Investigação experimental de um sistema de aquecimento de ar solar usando coletor por tubo evacuado com tubo coaxial

Por que ar mais quente vindo do sol importa

Da secagem de alimentos e madeira ao aquecimento de fábricas, muitos processos cotidianos exigem fluxos constantes de ar quente. Queimar combustíveis fósseis para fornecer esse calor aumenta custos e emissões de carbono. Este estudo explora uma forma de aproveitar a luz solar em vez disso, usando um tipo especial de coletor de tubo de vidro para transformar o ar externo em ar quente de forma confiável — alcançando temperaturas próximas à ebulição da água — sem máquinas complexas ou materiais exóticos.

Transformando luz solar em ar quente em movimento

Os pesquisadores concentram-se em um dispositivo chamado aquecedor solar de ar, que captura a energia do sol e a transfere para o ar em fluxo. Em vez dos painéis planos e em forma de caixa frequentemente vistos em telhados, eles usam fileiras de tubos de vidro arredondados conhecidos como tubos evacuados. Cada tubo possui uma camada de vácuo que funciona como uma garrafa térmica de alta qualidade, reduzindo drasticamente as perdas de calor para o exterior. A luz solar aquece uma superfície interna escura, e o ar é forçado a passar por essa superfície com a ajuda de um pequeno soprador, absorvendo calor ao longo do percurso.

Uma mudança dentro do tubo

A principal inovação reside em como o ar se move dentro de cada tubo. Em vez de permitir que o ar percorra um único espaço aberto, a equipe insere um tubo metálico menor ao longo do centro, criando uma passagem estreita em forma de anel entre o tubo metálico e o vidro interno aquecido. Esse arranjo de “tubo dentro de tubo” faz com que o ar permaneça em contato próximo com a superfície quente por mais tempo, melhorando a transferência de calor. Ao direcionar cuidadosamente o ar por esse caminho confinado, o sistema extrai mais calor útil da mesma luz solar sem adicionar peças móveis complexas.

Testando diferentes comprimentos de tubo e velocidades do ar

Os experimentos foram realizados ao ar livre em dias ensolarados em Coimbatore, Índia, usando 20 tubos evacuados conectados a uma entrada e saída de ar comuns. A equipe variou duas configurações simples: a rapidez com que o ar fluía (50 ou 100 quilogramas por hora) e o comprimento do tubo metálico interno (ou 1,5 metros ou metade desse comprimento, 0,75 metros). Eles monitoraram a intensidade da luz solar, as temperaturas do ar em muitos pontos e quanta energia adicional o soprador consumia para empurrar o ar através do sistema.

Quão quente o ar ficou?

Para os tubos internos mais longos de 1,5 metro e com menor vazão de ar, o sistema aquecia o ar de entrada até 94 °C — mais de 50–60 graus acima de uma tarde tropical quente. Com o mesmo comprimento de tubo, mas maior vazão, a temperatura máxima caiu para cerca de 74 °C porque o ar passou mais rapidamente e teve menos tempo para aquecer. Tubos mais curtos de 0,75 metro produziram ar mais frio no geral, atingindo picos em torno de 78 °C em baixa vazão e 69 °C em alta vazão. Em termos simples, caminhos mais longos e movimento mais lento produziram ar mais quente, enquanto fluxo mais rápido melhorou a fração da luz solar convertida em calor útil, mas reduziu a temperatura final.

Equilibrando calor útil e esforço

Além da temperatura, os pesquisadores avaliaram o desempenho pela eficiência: quanto da luz solar incidente se tornou calor utilizável após subtrair a energia necessária para operar o soprador. Com os tubos de 1,5 metro a 50 kg/h, o sistema alcançou cerca de 26% de eficiência efetiva; os tubos mais curtos tiveram desempenho similar, ligeiramente acima de 28%, porque causavam menos resistência ao fluxo de ar. Vazões mais altas aumentaram a eficiência térmica básica, mas também elevaram a potência do soprador, reduzindo o ganho efetivo. Esse trade-off mostra que os projetistas devem equilibrar “quão quente” contra “quão difícil empurrar” ao dimensionar sistemas no mundo real.

O que isso significa para uso prático

No geral, o estudo mostra que uma mudança relativamente simples — adicionar um tubo central para guiar o ar dentro de coletores de vidro evacuados padrão — pode produzir de forma confiável ar quente na faixa de 70–95 °C. Essas temperaturas são bem adequadas para secagem de culturas e madeira, processos industriais de baixa temperatura e aquecimento de ambientes, especialmente para pequenas e médias empresas em regiões ensolaradas. Ao ajustar o comprimento dos tubos e o fluxo de ar, os operadores podem optar por ar mais quente ou maior eficiência, ajudando os aquecedores solares de ar a se tornarem uma substituição prática e de baixo carbono para sistemas de ar quente movidos a combustíveis.

Citação: Ravichandran, V., Kumar, P.M., Adaikalasamy, V. et al. Experimental investigation on solar air heating system using evacuated tube collector with coaxial tube. Sci Rep 16, 7923 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-39094-2

Palavras-chave: aquecedor solar de ar, coletor de tubo evacuado, secagem industrial, calor renovável, projeto de tubo coaxial