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Descreve o sistema solar térmico
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SSSSISTEMAS DE AQUECIMENISTEMAS DE AQUECIMENISTEMAS DE AQUECIMENISTEMAS DE AQUECIMENTO TO TO TO SOLAR DE SOLAR DE SOLAR DE SOLAR DE ÁGUAÁGUAÁGUAÁGUA MANUAL DO PROFESSOR
1.5
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CURSO DE CAPACITAÇÃO EM AQUECIMENTO SOLAR
REDE ELETRREDE ELETRREDE ELETRREDE ELETROBRASOBRASOBRASOBRAS PROCELPROCELPROCELPROCEL SOLARSOLARSOLARSOLAR
MANUAL DO PROFESSORMANUAL DO PROFESSORMANUAL DO PROFESSORMANUAL DO PROFESSOR / INSTRUTOR/ INSTRUTOR/ INSTRUTOR/ INSTRUTOR
2014
SUMÁRIO
1 ... VISÃO GERAL DO MANUAL DO PROFESSOR SOBRE AQUECIMENTO SOLAR DE ÁGUA .................................................................................................................................. 8
1.1 TEMA: O AQUECIMENTO SOLAR DE ÁGUA .................................................................................... 9
1.2 O MANUAL DO PROFESSOR ........................................................................................................... 12
1.3 PÚBLICO ALVO .................................................................................................................................. 13
1.4 OBJETIVOS DO CURSO .................................................................................................................... 14
1.5 ORGANIZAÇÃO DO CURSO ............................................................................................................. 14
1.6 ORGANIZAÇÃO DO MANUAL........................................................................................................... 14
2 O QUE É UMA INSTALAÇÃO DE AQUECIMENTO SOLAR? ............................... 16
2.1 SISTEMA DE AQUECIMENTO SOLAR (SAS) .................................................................................. 16
2.2 COLETORES SOLARES .................................................................................................................... 18
2.3 RESERVATÓRIOS TÉRMICOS ......................................................................................................... 23
2.4 CIRCUITOS PRIMÁRIO E SECUNDÁRIO ......................................................................................... 25
2.5 CIRCUITO SECUNDÁRIO .................................................................................................................. 28
2.6 CLASSIFICAÇÃO DE SISTEMAS DE AQUECIMENTO SOLAR ...................................................... 32
Classificação quanto ao porte ..................................................................................................................... 32
Classificação quanto ao escoamento da água no circuito primário ........................................................ 32
Classificação pelo tipo de sistema .............................................................................................................. 35
Classificação quanto ao aquecimento da água quente a ser utilizada .................................................... 36
3 RECURSO SOLAR ................................................................................................. 37
3.1 INTRODUÇÃO .................................................................................................................................... 37
3.2 O Sol .................................................................................................................................................... 40
3.2.1 A Constante Solar - GSC ..................................................................................................................... 41
3.2.3 Irradiação solar e suas componentes ................................................................................................ 41
3.3 INTRODUÇÃO AOS CONCEITOS DA GEOMETRIA SOLAR .......................................................... 45
3.4 OS MOVIMENTOS DA TERRA E AS ESTAÇÕES DO ANO ............................................................ 46
3.5 ÂNGULOS DA INSTALAÇÃO SOLAR .............................................................................................. 47
3.6 NORTE MAGNÉTICO E NORTE GEOGRÁFICO .............................................................................. 54
3.7 A INFLUÊNCIA DOS ÂNGULOS DE INCLINAÇÃO DE COLETORES NA IRRADIAÇÃO SOLAR
INCIDENTE ..................................................................................................................................................... 56
4 COLETORES SOLARES PLANOS ........................................................................ 58
4.1 INTRODUÇÃO .................................................................................................................................... 58
4.2 COMO ESCOLHER CORRETAMENTE UM COLETOR SOLAR ...................................................... 59
4.3 DECIFRANDO A TABELA DO INMETRO ......................................................................................... 60
5 RESERVATÓRIOS TÉRMICOS .............................................................................. 68
5.1 INTRODUÇÃO .................................................................................................................................... 68
5.2 RESERVATÓRIOS TÉRMICOS SOLARES ....................................................................................... 68
