Claeff Engenharia e Produtos Químicos

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Análise do problema

Populações como as dos ribeirinhos da Amazônia e sertanejos da caatinga nordestina normalmente tem vivido da extração vegetal principalmente da extração de óleos vegetais ou essenciais que para a sua extração necessitam de calor que hoje provém do desmatamento. Normalmente não possuem energia elétrica ou quando possuem dependem de combustível fóssil de alto custo.

Outro ponto importante para a tecnologia é a transformação de telhados industriais emconcentradores de raios solares com a geração de calor em alta temperatura e simultaneamente eletricidade diminuindo assim a emissão de CO2 que agrava a questão do efeito estufa, diminuindo a dependência de energia externa.

 A energia solar para a produção de eletricidade e calor simultaneamente é o foco do nosso desenvolvimento que visa a construção de um captador de energia solar de baixo custo para múltiplas aplicações e dupla função. São conhecidas duas grandes tecnologias de captação de energia solar.

Uma delas é a fotovoltaica, onde placas de silício ou outro material absorve a energia de forma luminosa transformando diretamente em energia elétrica sem absorver a porção da luz que se transforma em calor.

Outra é a calorífica que transforma o máximo possível da energia luminosa em energia de calor num corpo negro, aquecendo assim algum fluido como a água, óleo, ar ou sais e assim esta energia poderia ser usada numa turbina para geração de eletricidade ou aquecimento de sistemas industriais, residências como o chuveiro, etc.

No sistema fotovoltaico os raios solares incidem diretamente sobre as placas de silício que absorvem a luz gerando dentro das células uma diferença de potencial produzindo uma corrente elétrica contínua. Um dos problemas deste sistema, atualmente, é o custo das placas que tem inviabilizado sua utilização em grande escala, gerando energia elétrica num custo bem maior que o convencional com a perda da energia radiativa transformada em calor.

No sistema de aquecimento de água ou outro fluído captado diretamente do sol transformando a luz solar em aquecimento, já grandemente utilizado e de baixo custo, pode-se notar uma grande quantidade em residências para o aquecimento de água para chuveiro e outros.

Apesar de simples, o sistema o município de São Paulo passou a exigir por lei municipal que novas residências tenham sistema de aquecimento por energia solar, que tem uma capacidade de aquecer água até a temperatura de 55°C.

Processos industriais e agro-industriais normalmente exigem temperaturas entre 80 a 120°C, fora, portanto desta tecnologia. Neste sistema é absorvida a luz difusa e a radiação incidente, mas com ângulos variáveis em função da posição solar, mostrando se também de baixa eficiência, pois a captação depende também do angulo de incidência dos raios solares que varia durante o dia.

Não são difundidos os sistemas de aquecimento solar com concentradores dos raios solares para instalações de médio porte, com exceção dos pequenos sistemas chamados de fogão solar, mas este não tem como objetivo ser eficiente em termos energéticos, mas somente o de cumprir a função de cozer os alimentos ou aquecimento de água.

Nos dias atuais é possível efetuar concentradores de raios solares com posicionamento automático sempre recebendo os raios solares em posição adequada com máxima eficiência, com um baixo custo e com mecanismos muito simples, com baixo consumo de energia proporcional a energia captada.

Sistemas de captação de energia solar por concentração de raios de grande porte são poucos em operação no mundo e estão gerando energia a um custo que, somente agora com o custo do petróleo alto, começa a se viabilizar.

Dentro do ramo de concentradores de raios solares são observadas poucas idéias evolutivas na diminuição dos custos de geração da energia elétrica ou de calor a partir da energia solar, com exceção das que constam dos fabricantes de células fotovoltaicas para melhorarem a eficiência e a redução de custo de fabricação das mesmas.

Nos sistemas de aquecimento de água pela absorção de placas sem concentradores, obtém-se, por exemplo, a água quente a temperatura máxima de 55 a 65 °C, assim se torna uma técnica limitada quando se quer temperaturas variando de 80 a 120°C para o processo.

Hoje dominam os aquecedores elétricos, com consumo de lenha, óleo ou gás, todos com impacto ambientar na emissão de CO2 para a atmosfera, quando se deseja temperaturas maiores e neste caso os concentradores de raios solares atendem a esta necessidade sem qualquer consumo de energia.

