi determinada.
Figura 43 – Eficiência térmica do coletor solar com a chapa de aço
Observa-se pela Figura 43 a variação da eficiência térmica do coletor solar para os dias
ensaiados com a chapa de aço. A eficiência do coletor permaneceu entre 32,09% ±0,8 e 61,76%
±1,63%, permanecendo com uma eficiência térmica média de 44% ±1,2%, esta eficiência está
bastante próxima do valor encontrado por Banout e Ehl (2011), que obteve uma eficiência
térmica de 40,98% em seu coletor solar com 0,9 m² de área. Fudholi et al. (2015), encontrou
em seu coletor solar de passagem dupla de ar, uma eficiência média de 31%. Em seu trabalho,
0,0
150,0
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20,0%
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Rad
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Efic
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cia
térm
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[%]
Hora do dia
Eficiência 18/09 Eficiência 19/09 Eficiência 21/09 Eficiência 22/09
Radiação 18/09 Radiação 19/09 Radiação 21/09 Radiação 22/09
60
Yang et al. (2014) encontrou uma eficiência térmica média de 42,5% para seu coletor solar
aletado.
Durante a análise dos testes observou-se que a eficiência térmica do coletor acompanha
a tendência da radiação solar, e ao final do dia, momento em que há a queda da intensidade da
radiação solar a eficiência do coletor continua a crescer por um tempo e logo em seguida sofre
uma queda, esse fato decorre devido a inércia térmica ou capacitância do coletor em manter a
energia absorvida pelo coletor através do material absorvedor.
A Figura 44 demonstra a variação da eficiência térmica do coletor solar com a brita sem
pintar como material absorvedor. Pode-se observar que a eficiência térmica do coletor para esse
material absorvedor variou entre 25,35% ±1,65% e 78,64% ±3,3%, permanecendo com uma
eficiência térmica média de 51,2% ±2,09%. El-Sebaii et al. (2007), encontrou valores de
eficiência térmica semelhantes, em seu trabalho El-Sebaii et al. utilizaram pedras de calcário,
cascalho e brita como materiais absorvedores, obtendo uma faixa de eficiência térmica entre
48% e 69%. Ramadan et al. (2007) obteve uma eficiência média 67% para o seu coletor solar
utilizando também brita e pedras calcárias.
Figura 44 – Eficiência térmica do coletor solar com a brita sem pintar
Percebe-se que a eficiência do coletor aumentou com a utilização da brita como material
absorvedor, fato encontrado por Santos, Queiroz e Borges (2005), Shuck (2012) e também por
150,0
300,0
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09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00
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Efic
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cia
térm
ica
[%]
Título do Eixo
Eficiência 23/09 Eficiência 24/09 Eficiência 25/09 Eficiência 26/09
Radiação 23/09 Radiação 24/09 Radiação 25/09 Radiação 26/09
61
Ramadan et al. (2007). Este aumento da eficiência térmica é atribuída ao maior contato entre o
fluido e o material absorvedor. O leito de brita por ser irregular, aumenta a área de contato entre
o fluido e a superfície de troca de calor, além de criar vórtices que no escoamento do ar,
contribuindo ainda mais para a troca de calor.
Pela Figura 45, observa-se a eficiência térmica do coletor solar utilizando a brita pintada
de preto como material absorvedor. Observa-se que a faixa de eficiência térmica para os dias
ensaiado permaneceu entre 43,20% ±2,05% e 86,25% ±3,42%, permanecendo com uma
eficiência média de 65,33% ±2,29%. Valores dentro também das faixas de eficiência térmica
de descritos por Ramadan et al. (2007) e El-Sebaii et al. (2007).
Figura 45 – Eficiência térmica do coletor solar com a brita pintada de preto
Observa-se que houve um aumento da eficiência térmica na brita pintada de preto em
comparação com a brita sem pintar, este fato é atribuído principalmente pela maior capacidade
de absorver calor da brita pintada de preto devido a menor reflectância do material pintado de
preto fosco. Logo, observa-se também que durante grandes variações de radiação solar, o
coletor solar utilizando a brita tanto pintada como sem pintar, obteve uma eficiência térmica
mais constante do que quando utilizando a chapa de aço, fato que ocorre devido a maior inercia
térmica que a brita tem em relação a chapa de aço.
150,0
300,0
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]
Hora do dia
Eficiência 27/09 Eficiência 28/09 Eficiência 29/09
Radiação 27/09 Rdiação 28/09 Radiação 29/09
62
Para fins de comparação e determinação da melhor configuração entre os materiais
coletores e absorvedores de calor, foram comparados três dias de secagem com base na radiação
incidente e também condições meteorológicas, como descrito anteriormente. Logo os dias
escolhidos para a comparação da eficiência térmica do coletor, foram os dias 19/09, 24/09 e
29/09, cada um contando com um tipo de absorvedor diferente. A brita pintada de preto
apresentou ser 42,34% mais eficiente que a chapa de aço e 22,32% mais eficiente que a brita
sem pintar. A brita sem pintar foi 16,36% mais eficiente que a chapa de aço.