5.3 COMO ESCOLHER CORRETAMENTE UM RESERVATÓRIO TÉRMICO ....................................... 69
5.3.1 Decifrando a Tabela do INMETRO ...................................................................................................... 71
6 DIMENSIONAMENTO DE SISTEMAS DE AQUECIMENTO SOLAR ..................... 74
6.1 INTRODUÇÃO .................................................................................................................................... 74
6.2 METODOLOGIAS PARA DIMENSIONAMENTO DA DEMANDA DE ÁGUA QUENTE ................... 74
6.3 DIMENSOL - LEVANTAMENTO DA DEMANDA DE ÁGUA QUENTE ............................................. 79
6.4 DEMANDA DE ENERGIA ................................................................................................................... 81
6.5 CÁLCULO SIMPLIFICADO DA ÁREA DE COLETORES ................................................................. 82
7 MÉTODO DA CARTA-F .......................................................................................... 84
7.1 INTRODUÇÃO .................................................................................................................................... 84
7.2 A FRAÇÃO SOLAR – F ..................................................................................................................... 85
7.2.1 Fator de Correção Xc1 ......................................................................................................................... 87
7.2.2 Fator de Correção Xc2 ......................................................................................................................... 87
7.2.3 Fração Solar Anual F ............................................................................................................................ 87
7.3 EXEMPLO DE APLICAÇÃO ............................................................................................................... 88
8 ANÁLISE DE VIABILIDADE ECONÔMICA ............................................................ 92
8.1 INTRODUÇAO .................................................................................................................................... 92
8.2 VALOR PRESENTE LÍQUIDO (VPL) ................................................................................................. 93
8.3 TAXA INTERNA DE RETORNO (TIR) ................................................................................................ 94
8.4 TEMPO DE RETORNO DO INVESTIMENTO (PAY-BACK) .............................................................. 94
Autores e Colaboradores
Elizabeth Marques Duarte Pereira
Alexandre Salomão de Andrade
Daniel Neri
Eduardo Marques Duarte
Luciana Penha de Carvalho
Lucio Cesar de Souza Mesquita
Luiz Otávio Marques Duarte
Samira Domingos
Bolsistas de Iniciação Científica
Ana Carolina Benfica Mariano
Eliane Aparecida Leão
Filipe Silva Cota
Jaqueline Cordeiro da Silva
Leilaynne Pascoal Pedro
Priscila Alexandre Barbosa Coelho
Este Manual é um produto da Rede Eletrobras Procel Solar, sendo proibida sua reprodução total ou parcial sem prévia autorização da Eletrobras Procel ou da coordenação da Rede. .
Prefácio
Desde os anos 1990, a Eletrobras Procel vem atuando em ações estruturantes para o melhor aproveitamento da energia solar térmica no Brasil. A partir de 1999, suas ações foram intensificadas, consolidando de forma continuada seu apoio e fomento às pesquisas em áreas consideradas estratégicas para o desenvolvimento do aquecimento solar no Brasil, como medida efetiva de eficiência energética.
Entre vários projetos executados, destacam-se: o Projeto Eletrobras Solar, de 1999, que promoveu, entre outras ações, a instalação pioneira de coletores solares em habitações de interesse social em Contagem/MG; a implantação do primeiro Simulador Solar da América Latina, em 2004, em parceria com o Banco Mundial; e o projeto de Avaliação de Instalações de Sistemas de Aquecimento Solar, finalizado em 2009, que traçou um minucioso panorama das instalações de aquecimento solar no Brasil.
Um importante resultado dessas ações foi a identificação das barreiras ao maior aproveitamento da energia solar no Brasil. Como um dos entraves identificados foi a carência de cursos regulares, tanto em nível superior como no ensino médio, a Eletrobras Procel estabeleceu, em 2010, parcerias com instituições de ensino, nas cinco regiões brasileiras, visando à estruturação de uma rede de cooperação mútua com universidades e escolas técnicas, a Rede Eletrobras Procel Solar, para formação de mão de obra qualificada, entre técnicos, engenheiros e arquitetos.
Este material didático é uma contribuição para a formação de professores e instrutores e foi elaborado por especialistas brasileiros em energia solar térmica. Os cursos foram divididos de acordo com os maiores segmentos de uso de aquecedores solares, de forma a facilitar o aprendizado, a saber: sistemas de aquecimento solar de pequeno porte - incluindo o padrão do Programa Minha Casa Minha Vida -, médio e grande portes, e de piscinas, com cursos específicos direcionados para projetistas e instaladores de sistemas de aquecimento solar.
Equipe REDE Eletrobras Solar
2 VISÃO GERAL DO MANUAL DO PROFESSOR SOBRE AQUECIMENTO SOLAR DE ÁGUA
Ao longo dos últimos anos, uma equipe se formou com apoio da Eletrobras Procel para o desenvolvimento de projetos e também para a proposição de ações estruturantes à disseminação da energia solar térmica no Brasil, notadamente para o aquecimento solar de água.