Sistemas que produzem água ou outro fluido a temperaturas próximos ou superiores de 100°C reduzem o investimento de reservatórios de água quente, pois maior energia em forma de calor esta concentrado em volumes menores de massa de fluido. A água quente ou outro fluido pode ser guardado por até 48 horas sem se ter grandes investimentos, quando se estoca a temperaturas maiores.

Por outro lado as células fotovoltaicas de boa qualidade suportam concentrações maiores de intensidade luminosa, fato observado em nossos estudos, gerando assim maior quantidade de energia elétrica, mas existe um limite de temperatura para este máxima eficiência de geração e quanto de concentra os raios solares sobre a célula esta se aquece a temperaturas acimade 200 °C perdendo assim sua capacidade de geração de corrente.

A retirada de calor para células fotovoltaicas quando se trabalha com temperaturas acima de 90 °C é fundamental para manter a eficiência do processo de geração de corrente.

Proposição técnica

Propomos aqui do desenvolvimento de processo de geração de energia elétrica por células fotovoltaicas em concentradores de raios solares, com simultâneo aproveitamento do calor de difusão sobre as células onde o fluido de resfriamento das mesmas, mantendo-as a temperatura ótima de trabalho e gerando fluido quente útil ao aquecimento de algum processo industrial, agroindústria, localidades remotas, clubes, fazendas, criadouros etc.

Proposição de produto e processo

O projeto de pesquisa proposto visa obter tecnologia, patentes, dados de projetos para instalações de plantas de geração de energia elétrica e calor para processos industriais, agroindústrias, clubes, hotéis, e principalmente para atender o problema de energia e calor para o ribeirinho da Amazônia e o sertanejo da caatinga, sem a necessidade de se consumir combustível ou causar emissão de CO2.

Com isto poderia ser projetado plantas de geração de energia elétrica, unido a geração de calor para múltiplas aplicações tais como indústrias, hotéis, agroindústrias sem consumo de combustível como carvão, óleo, gás etc.

Entre os produtos que a empresa poderia comercializar com a presente pesquisa estaria a venda de tecnologia, venda de projetos de plantas, construção de planta para venda de energia e calor para indústrias, com venda de créditos de carbono, produção de pequena planta de geração para pequenas indústrias, agroindústrias, hotéis, clubes, SPAs, fazendas etc, principalmente em localidades longínquas.

Vantagens técnicas

 Num processo normal de captação de energia solar em células fotovoltaicas, parte da energia se transforma em calor e não é convertido em eletricidade e se perde e o custo das placas

fotovoltaicas são altas, pois são importadas e as mesmas suportam concentrações maiores de energia luminosa, que usando concentradores solares de vidro ou outro material os custos das placas cairiam muito.

Adicionando uma caldeira solar por detrás das células o calor perdido nas células seriam aproveitados com dupla função de resfriar as células mantendo em condição ótima de uso e aqueceria algum fluido que seria usado em processos como calor.

Normalmente em indústrias existe a necessidade de energia elétrica e calor e o calor é um ítem relevante em termos de custo para os processos produtivos, assim este processo se enquadraria como uma luva nas necessidades.

Vantagens ambientais

Atualmente se consome algum combustível para aquecimento de processoscomo o GLP, óleo, gás natural entre outros que com a substituição do aquecimento a base solar implica na não emissão de CO2 e possibilitando a venda de créditos de carbono.

Geração e transporte da energia elétrica implica em danos ambientais, com construção derepresas e utilização de áreas para passagem de linhões e consumo de energia e resíduos na produção de alumínio, contrasta com a geração no ponto de utilização de energia principalmente para as regiões do sertão nordestino onde existe uma abundância de sol.

Processo de geração dupla de energia elétrica e calor num único processo onde a área de captação de energia elétrica com custo menor que as placas fotovoltaicas convencionais considerando a área de captação total do equipamento.

O calor difuso das células fotovoltaicas em processo de concentradores de raios sendo usados para aquecimento de processos.

Vantagens comerciais

O processo gera água, ar ou óleo quente com temperaturas bem maiores que as placas de captação de calor convencionais para aquecimento de chuveiros residenciais, atendendo a necessidades de outras aplicações industriais ou outras aplicações.

Energia associada a aquecimento disponível em locais remotos com menor custo proporcional a área de captação. Não consumo de combustíveis fósseis com liberação de CO2 para a atmosfera. Equipamento de fácil instalação e operação. Possibilidade de se guardar a energia térmica e a energia elétrica em baterias e tanques de fluido aquecido para posterior utilização. Custo inferior a outros processos de captação de energia solar comparativo.