4.5.2 Eficiência de secagem
4.5.2.1Variação de umidade dos produtos
As Figura 46, Figura 47 e Figura 48, descrevem as curvas de remoção de umidade das
amostras de trigo utilizadas nos ensaios. Pode-se notar que em todos os casos e dias ensaiados
o secador solar foi capaz de diminuir a umidade do trigo a valores abaixo do percentual de
umidade exigido para armazenamento.
A Figura 46, representa a curva de desidratação das amostras de trigo durante os ensaios
utilizando-se chapa de aço como material absorvedor de calor. Ressalta-se o fato de que nos
dias 18/09 e 19/09 as amostras estavam incialmente com 24,2% de umidade b.u. e a partir do
dia 21/09 até o dia 29/09 as amostras continham inicialmente umidade de 19,2% b.u.
Observa-se pela Figura 46, que há um maior decréscimo da umidade do grão de trigo
durante as primeiras horas de secagem, e com uma variação cada vez menor até se tornar
constante ao final das horas de secagem, quando o grão entra em equilíbrio higroscópico com
o ar. Isso se dá devido ao fato de que durante as primeiras horas de secagem a remoção de
umidade se dá pela evaporação da água presente nas camadas superficiais do grão, o que torna
sua remoção mais fácil, então a água presente no interior do grão, que está fortemente ligada a
este, começa a migrar do interior para as camadas exteriores, porém este é um processo mais
lento e que exige mais energia para ocorrer (MOHANRAJ; CHANDRASEKAR,2009),
(PORTELLA; EICHELBERGER 2001).
63
Figura 46 – Curva de remoção de umidade do trigo para utilizando-se a chapa de aço
Quanto mais elevada for a umidade inicial do grão, maior é a facilidade de secagem
deste produto, como é possível se visualizar comparando-se as curvas de secagem dos dias
18/09 e 19/09 com as curvas de secagem dos dias 21/09 e 22/09. É possível também observar
que a queda de umidade do produto é mais acentuada durante as primeiras horas de secagem
A umidade final dos grãos nos dias 18/09 e 19/09 foram respectivamente de 6,68%
±0,02% e 7,76% ±0,02%, enquanto para os dias 21/09 e 22/09 a umidade dos grãos foi
respectivamente de 9,65% ±0,02% e 10,61% ±0,03%.
O comportamento da curva de desidratação do trigo utilizando-se a brita sem pitar como
material absorvedor pode ser observado pela Figura 47, seu comportamento é bastante análogo
a curva do coletor com a chapa de aço, havendo um declínio rápido da umidade do grão nas
primeiras horas de secagem, e em seguida, uma atenuação dessa curva até que essa se torne
constante, o que ocorre quando o grão entre em equilíbrio hidroscópico com o ar, ou seja, sua
pressão parcial de vapor se iguala a pressão parcial de vapor do ar de secagem.
A umidade final para os dias 23/09 a 26/09, são respectivamente de 8,93% ±0,02%,
8,32% ±0,02%, 9,21% ±0,02% e 10,55% ±0,03%.
6,00%
10,00%
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09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00
Um
idad
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]
Hora do dia
18/09 19/09 21/09 22/09
64
Figura 47 - Curva de remoção de umidade do trigo utilizando-se a brita sem pintar
Por último a curva de remoção de umidade do trigo para o coletor com a brita pintada
de preto pode ser observada pela Figura 48. De forma semelhante ao coletor solar com chapa
de aço e com brita sem pintar, há uma queda acentuada da umidade nas primeiras horas de
secagem, seguindo-se de uma atenuação da curva até o seu ponto de equilíbrio.
Figura 48 - Curva de remoção de umidade do trigo utilizando-se a brita pintada de preto
A umidade final das amostras de trigo para os dias 27/09, 28/09 e 29/09, são
respectivamente de 9,84% ±0,02%, 8,37% ±0,02% e 8,48% ±0,02%.
8,00%
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20,00%
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Um
idad
e [%
]
Hora do dia
23/09 24/09 25/09 26/09
8,00%
10,00%
12,00%
14,00%
16,00%
18,00%
20,00%
09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00
Um
idad
e [%
]
Hora do dia
27/09 28/09 29/09
65
Em média a umidade do trigo diminuiu de 19,2%±0,05% para 9,2%±0,02% após 8 horas
de secagem. Observa-se pelas Figura 46, Figura 47 e Figura 48 que em média, com 2,5 horas
de secagem o trigo já se encontrava com umidade suficientemente baixa para o seu
armazenamento, ou seja, abaixo de 13% de umidade em base úmida.