Acredita-se que uma das mais importantes iniciativas seja exatamente essa: a capacitação de professores para atuar como multiplicadores na formação de profissionais em toda a cadeia produtiva do aquecimento solar.
O setor é constituído de micro, pequenas e médias empresas. Em alguns casos, a empresa se responsabiliza por todo o processo: da fabricação dos equipamentos até o atendimento pós-venda. Entretanto, a partir do início da última década, constatou-se uma maior profissionalização do setor, caracterizada por uma nova configuração de relacionamento com fornecedores e clientes, exemplificada na Figura 2-1.
Figura 2-1 Estrutura típica da atuação das empresas brasileiras no setor do aquecimento solar
Fonte: ABRAVA-Departamento Nacional de Aquecimento Solar (2009)
A Rede conta, em sua versão inicial, com seis instituições de ensino e pesquisa na área da energia solar, abrangendo quatro regiões do país Figura 2-2, sendo coordenada pelo Centro Universitário UNA.
A concepção de sua estrutura é dinâmica e aberta, podendo agregar rapidamente outras instituições com interesse no tema.
Em sua implantação, a Rede é financiada pela Eletrobras Procel, através de Convênio de Cooperação com o Instituto UNA de Responsabilidade Social e Cultural, mas tem como meta a busca por sua sustentabilidade técnica e financeira em futuro próximo.
Essa iniciativa da Eletrobras Procel está em plena sintonia com as ações previstas no Plano Estratégico para “Disseminação de Sistemas de Aquecimento Solar no Brasil”, elaborado pelo Grupo de Trabalho em Energia Solar Térmica, coordenado pelo Ministério de Meio Ambiente e que conta com a participação do Ministério de Minas e Energia e da própria Eletrobras, através da equipe técnica do PROCEL.
Figura 2-2 Estrutura Inicial da Rede Eletrobras Procel Solar
2.1 TEMA: O AQUECIMENTO SOLAR DE ÁGUA
Esse texto trata das aplicações práticas da energia solar até temperaturas da ordem de 60º C, dentro da faixa de aplicações de baixa temperatura, e que abrangem o uso da tecnologia solar nos setores residencial e comercial, e em alguns usos industriais.
Tal faixa de temperatura é atendida basicamente por coletores planos fechados e abertos, sendo esses últimos destinados ao aquecimento de água de piscina. A Figura 2-3Erro! Fonte de referência não encontrada. apresenta, esquematicamente, algumas aplicações da energia solar de baixa temperatura, destacando o aquecimento de água, foco deste Manual.
As aplicações práticas da energia solar podem ser divididas em dois grandes grupos: ativa e passiva. Classicamente, o uso da energia solar por meios passivos tem ênfase na Arquitetura Solar, que envolve a seleção de materiais de construção, uso de cores e paisagismo, além da definição de parâmetros de projeto que propiciem o melhor aproveitamento das condições locais de insolação e ventilação na busca dos níveis de conforto e climatização pretendidos.
Neste texto, não trataremos da Arquitetura Solar, da secagem natural ou forçada de grãos, folhas e frutos e da refrigeração solar. Nosso foco está no aquecimento solar de água, que pode ser passivo ou ativo, dependendo do porte da instalação.
Figura 2-3 Fluxograma de aplicações práticas do uso da energia solar
As aplicações passivas para aquecimento de água – SAS (Sistema de Aquecimento Solar) de Pequeno Porte – ocorrem com circulação natural da água nos coletores solares sem necessidade do uso de bombas, abrangendo sistemas com geração de até 1.500 litros de água quente por dia.
No Brasil, os SAS de Pequeno Porte se destinam basicamente ao setor residencial para atendimento unifamiliar, conforme exemplificado na Figura 2-4.
No caso do Projeto Mangueira (b), embora a instalação solar tenha sido feita em prédios de apartamentos, cada unidade habitacional possui o seu SAS exclusivo, configurando, assim, o atendimento unifamiliar.
Nos processos ativos de aquecimento solar de água – SAS de Médio e Grande Portes – a circulação da água nos coletores é promovida por bombas hidráulicas, dimensionadas para atender determinados níveis de vazão e perda de carga da instalação. No Brasil, os sistemas de aquecimento central são basicamente utilizados pelos setores residencial e comercial (hotéis, hospitais e escolas) para fins sanitários e piscinas. Exemplos dessas aplicações são mostrados nas Figura 2-5 a Figura 2-7.
