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Universidade Federal da Bahia |
Repositório Institucional da UFBA
Use este identificador para citar ou linkar para este item: https://repositorio.ufba.br/handle/ri/43013
Tipo: Dissertação
Título: Desenvolvimento de protótipo para geração de energia solar térmica aplicada a processos de aquecimento no semiárido
Título(s) alternativo(s): Development of a prototype for solar thermal energy generation applied to heating processes in the semi-arid region
Desarrollo de un prototipo para la generación de energía solar térmica aplicada a procesos de calentamiento en el semiárido
Autor(es): Nascimento, Bruno Santos
Primeiro Orientador: Pontes, Karen Valverde
Segundo Orientador: Costa Filho, Marcus Vinícius Americano da
metadata.dc.contributor.referee1: Bueno, Andre Valente
metadata.dc.contributor.referee2: Andrade, Gustavo Artur de
metadata.dc.contributor.referee3: Costa Filho, Marcus Vinícius Americano da
metadata.dc.contributor.referee4: Pontes, Karen Valverde
Resumo: A energia solar térmica é uma solução sustentável e eficiente para atender demandas energéticas em regiões com alta incidência de radiação solar, como o semiárido baiano. Esta região apresenta características interessantes, como alta disponibilidade de radiação ao longo do ano, mas também enfrenta desafios significativos relacionados à infraestrutura energética e ao acesso a fontes de energia convencionais. Nesse contexto, os coletores solares de placa plana surgem como uma tecnologia promissora, oferecendo uma alternativa prática e acessível para a geração de energia térmica. Embora se assemelhem visualmente aos painéis fotovoltaicos, que produzem eletricidade, os coletores solares de placa plana convertem a radiação solar em energia térmica, sendo ideais para processos que requerem aquecimento. Esta dissertação teve como principal objetivo desenvolver, implementar e validar um protótipo funcional de planta de energia solar térmica utilizando coletores de placa plana, com foco em aplicações práticas voltadas para o semiárido baiano. A metodologia adotada foi de caráter prático e experimental. O protótipo foi projetado e construído, integrando sensores e sistemas de monitoramento que permitiram a coleta e análise de dados precisos sobre seu desempenho em diferentes condições operacionais. As hipóteses foram validadas por meio de experimentos que demonstraram a eficiência dos coletores de placa plana para alcançar temperaturas adequadas às demandas específicas de pasteurização, desinfecção de água e branqueamento de alimentos. Além disso, um modelo foi obtido a partir da literatura e ajustado para refletir as condições específicas da planta desenvolvida, com o objetivo de realizar simulações e futuras melhorias sem depender fisicamente da planta. Posteriormente, o modelo teórico foi validado por meio de comparação com os resultados experimentais, permitindo avaliar o sistema em diferentes cenários operacionais. Os resultados obtidos confirmaram a viabilidade técnica e econômica da planta desenvolvida. O protótipo demonstrou ser capaz de atender com eficiência as demandas térmicas típicas do semiárido baiano, atingindo temperaturas suficientes para os processos estudados. Em termos econômicos, a análise realizada indicou que a planta apresenta custos atrativos e um tempo de retorno competitivo, reforçando seu potencial como uma alternativa sustentável frente a tecnologias convencionais. Esses resultados destacam a versatilidade dos coletores solares de placa plana, que podem ser utilizados em uma ampla variedade de aplicações além do uso residencial tradicional. Com o trabalho foi possível concluir que a energia solar térmica, utilizando coletores de placa plana, representa uma solução promissora para atender as necessidades energéticas e socioeconômicas do semiárido baiano e nordestino. Este trabalho evidencia como essa tecnologia pode ser adaptada para contextos locais, promovendo a sustentabilidade ambiental, a geração de emprego e renda, o fortalecimento e descentralização da infraestrutura energética regional. A pesquisa não apenas valida a eficácia da planta desenvolvida, mas também incentiva a adoção de soluções renováveis em comunidades que enfrentam desafios estruturais, contribuindo de forma significativa para o desenvolvimento sustentável. Este estudo fornece uma base sólida para futuras pesquisas e ampliações tecnológicas, reforçando o papel estratégico da energia solar térmica na transição para uma matriz energética mais limpa e eficiente.
Abstract: Thermal solar energy is a sustainable and efficient solution to meet energy demands in regions with high solar radiation incidence, such as the Bahia semi-arid. This region presents interesting characteristics, such as high radiation availability throughout the year, but also faces significant challenges related to energy infrastructure and access to conventional energy sources. In this context, flat-plate solar collectors emerge as a promising technology, offering a practical and affordable alternative for thermal energy generation. Although visually similar to photovoltaic panels, which produce electricity, flat-plate solar collectors convert solar radiation into thermal energy, making them ideal for processes that require heating. The main objective of this dissertation was to develop, implement, and validate a functional prototype of a thermal solar energy plant using flat-plate collectors, focusing on practical applications aimed at the Bahia semi-arid. The methodology adopted was practical and experimental. The prototype was designed and built, integrating sensors and monitoring systems that allowed the collection and analysis of precise data on its performance under different operational conditions. The hypotheses were validated through experiments that demonstrated the efficiency of the flat-plate collectors in reaching temperatures suitable for specific demands such as pasteurization, water disinfection, and food blanching. Additionally, a model was obtained from the literature and adjusted to reflect the specific conditions of the developed plant, with the goal of performing simulations and future improvements without physically relying on the plant. Subsequently, the theoretical model was validated by comparing it with experimental results, allowing the evaluation of the system under different operational scenarios. The results confirmed the technical and economic feasibility of the developed plant. The prototype proved to be capable of efficiently meeting the thermal demands typical of the Bahia semi-arid, reaching temperatures sufficient for the studied processes. In economic terms, the analysis indicated that the plant presents attractive costs and a competitive payback time, reinforcing its potential as a sustainable alternative to conventional technologies. These results highlight the versatility of flat-plate solar collectors, which can be used in a wide range of applications beyond traditional residential use. The study concluded that thermal solar energy, using flat-plate collectors, represents a promising solution to meet the energy and socioeconomic needs of the Bahia and northeastern semi-arid regions. This work demonstrates how this technology can be adapted to local contexts, promoting environmental sustainability, job and income generation, and the strengthening and decentralization of regional energy infrastructure. The research not only validates the effectiveness of the developed plant but also encourages the adoption of renewable solutions in communities facing structural challenges, contributing significantly to sustainable development. This study provides a solid foundation for future research and technological expansions, reinforcing the strategic role of thermal solar energy in the transition to a cleaner and more efficient energy matrix.
Palavras-chave: Energia solar
Pasteurização
Água - desinfecção
Branqueamento solar
sustentabilidade
coletor solar de placa plana
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::ELETRONICA INDUSTRIAL, SISTEMAS E CONTROLES ELETRONICOS::AUTOMACAO ELETRONICA DE PROCESSOS ELETRICOS E INDUSTRIAIS
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::PROCESSOS INDUSTRIAIS DE ENGENHARIA QUIMICA
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
Idioma: por
País: Brasil
Editora / Evento / Instituição: Universidade Federal da Bahia
Sigla da Instituição: UFBA
metadata.dc.publisher.department: Escola Politécnica
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Industrial (PEI) 
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: https://repositorio.ufba.br/handle/ri/43013
Data do documento: 28-Fev-2025
Aparece nas coleções:Dissertação (PEI)

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