Kinolin Sübstitüye Ftalosiyanin Türevleri

Com vista a efetuar os ensaios iniciais, a forma escolhida para criar uma fonte de calor artificial nos tubos de calor foi a utilização de um condutor elétrico com uma resistividade elétrica razoavelmente elevada (2,7 Ω/m), para construir uma resistência elétrica, que foi envolvida em torno do tubo de calor. Originalmente, para efeitos de teste de iniciação, foi feita uma resistência de 1 metro enrolada em torno do fundo do tubo de calor (Figura 4.2), sendo o restante comprimento do tubo isolado.

46 Figura 4.2 – Resistência eléctrica colocada no fundo do tubo de calor.

No tubo de calor foram também instalados três sensores de temperatura do tipo termopar, que foram colocados ao longo do seu comprimento. (Figura 4.3)

Figura 4.3 – Posicionamento dos sensores de temperatura ao longo do tubo de calor.

47 Com vista a produzir potência térmica por meio do efeito Joule para, recorreu-se a uma bateria de automóvel de 12V para fornecer energia a uma resistência elétric (Fig. 4.5). Foram efetuados ensaios para aferir o comportamento e segurança do modelo e recolhidos os dados que mostravam a evolução térmica em funcionamento.

Figura 4.5 – Primeiro modelo de teste do tubo de calor.

O passo seguinte foi acoplar o tubo de calor ao cabeçote e recolher leituras tanto no tubo de calor como na entrada e saída de água do cabeçote (Fig. 4.6 e 4.7). Nesta altura, devido à natureza de desgaste da carga da bateria, esta foi substituída por um retificador manual que permitia ajustar a diferença de potencial, consoante o necessário, dentro de um limite estabelecido pelo aparelho. Uma vez que o retificador não possuía qualquer indicador de funcionamento recorreu-se a um multímetro para a verificação da adequada tensão na resistência.

48 Figura 4.6 – Cabeçote com sensores de temperatura à entrada (azul) e saída (verde)

Figura 4.7 – Cabeçote e tubo de calor acoplados sem isolamento.

Com os componentes acoplados isolaram-se todas as áreas expostas ao ar com excepção da resistência (Fig. 4.8 e 4.9), e procedeu-se a mais um série de ensaios com e sem água,

49 vinda directamente da rede a fluir pelo cabeçote. É importante que o ensaio que foi agora referido foi apenas para testar inicialmente o comportamento do tubo de calor.

Figura 4.8 – Tubo de calor acoplado e isolado.

Figura 4.9 – Cabeçote com tubo de calor acoplado e isolado.

Rapidamente se verificou, por meio dos dados recolhidos, que a pequena resistência utilizada não era capaz de fornecer calor suficiente para alterar a temperatura da água corrente no cabeçote. Por seu lado, e devido à utilização nos ensaios, o retificador manual, que registava já alguns anos de idade e de utilização, entrava em aquecimento

50 substancial, o que deu origem à sua avaria, tendo sido necessário encontrar uma outra alternativa para o controlo da tensão.

O modelo foi então novamente reconstruido e durante o período em que se encontrava desmontado procedeu-se a um teste de calibração dos sensores térmicos de termopares, recorrendo-se a gelo fundente (0ºC). Verificou-se que todos os sensores tinham uma sensibilidade não inferior a 0,4ºC e não superior a 1,2ºC.

Após a reconstrução do modelo, aplicou-se uma resistência que cobria uniformemente a totalidade do tubo de calor de modo a conseguir uma boa distribuição de calor ao longo do evaporador do tubo e de forma a simular a potência que o tubo de calor receberia quando exposto à radiação solar numa aplicação real. (Figura 4.10)

Figura 4.10 – Resistência Eléctrica no tubo de calor.

Em alternativa ao rectificador manual foi possível adquirir um auto-rectificador electrónico utilizado, entre outras coisas, para o carregamento de baterias. Este dispositivo permitiu um ajuste preciso na tensão fornecida à resistência, sendo possível efectuar ensaios muito mais precisos e em melhores condições.

Apesar de um modelo melhor construído, surgiu um imprevisto diferente, em que o isolamento negro de polietileno de baixa densidade não conseguia resistir ao calor intenso emitido pela resistência que o envolvia durante os ensaios. Como alternativa recorreu-se a um isolamento de aglomerado de cortiça com 1,8 mm de espessura que permitiu isolar bem a resistência sem que se degradasse com o calor, permitindo que a potência dissipada por efeito Joule fosse melhor transmitida ao tubo de calor. (Figura 4.11)

51 Figura 4.11 – Conjunto cabeçote-tubo de calor com isolamento de cortiça e polietileno

de baixa densidade.