Figura 2-4 – Exemplo de aplicação passiva do aquecimento solar em diferentes tipologias de construção. Fonte: CAIXA (2012) e Pereira et al (2010)
Figura 2-5 Aquecimento solar de piscinas residenciais em Brasília. Fonte: Eletrobras Procel (2010)
Os pesquisadores da UNB, durante o projeto de Avaliação de Instalações de Aquecimento Solar da Eletrobras Procel, visitaram 73 residências, localizadas no Lago Sul e no Lago Norte, que utilizam o aquecimento solar de piscinas.
Figura 2-6 Aquecimento solar central para o setor de queimados do Hospital João XXIII em Projeto CEMIG/ANEEL
Figura 2-7 – Exemplo de Aquecimento Solar em Pousada em Porto Seguro. Fonte: Eletrobras Procel (2010)
A equipe do IF-Bahia, durante o projeto de Avaliação de Instalações de Aquecimento Solar visitou 77 hotéis em Porto Seguro que usam o aquecimento solar de água com resultados bastante positivos.
2.2 O MANUAL DO PROFESSOR
Essa publicação é uma contribuição da Rede Eletrobras Procel Solar no desenvolvimento de material didático com estudo de casos, exemplos e exercícios aplicados às particularidades das diversas regiões do Brasil.
A primeira iniciativa desse porte ocorreu no final da década de 90, quando criamos o 1º Curso de Aquecimento Solar – Modalidade a Distância, através da PUC Virtual. Mais tarde, fez-se uma revisão significaitva para atualização dos dados de mercado e para sua adequação a cursos presenciais no âmbito do Projeto SolBrasil, financiado da FINEP e com a contribuição de vários professores, alunos e ex-bolsistas de inciação científica do Green Solar da PUC Minas.
O material foi, então, amplamente utilizado em cursos para engenheiros e técnicos da Caixa, Petrobras, Eletrobras; professores de Institutos Federais de Educação, das Universidades dos Estados do Ceará e de Pernambuco e da FAETEC-RJ; estudantes do IFSC, em cursos oferecidos pelo DASOL/ABRAVA e para estudantes de Engenharia da PUC Minas e do Centro Universitário UNA.
Ao longo dos últimos anos, esse material vem sendo atualizado com a inclusão de novas abordagens sobre o aquecimento solar e outras tecnologias, como os coletores solares com tubos evacuados; o uso do programa Dimensol, desenvolvido com apoio da Eletrobras Procel; a importância do Programa Minha Casa Minha Vida do Governo Federal, como exemplo de Políticas Públicas de sucesso, assim como a discussão das novas normas brasileiras para ensaio de coletores solares (ABNT 15747:2009) e para projeto e instalação de sistemas de aquecimento solar – SAS (ABNT NBR 15569:2008).
Enfim, entendemos que nesse momento é necessário empreender novo esforço para disponibilizar uma nova versão do Manual do Professor, que também poderá ser utilizado na capacitação do Analista de Sistemas de Aquecimento Solar, conforme Figura 2-8.
Esse material consolida nossa experiência no tema, mas não exclui a necessidade de estudos aprofundados em literatura disponível. Como principal referência, recomenda-se fortemente aos professores o livro Solar Engineering Thermal Processes (DUFFIE e BECKMAN, 2006), adotado pelos melhores centros de pesquisa e universidades de todo o mundo. Para facilitar a interação entre os dois materiais, sempre que possível, foi mantida nomenclatura e definições similares a essa referência.
2.3 PÚBLICO ALVO
O “Manual do Professor sobre Aquecimento Solar de Água” destina-se aos professores que compõem a Rede Eletrobras Procel Solar e demais colaboradores que desejem trabalhar na capacitação de profissionais em aquecimento solar de água. Dentro do plano de capacitação elaborado, esse material equivale à formação do Analista de SAS, conforme fluxograma da Figura 2-8.
Figura 2-8 Estrutura do plano de capacitação da Rede Eletrobras Procel Solar
Para a formação específica de projetistas e instaladores, recomendam-se os textos complementares também disponibilizados pela REDE.
2.4 OBJETIVOS DO CURSO
Este curso tem como principais objetivos a disseminação do aquecimento solar de água no país e a capacitação de multiplicadores, que deverão adquirir, ao final do curso, as seguintes habilidades e competências: visando atingir profissionais de toda a cadeia produtiva.