4.5.2.2 Curvas de eficiência de secagem
As curvas de eficiência de secagem foram calculadas seguindo o procedimento descrito
no item 3.7.2, onde a eficiência de secagem é dada pela razão entre a quantidade de água
evaporada do grão pela quantidade de energia que é fornecida ao sistema.
Pela Figura 49, observa-se que a eficiência de secagem do grão no secador solar
decresce rapidamente durante as primeiras horas de secagem, tendo um valor máximo de
eficiência de 37,46% ±0,77%. O secador solar utilizando a chapa de aço como material
absorvedor obteve uma eficiência de secagem média de 13,82% ±0,29%. Banout e Ehl (2011),
obtiveram uma eficiência média de secagem 15,83% para seu coletor solar de passagem simples
de ar, Fudholi et al. (2015) encontrou uma eficiência média de secagem de 19%.
Figura 49 – Eficiência de secagem para o coletor solar com chapa de aço
As amostras utilizadas nos dias 18/09 e 19/09, contavam com uma umidade inicial de
24,2% enquanto as amostras dos dias seguintes contavam com uma umidade inicial de 19,2%,
ocasionando uma diferença visível das curvas de secagem. Uma maior eficiência de secagem
0,00%
10,00%
20,00%
30,00%
40,00%
50,00%
10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00
Efic
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cia
de
seca
gem
[%
]
Hora do dia
18/09 19/09 21/09 22/09
66
foi obtida com as amostras com maior umidade, isso ocorre devido ao fato que a retirada de
umidade de um grão é mais fácil quanto mais úmido for este grão.
Como já mencionado anteriormente neste trabalho, há uma maior facilidade de remoção
de umidade de grãos durante a fase inicial de desidratação, devido ao fato de que a água presente
na superfície do grão está menos ligada ao poros dos grão, logo a sua evaporação é mais fácil.
A medida que a água da superfície evapora, há então a movimentação da água no interior do
grão sentido a superfície deste, processo que é mais lento e exige uma maior quantidade de
energia para ocorrer. Este processo também pode ser observado pela Figura 49, observa-se que
há uma queda acentuada na eficiência de secagem do grão nas primeiras horas, em seguida a
eficiência vai tendendo a zero à medida que o trigo entra em equilíbrio higroscópico com o ar.
Observa-se ainda pela Figura 50, que no dia 26/09 há um pico de eficiência, atingindo
o valor máximo de eficiência do coletor, isto ocorre devido a uma grande variação na
intensidade da radiação solar incidente no coletor, entre 11:00h e 12:00h deste dia. Como a
eficiência de secagem é inversamente proporcional à radiação solar, há um aumento no
desempenho de secagem do mesmo devido a sua inércia térmica.
Figura 50 – Eficiência de secagem para o coletor solar com brita sem pintar
A eficiência de secagem diminui com o passar do tempo de secagem, devido a tendência
que o grão tem em entrar em equilíbrio higroscópico com o ar. A eficiência média de secagem
para o trigo utilizando-se a brita sem pintar foi de 12,3% ±0,29%.
E por último a eficiência de secagem para o coletor utilizando a brita pintada de preto,
pode ser observado pela Figura 51, onde de maneira semelhante as Figura 49 e Figura 50, há
0,0%
10,0%
20,0%
30,0%
40,0%
50,0%
10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00
Efic
ien
cia
de
Seca
gem
[%
]
Hora do dia
23/09 24/09 25/09 26/09
67
uma queda na eficiência de secagem do secador solar ao longo do dia à medida que o grão tente
a entrar em equilíbrio. A eficiência média de secagem do secador solar utilizando a brita pintada
de preto como material absorvedor foi de 11,7% ±0,22%.
Figura 51 – Eficiência de secagem para o coletor com brita pintada de preto
0,0%
10,0%
20,0%
30,0%
40,0%
50,0%
10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00
Efic
ien
cia
de
seca
gem
[%
]
Hora do dia
27/09 28/09 29/09
68
CAPÍTULO 5 - CONSIDERAÇÕES FINAIS
5.1 Conclusão
O desempenho do secador solar foi comparada em relação a seus três tipos de meios
absorvedores, a chapa de aço, a brita sem pintar e a brita pintada de preto.
Em relação ao alcance de temperaturas no coletor e na câmara de secagem, a
configuração do coletor solar que alcançou as maiores temperaturas de saída do coletor e dentro
da câmara de secagem foi a chapa de aço, atingindo um valor máximo de 72,3 ºC ±0,57 ºC e
permanecendo com uma média de 59,8 ºC ±0,48 ºC na saída de seu coletor, o interior da câmara
de secagem neste caso ficou com uma temperatura média de 44,1 ºC ±0,35 ºC.