Com este novo modelo foram efectuados ensaios formais para estudar o comportamento do tubo de calor e do cabeçote sobre diferentes escalões de potência de forma a traçar curvas de comportamento, nas melhores condições possíveis e com registo dos caudais de água. Cada ensaio foi feito em períodos de uma hora e meia, com intervalos de registo de dez em dez segundos. O tempo do ensaio foi escolhido de modo a que permitisse uma estabilização das temperaturas no sistema, mas verificou-se que ao fim de uma hora o sistema já estava estabilizado e como tal nas séries de ensaios que se seguiram foi estabelecido um período de uma hora por ensaio. O intervalo original de recolha de valores seria de um segundo mas foi alterado para dez, pois num espaço de tempo inferior as temperaturas oscilavam demasiado, ao passo que um intervalo de dez segundos permitia alguma estabilização bem como um melhor processamento de dados. Verificou-se contudo que não foi possível registar alterações palpáveis na temperatura de saída da água. Conjugando o facto de ser apenas um tubo de calor, um caudal de água continuo e não recirculado, a ineficiência do próprio cabeçote e uma sensibilidade dos termopares demasiado baixa, fez com que não fosse possível detectar uma alteração apreciável da temperatura da água. Convém notar que em sistemas reais, não só o cabeçote coletor é maior (três a quatro vezes maior) como é um sistema fechado com recirculação em depósito, algo que não foi possível introduzir no modelo de ensaio. Estes dois fatores contribuíram grandemente para a temperatura da água se manter inalterada.

Ainda assim, os dados adquiridos com a finalidade de analisar o comportamento do tubo de calor continuaram a permitir conhecer melhor o seu funcionamento, partindo deste ponto para o próximo conjunto de testes.

Para verificar efetivamente o comportamento do tubo de calor procedeu-se a um novo teste de potência para inferir as curvas de funcionamento do tubo de calor individualmente sem o cabeçote acoplado, perdendo calor directamente para o ar atmosférico. Para tal considerou-se uma gama de potências aceitáveis de entre, aproximadamente, 2 W a 150 W, para verificar se o comportamento deste se alterava. A gama de potências foi assim escolhida para incluir a maior janela de funcionamento útil

52 típico de um tubo de calor que normalmente se encontra entre os 75W e os 120W de potência, dependendo obviamente do grau de exposição e intensidade solar.

Este conjunto de ensaios foi realizado com o tubo de calor numa posição quase horizontal, com uma pequena inclinação (inferior a 10º) de modo a permitir mais facilmente a deslocação do fluido, na fase de vapor, para o condensador, uma vez que na posição completamente horizontal o vapor do fluido tem uma maior dificuldade em deslocar-se do evaporador para o condensador. Adiante será realizado um estudo mais aprofundado relativamente à inclinação do tubo de calor e às consequências da troca de calor deste.

Concluída esta fase de testes individuais do tubo de calor, passou-se ao teste deste com o cabeçote acoplado e funcional, com circulação de água mas sem recirculação desta ao cabeçote, mantendo a temperatura de entrada no cabeçote constante. Os sensores de termopar para a recolha dos dados encontram-se distribuídos da forma apresentada na figura abaixo:

Figura 4.12 – Esquemática do tubo de calor com os respectivos sensores e o cabeçote acoplado.

53 De modo a melhorar a compreensão do funcionamento do tubo de calor procurou-se testar um novo parâmetro. A caraterística a estudar neste novo conjunto de ensaios seria a influência que a inclinação do tubo de calor tem na transmissão de calor, para o que foi escolhida uma potência genérica (113,43W) e mantendo essa mesma potência fixa foram feitos cinco testes ao tubo de calor, sendo cada um feito com uma inclinação diferente a 0º, 30º, 45º, 60º e 90º de inclinação em relação ao plano horizontal. Isto permitiu verificar qual a inclinação que se traduzia numa temperatura do condensador mais elevada, e qual transmitiria mais calor ao cabeçote e consequentemente à água que nele circula. Como foi referido anteriormente, os ensaios neste grupo têm um intervalo de registo de dez segundos. Neste grupo de ensaio o tubo de calor estará de novo individualizado, não estando acoplado ao cabeçote e dissipando o calor para o ar.

54 Finalmente, considerando a inclinação mais favorável, foram efectuados ensaios de potência variada, como os que já foram abordados, com a inclinação constante de 60º para observar o comportamento do tubo de calor com este declive.

Todos os valores aqui referidos sejam potências, temperaturas, tensões, etc. e figuras que não estejam representadas, serão apresentados no capítulo do desenvolvimento e resultados.