Assim, ao final desse curso, o professor/instrutor deverá estar capacitado a:
- Dimensionar instalações de aquecimento solar;
- Selecionar equipamentos e componentes;
- Avaliar a economia anual de cada instalação, discutindo o impacto das condições de instalação e dos componentes selecionados nessa economia;
- Discutir a viabilidade econômica das instalações estudadas frente o investimento inicial e o custo da energia complementar;
- Utilizar corretamente o software Dimensol;
- Elaborar atividades de avaliação da aprendizagem relacionadas ao conteúdo do curso;
- Avaliar criticamente o texto atual e contribuir para a elaboração de novos materiais e textos complementares.
2.5 ORGANIZAÇÃO DO CURSO
O curso de formação de professores deve ser ministrado em duas etapas, sendo a primeira totalmente presencial e com duração mínima de 20 horas. Serão distribuídas atividades, exercícios e questões teóricas para aprofundamento do tema. Na segunda etapa, os professores / instrutores receberão suporte da equipe da REDE, via Portal. Serão criados ambientes colaborativos de discussão e troca de experiências de modo a promover o crescimento continuado de toda a equipe.
Para uma formação mais completa, incentivamos a realização de aulas práticas e de visitas técnicas orientadas para os professores /instrutores.
2.6 ORGANIZAÇÃO DO MANUAL
Os textos foram escritos em linguagem acessível, intercalados com questões, problemas e estudo de casos que possibilitam uma avaliação contínua do próprio desempenho em termos de aquisição do conhecimento. Na primeira página de cada Capítulo são apresentadas as palavras-chave referentes ao conteúdo a ser apresentado. Não deixe de refletir sobre eles, pois eles orientarão seu estudo e, também, sua pesquisa bibliográfica, imprescindível ao aprofundamento dos novos conhecimentos aqui introduzidos.
No Capítulo 2 são apresentados os aspectos gerais de um sistema de aquecimento solar – SAS – com ênfase em seus componentes básicos, circuitos primário e secundário da instalação e, finalizando, uma consolidação das diferentes classificações que um SAS pode assumir.
O Capítulo 3 trata da aplicação da geometria solar para apoio à decisão sobre as melhores condições de instalação de coletores solares em uma obra, permitindo avaliar o impacto de seus ângulos de orientação e inclinação sobre a irradiação solar incidente a partir do software DIMENSOL.
As informações contidas na Tabela do INMETRO para coletores solares e reservatórios térmicos são discutidas no Capítulo 4 e 5, respectivamente. Nesses capítulos são introduzidos a nomenclatura adotada e os conceitos básicos relacionados ao desempenho térmico desses equipamentos.
No Capítulo 6 são discutidas diferentes fontes para auxílio ao dimensionamento da capacidade do reservatório térmico e cálculo simplificado da área de coletores solares, cujo refinamento pode ser feito pelo Método da Carta F, apresentado no Capítulo 7.
Finalmente, a análise econômica típica para sistemas de aquecimento solar com energia elétrica, como fonte complementar, é discutida no Capítulo 8.
3 O QUE É UMA INSTALAÇÃO DE AQUECIMENTO SOLAR?
Principais componentes de uma instalação de aquecimento solar
Circuitos primário e secundário
Classificação das instalações de aquecimento sola
Palavras Chave: instalação de aquecimento solar – coletores solares – reservatórios térmicos – aquecimento auxiliar – circuito primário e secundário - ABNT NBR 15569:2008
3.1 SISTEMA DE AQUECIMENTO SOLAR (SAS)
A nomenclatura da norma ABNT NBR 15569:2008 - Sistemas de Aquecimento Solar de Água em Circuito Direto - Projeto e Instalação estabelece que:
- SAS é constituído por três elementos principais: coletor(es) solar(es); reservatório(s) térmico(s) e sistema de aquecimento auxiliar.
- A transferência de energia entre cada um destes elementos é assegurada pelos circuitos: primário (transferência de energia captada nos coletores para seu armazenamento) e secundário (abastecimento e distribuição da água na rede).
Assim, vamos aplicar tais definições na Figura 3-1, que mostra o esquema de uma instalação típica de aquecimento solar de pequeno porte. O coletor solar e o reservatório térmico, ou, em inglês, boiler, são facilmente identificáveis.
O aquecimento auxiliar ou complementar, que normalmente utiliza resistências elétricas ou aquecedor a gás, pode não ficar visível. No uso de resistência elétrica, ela pode ser colocada dentro do reservatório térmico e ser acionada automática ou manualmente. Atualmente, em alguns casos específicos como o do Programa Minha casa Minha Vida tem-se utilizado o próprio chuveiro elétrico como forma complementar de energia para os dias chuvosos ou de baixa insolação, Figura 3-2.