Aspectos Sociais

No processo proposto onde a estrutura principal dos captadores podem ser fabricados por estrutura metálicas simples resulta numa nova aptidão as pequenas indústrias de estrutura metálica e prestadores de serviços de mão de obra de montagem regional em uma nova cadeia produtiva.

Relevância do Projeto

O Brasil deixou de participar do desenvolvimento da muitas cadeias produtivas de alta tecnologia por não fomentar a pesquisa em algumas áreas e a produção de processos de geração de energia solar por células fotovoltaica é uma delas. Atualmente esta tecnologia esta em países como EUA, Alemanha, Japão e todos os captadores solares são importados.

Uma tecnologia nacional, com a patente (PI 018.080.038.481) INPI, requerida pode diminuir este atraso dando alternativa na cadeia solar adaptada ao problema energético interior e a soluções técnicas ecologicamente corretas.

Com o aumento do preço dos combustíveis fósseis a viabilidade de novas técnicas se desponta, somado ao cuidado com a não emissão de gases que afetem no aquecimento global. A técnica aqui descrita é realmente revolucionária no aspecto a união do aproveitamento da energia elétrica e de calor simultaneamente ampliando a eficiência do processo e com custos compatíveis.

Objetivos do Projeto

  • Obter tecnologia nacional de captação de energia solar fazendo frente as alternativas importadas, que seja adaptada as necessidades regionais.
  • Transformar a tecnologia requerida em processo comercialmente aceito adaptado ao mercado.
  • Levantamento da dados de campo que viabilize futuras instalações de médio e grande porte.
  • Desenvolvimento de captador solar dentro da tecnologia proposta demonstrando viabilidade técnica, custo.
  • Desenvolvimento da técnica com registro de patentes complementares garantindo toda a cadeia dentro da técnica.
  • Formação de técnicos voltados a esta tecnologia para a venda de instalações.
  • Contribuir para enquadramento de empresas no sistema de ecologicamente corretas, com diminuição de emissões de CO2, vendendo instalações e tecnologia.
  • Assegurar com registros todo o processo desenvolvido.
  • Obter projeto de produto apto para a sua produção e venda.

Viabilidade

Grandes empresas possuem forte foco na sustentabilidade, responsabilidade social e ambiental, com programas de redução de consumo de energia com substituição de processos de geração de energia para energias renováveis. O Nordeste e a Amazônia possuem uma infinidade de comunidades sem acesso a energia elétrica onde projetos comunitários de geração de energia e calor são fundamentais para a melhoria do padrão de vida.

Um processo que atenda ambas as solicitações com a capacidade de gerar energia elétrica e ao mesmo tempo calor para os processos produtivos desde uma fábrica de doces caseiros do interior ou aquecimento de uma planta petroquímica reduzindo os custos industriais, é desejável e com certeza atraente ao mercado, principalmente considerando uma energia ecologicamente correta.

Os custos de da célula fotovoltaicas sobre um telhado industrial gera pouca energia proporcional as necessidades da indústria e custos de investimento e mesmo assim somente a energia radiante se transforma em elétrica, desperdiçando a energia calorífica que poderia ser usada.

A concentração dos raios solares para uma dupla captação viabiliza os custos de aplicação, reduzindo os custos com células fotovoltaicas. Assim a potencialidade do processo proposto é muito grande considerando todo este mercado.

Mercado para o projeto

Muitas empresas possuem programas de redução de consumo de energia e substituição de processos de geração de energia para energias renováveis, bem como programas de auxilio a populações com inserção a cadeias produtivas e neste aspecto a tecnologia proposta se enquadra bem nestes casos.

Como já mencionamos, o Nordeste e a Amazônia possuem uma infinidade de comunidades sem acesso a energia elétrica onde projetos comunitários de geração de energia e calor são fundamentais para a melhoria do padrão de vida.

Também podem ser usados em telhados industriais com este sistema de captação com geração de calor para a indústria, reduzindo o consumo de energia representando uma redução nos custos. Há uma clara oportunidade para empresários e investidores na aquisição de produtos, tecnologia e equipamento.

 

Premiação

Prêmio FINEP 2009

O diretor-presidente da Claeff, Eng. Cláudio Truchlaeff, foi o vencedor do Prêmio FINEP de 2009, Região Nordeste, na categoria Inventor Inovador.

Claudio, que concorreu à premiação com o projeto Oxi Bio, teve o reconhecimento do meio científico-acadêmico nacional. saiba mais

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