Estudo sobre viabilidade de produção descentralizada de energia à custa do efeito chaminé

A procura por alternativas ao atual paradigma energético, que se caracteriza por uma predominância indiscutível das fontes combustíveis fósseis, é o motivo primário desta investigação. A energia emitida pelo Sol que chega à Terra diariamente ultrapassa em várias ordens de grandeza a energia que a nossa sociedade atual necessita. O efeito chaminé é uma das formas de aproveitar essa energia. Este efeito tem origem no diferencial de temperaturas existente entre o interior e o exterior de uma chaminé, que provoca um gradiente nas massas volúmicas do fluido entre o interior e o exterior da chaminé, induzindo assim um fluxo de ar. Esta diferença de temperaturas radica na exposição da face exterior da chaminé à radiação solar. No sistema que nos propomos estudar, o ar entra na chaminé por pequenos orifícios situados na sua base, e, ao tomar contacto com as paredes internas da chaminé, aquece desde a temperatura ambiente, Ta, até à temperatura interna, Ti . Este aumento de temperatura torna o ar dentro da chaminé mais “leve” em comparação com o ar mais frio do exterior levando-o a ascender ao longo do interior da chaminé. Este escoamento contém energia cinética que pode, por exemplo, ser transformada em energia elétrica por intermédio de turbinas. A eficiência de conversão da energia será tanto maior quanto menor for a velocidade do ar a jusante da turbina. Esta tecnologia poderá ser instalada de forma descentralizada, como acontece com as atuais centrais concentradoras solares térmicas e fotovoltaicas localizadas na periferia de grandes cidades ou, alternativamente, poderá ser inserida no próprio tecido urbanístico. A investigação demonstra que as dimensões da chaminé, a irradiação e a temperatura do ar são os fatores com maior impacto na potência hidráulica gerada.

This investigation has its primary objective in finding alternative options to the current energy paradigm where fossil fuels are predominant. The parcel of energy emitted daily by the Sun that reaches the surface of the Earth is by many orders of magnitude greater than that required by our current society. The so called 'stack effect' is one way of using that energy. This effect has its origin on the temperature differential that occurs between the inside and the outside of a chimney, which in turn causes a gradient on the volumetric masses of the fluid on the inside and utside of the chimney, generating an air flow. This difference in temperature is provoked by exposing the outside surface of the chimney to solar radiation. On the system we are about to study, air enters the chimney by small orifices on its base and, by direct contact with the internal wall of the chimney, warms up from ambient temperature, Ta, to the internal temperature Ti . This increase in temperature makes the air on the inside of the chimney "lighter" when compared to the air on the outside of it; this causes air to rise along the height of the chimney. This flux has its own kinetic energy that may be converted into electric energy by, for instance, turbines. The lower the velocity of the air downstream of the turbine, the higher the efficiency of the turbine will be. This technology can be installed in a decentralized fashion, similar to the current solar hermal concentrator and PV plants located on the periphery of big cities or, in turn, inserted directly in the urban environment. This investigation shows that the chimney dimensions, irradiation and air temperature are the factors which impact this technology the most.