.
Figura 3-1 Instalação SAS de Pequeno Porte
Fonte: Adaptado de (CRESESB)
CP- circuito primário: inclui basicamente à interligação entre os coletores e os reservatórios térmicos.
CS - circuito secundário: trata da distribuição da água quente proveniente do reservatório térmico até os pontos de consumo.
Instalação original com chuveiro de baixa potência
Substituição por chuveiro de maior potência
O Projeto Baixada Flumi-nense, realizado pela Light em 13 municípios do Rio de Janeiro, instalou 3.235 aquecedores solares em moradias unifamiliares de baixa renda e em instituições filantrópicas.
O aquecimento complementar é feito pelo chuveiro elétrico no ponto de consumo. Foi instalado um chuveiro de baixa potência (2.000W), praticamente substituído por chuveiros comerciais de 4.400W em praticamente todas as moradias pesqui-sadas no projeto de Avaliação de Instalações de Aqueci-mento Solar (Eletrobras Procel).
Figura 3-2 Aquecimento complementar realizado pelo próprio chuveiro elétrico em moradias de interesse social no Rio de Janeiro
Fonte: Eletrobras Procel (2010)
O termo circuito direto é utilizado para destacar que os circuitos primário e secundário operam com a própria água que escoa entre os componentes do SAS e que será posteriormente consumida nos chuveiros, duchas e torneiras, Figura 3-1,
Internacionalmente, muitos países utilizam circuitos indiretos, em que a água quente a ser efetivamente utilizada é aquecida em trocadores de calor a partir da energia liberada pelo fluido térmico que escoa nos coletores solares (Figura 3-3)
Como o aquecimento por circuito indireto ainda é raro no Brasil, este texto trata sempre de circuitos diretos e, portanto, essa informação não será mais explicitada.
Figura 3-3 Exemplo de aquecimento solar com circuito indireto. Fonte: http://www.solar-
trade.org.uk/solarHeating/solarHeating.cfm
3.2 COLETORES SOLARES
O coletor solar é um equipamento concebido para promover o aquecimento de um fluido de trabalho (água, ar ou fluido térmico) quando exposto à irradiação solar.
Imagine a seguinte experiência: corte três placas de cobre de iguais dimensões como mostrado na Figura 3-4. A placa 1 não recebe nenhum tratamento ou proteção. As placas 2 e 3 recebem uma pintura com tinta preta e fosca, mas somente a terceira placa é colocada em uma caixa com isolamento na parte inferior e com uma cobertura superior de vidro semelhante a um aquário invertido.
? Discuta com seus alunos sobre o nível de temperatura que cada placa atingirá.
Figura 3-4 Experiência para ilustrar o comportamento da temperatura de três placas de cobre expostas à irradiação solar
Esses conceitos tão simples se constituíram a base para a concepção de coletores abertos e fechados e foram evoluindo ao longo dos anos e, hoje, construímos coletores sofisticados que concentram a
radiação solar e que acompanham o movimento do Sol em relação à Terra, atingindo temperaturas de milhares de graus Celsius.
Nesse texto, vamos nos dedicar ao aquecimento de água para temperaturas inferiores a 80ºC.
O aquecimento de piscinas requer temperaturas entre 26ºC e 32ºC, sendo recomendado o uso de coletores solares abertos, assim denominados pelo fato de não possuírem nem cobertura transparente nem isolamento térmico, conforme mostra Figura 3-5.
O gráfico da Figura 3-6 evidencia que os coletores abertos apresentam elevadas eficiências para as temperaturas de operação mais baixas, mas à medida que essa temperatura aumenta, sua eficiência decresce rapidamente. Esse tipo de coletor é fabricado predominantemente em material polimérico, como o polipropileno e o EPDM, ambos resistentes ao cloro e a outros produtos químicos. Para aumentar o tempo de vida útil desses coletores, devem ser utilizados aditivos de proteção aos raios ultravioleta (anti-UV).
Figura 3-5 Exemplos de coletores abertos em material polimérico
No mercado brasileiro, os coletores abertos são predominantemente de polipropileno (75%), seguido pelos modelos de EPDM (16%) e demais elastômeros (9%).
Figura 3-6 Tipos de coletores planos, temperatura de operação e curvas características de eficiência térmica. Fonte: Solarserv
Os coletores solares fechados são utilizados para fins sanitários, podendo atingir temperaturas da
ordem de 70ºC a 80ºC. A Figura 3-7 ilustra os principais componentes de coletores fechados.