O secador solar utilizando a brita sem pintar obteve uma temperatura máxima na saída
de seu coletor no valor de 60,4 ºC ±0,39 ºC, mantendo com uma média de 45,4 ºC ±0,36. No
interior de sua câmara de secagem a média de temperatura foi de 39,7 ºC ±0,31 ºC. Já para o
secador utilizando a brita pintada de preto a temperatura máxima alcançada na saída do coletor
foi de 65,4 ºC ±0,53 ºC, permanecendo com uma média de 51,1 ºC ±0,42 ºC.
A temperatura da câmara de secagem é um dos fatores mais importantes a serem
controlados durante o processo de secagem, logo devem-se evitar picos de temperatura para
que haja uma boa qualidade de secagem do produto. O trigo deve ser secado em uma faixa de
temperatura que varia entre 45 ºC e 60 ºC (PORTELLA; EICHELBERGER, 2001) E
(KOLLING, TROGELLO; MODOLO, 2015). Logo analisando-se do ponto de vista da
qualidade de secagem a brita pintada de preto e a brita sem pintar oferecem uma melhor
qualidade de secagem, uma vez que estas amenizam os picos de temperaturas que ocorrem
devido a variação da radiação solar incidente.
O secador solar obteve uma eficiência térmica satisfatória para todos os tipos de
absorvedores. Nos ensaios com a chapa de aço, obteve-se uma eficiência térmica média de 44%
±1,2%, valor semelhante ao encontrado por Banout e Ehl (2011), Yang et al. (2014) e Fudholi
et al. (2015). Para o caso do coletor solar com a brita sem pintar e a brita pintada, houve um
aumento na eficiência térmica do coletor solar, esses atingindo uma eficiência térmica média
respectivamente de 51,2% ±2,09% e 65,33% ±2,29%, valores semelhantes aos encontrados por
El-Sebaii et al. (2007) e Ramadan et al. (2007). O coletor solar com a brita pintada de preto
fosco foi o modelo mais eficiente entre todos, quando comparado aos outros dois modelos e
69
com condições de radiação incidente e meteorológicas semelhantes. Com a brita pintada de
preto, o coletor solar apresentou ser 42,34% mais eficiente que a chapa de aço e 22,32% mais
eficiente que a brita sem pintar. A brita sem pintar foi 16,36% mais eficiente que a chapa de
aço.
Quanto a qualidade de secagem, o trigo permanece protegido das radiações ultra violeta
por se tratar de um secador solar indireto, conservando-se a qualidade do grão durante sua
secagem. O que torna este modelo de secador bastante vantajoso quando comparado a secagem
por exposição direta a radiação solar. Os grãos de trigo apresentaram uma boa qualidade de
secagem, não havendo a perda de cor do grãos ou a quebra dos grãos, o que indicaria uma má
qualidade de secagem.
De modo geral este protótipo de secador solar é bastante versátil, podendo ser utilizado
para secar diversos produtos agrícolas. Pode ser facilmente elaborado e construído, uma vez
que utiliza materiais simples como a madeira e também o leito de brita, o que o torna ideal para
o uso de pequenos fazendeiros em que a produção agrícola não é substancialmente grande.
5.2 Trabalhos futuros
Apontam-se como trabalhos futuros:
Realizar o estudo da viabilidade econômica e do custo de implantação deste modelo
de secador solar tanto em pequena, quanto em média escala, esta é uma necessidade
para a correta implantação do projeto;
Determinar a capacidade de processamento (secagem) do secador solar, a
otimização das dimensões do projeto podem garantir um aumento no desempenho e
eficiência do secador solar;
Realizar a comparação da eficiência do secador secando outros tipos de grãos e
produtos agrícolas, observando-se a qualidade de secagem desses produtos;
Alterar parâmetros construtivos do secador solar, como a altura de material
absorvedor, a inclinação do coletor solar em relação a posição do sol durante o ano,
variar também a vazão de escoamento do ar de secagem. Então analisar a variação
da eficiência do secador solar, comparado a este trabalho.
70
Referências Bibliográficas
ABNT, NBR. 15220-2. Desempenho Térmico de Edificações-Parte 2: Métodos de cálculo da
transmitância térmica, da capacidade térmica, do atraso térmico e do fator de calor solar de
elementos e componentes de edificações. 2003.
AL-JUAMILY, Khalil EJ; KHALIFA, Abdul Jabbar N.; YASSEN, Tadahmun A. Testing of
the performance of a fruit and vegetable solar drying system in Iraq. Desalination, v. 209, n.
1-3, p. 163-170, 2007. http://dx.doi.org/10.1016/j.desal.2007.04.026.
BABAGANA, Gutti; SILAS, Kiman; MUSTAFA, B. G. Design and construction of
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