Figura 3-7 Componentes de um coletor solar fechado típico Fonte: VERT (2013)
Caixa externa: suporta todo o conjunto, sendo fabricada principalmente em alumínio ou material termoplástico.
Isolamento térmico: minimiza as perdas de calor para o meio, ficando em contato direto com a caixa externa, revestindo-a. Dentre os materiais isolantes mais utilizados na indústria nacional, estão o poliuretano e a lã de vidro.
Tubos (flauta/calhas superior e inferior): são os tubos de distribuição por onde a água escoa no interior do coletor – da calha inferior para a calha superior. Normalmente, essa tubulação é de cobre, devido à sua alta condutividade térmica e resistência à corrosão.
Placa absorvedora (aletas): responsável pela absorção e transferência da energia solar para a água a ser aquecida, podendo ser uma peça única ou várias peças para compor a superfície absorvedora.
No Brasil, há predominância do uso de aletas metálicas de alumínio (69%) ou de cobre (29%), pintadas com tintas comerciais da cor preta e fosca. Em alguns casos, já são utilizadas tintas ou revestimentos especiais, conhecidos como superfícies seletivas, que aumentam a absorção da energia solar e minimizam as perdas óticas. Exemplos desses revestimentos são mostrados na Figura 3-8.
Figura 3-8 Tipos de aletas utilizadas em coletores solares
Cobertura transparente: permite a passagem da radiação solar, reduzindo as perdas de calor por convecção e por radiação para o meio ambiente. O vidro liso comum (float glass) domina o mercado nacional, sendo utilizado em 98% dos coletores testados.
Entretanto, o mercado internacional trabalha com vidros temperados e com baixo teor de ferro, mostrados na Figura 3-9. Os vidros temperados, por serem mais resistentes às intempéries, como as geadas, são também mais caros. Por isso, identifica-se, por parte de algumas empresas brasileiras, interesse no uso de vidros de meia têmpera e de menor custo.
Figura 3-9 Vidros temperados e com baixo teor de ferro utilizados no mercado internacional
Vedação: garante a estanqueidade do coletor, aumentando sua vida útil. O material mais empregado é o silicone (65%), embora comecem a ser usados selantes poliméricos, como MS, EPDM e poliuretano.
A Figura 3-10 mostra coletores solares fechados em instalações residenciais.
(a) Belo Horizonte (b) Campinas
Figura 3-10 Exemplo de coletores solares fechados instalados em sistemas de aquecimento de água central
Fonte: Eletrobras Procel (2010)
Consulta à Tabela do INMETRO (http://www.inmetro.gov.br/consumidor/pbe/ColetoresSolares-banho.pdf) em 26/06/2013, mostra que apenas três fabricantes nacionais oferecem coletores para aplicação banho em material polimérico. Destaca-se, novamente, a necessidade do uso de aditivos anti-UV nos materiais poliméricos.
Retornando à Figura 3-6, constata-se que, para temperaturas superiores a 80ºC, os coletores solares de tubo evacuado apresentam os mais elevados valores de eficiência. A Figura 3-11 mostra alguns exemplos desses coletores que são, predominantemente, fabricados por empresas chinesas ou joint
ventures sino-internacionais.
(a) Detalhe construtivo do coletor “all glass”. Fonte: www.apricus.com
(b) coletores de tubo a vácuo com tubos de calor para aplicação industrial.
Fonte: Mesquita (2012)
Figura 3-11 Exemplos de aplicação dos coletores solares de tubos evacuados
Contudo, deve-se notar que os coletores de tubo duplo de vidro (all glass) são de tubo evacuado, mas operam a temperaturas inferiores a 80ºC e são, portanto, utilizados para aquecimento de água em residências (a). Os coletores de tubo de calor (heat pipe) são empregados em aplicações industriais, pois atingem temperaturas mais elevadas (b).
!! Para saber mais sobre os coletores de tubo evacuado consulte o texto disponível no em
nosso Portal.
3.3 RESERVATÓRIOS TÉRMICOS
Conforme discutimos anteriormente, em um SAS a água é aquecida pelos coletores solares. Esse processo ocorre naturalmente entre 8h e 16h, dependendo do nível de radiação incidente. Entretanto, essa água quente pode ser utilizada durante as 24 horas do dia e, portanto, precisamos providenciar seu armazenamento para atender toda a demanda diária de água quente.
O armazenamento de água quente é feito em reservatórios térmicos (RT) ou boilers que podem se dimensionados para proporcionar certa autonomia ao SAS. Por exemplo, se uma família estima consumir 300 litros de água quente por dia e compra um reservatório térmico com capacidade de 400 litros, afirma-se que o sistema possui uma autonomia de 33%, ou seja, mesmo em um dia chuvoso o reservatório poderá atender parte da demanda com a água quente armazenada no dia anterior.
!! Atenção: mais a frente, o efeito de tal decisão será discutido em relação ao investimento inicial para aquisição do SAS e ao tempo de retorno desse investimento.
Uma consulta à Tabela do INMETRO mostra que os reservatórios térmicos solares são ensaiados para volumes de até 1.000 litros, cujas categorias estão relacionadas à pressão de trabalho (alta e baixa pressão); operação em nível e sem apoio elétrico.
As partes constituintes do reservatório térmico sem apoio elétrico são mostradas na Figura 3-12 e descritas a seguir.
Figura 3-12 Ilustração dos elementos que constituem um reservatório térmico sem apoio elétrico. Fonte: VERT (2013)
Corpo interno: fica em contato direto com a água aquecida e, por isso, deve ser fabricado com materiais resistentes à corrosão. No caso dos reservatórios térmicos de alta e baixa pressão, o material mais utilizado no corpo interno é o aço inoxidável, com exceção de dois fabricantes nacionais que utilizam aço carbono vitrificado e cobre, esse último apenas para reservatórios de baixa pressão e com volumes de até 600 litros. Nos reservatórios térmicos abertos utiliza-se, também, o polipropileno.
Além disso, o corpo interno do RT deve suportar variações eventuais de pressão e expansão da água resultante do aumento de sua temperatura. Quanto maior a pressão de trabalho requeridas maior deverá ser a espessura da parede do corpo interno. Por exemplo, no mercado brasileiro, essa espessura normalmente varia de 0,4mm a 0,8mm para o aço inoxidável.
Para reservatórios sem apoio elétrico, largamente utilizados no Programa Minha Casa Minha Vida, a participação dos materiais poliméricos é bastante significativa, com 38,5% dos 52 reservatórios ensaiados pelo INMETRO, conforme mostrado na Figura 3-13.
Isolamento térmico: minimiza as perdas de calor para o meio, sendo colocado sobre a superfície externa do corpo interno. A lã de vidro e a espuma de poliuretano são os materiais mais utilizados.
Proteção externa: tem a função de proteger o isolante de intempéries (umidade) e danos no transporte ou instalação. Essa proteção é normalmente de alumínio, aço galvanizado ou aço carbono pintado.
Tubulações: tem a função de interligar o reservatório térmico aos pontos de consumo, alimentação de água fria e demais componentes da instalação (coletores solares, sistemas de aquecimento auxiliar e etc).
Figura 3-13 Material utilizado para fabricação do corpo cilindro dos reservatórios sem apoio elétrico e etiquetados pelo INMETRO (consulta em 22/05/2013)
Suportes de fixação e instalação: os reservatórios térmicos possuem bases de sustentação e fixação capazes de suportar seu peso quando cheio de água e de garantir imobilidade ao equipamento. As bases de fixação normalmente são fabricadas em materiais metálicos protegidos contra corrosão.
Reservatórios com apoio elétrico, Figura 3-14, contêm uma ou mais resistências elétricas blindadas, colocadas dentro do reservatório térmico e que ficam em contato com a água armazenada. Seu acionamento pode ser controlado automaticamente por meio de um termostato, ou manualmente, pelo próprio usuário.
Em alguns casos, principalmente em obras de grande porte, utiliza-se o aquecimento complementar a gás. Sua aplicação será discutida posteriormente
Figura 3-14 Detalhes dos principais componentes de um boiler com apoio elétrico e acionamento automático. Fonte: http://www.heliotek.com.br
3.4 CIRCUITOS PRIMÁRIO E SECUNDÁRIO
Conforme definido na Figura 3-1, os circuitos primário e secundário tratam das tubulações que interligam os coletores solares aos reservatórios térmicos ou estes aos diferentes pontos de consumo de água quente, respectivamente.
Circuito primário
O circuito primário de um SAS é constituído por:
� sistema de captação da energia solar, que pode possuir desde um único coletor solar até
uma associação de várias baterias de coletores solares;
� sistema de armazenamento de água quente, que pode ser constituído por um reservatório
térmico ou por um conjunto de tanques;
� fluido de transferência de calor, que escoa entre os dois sistemas, normalmente a água a
ser aquecida.
� tubulações que interligam esses sistemas.
A associação de coletores em série e paralelo obedece ao mesmo princípio das associações clássicas de resistências elétricas. Assim, vejamos:
Associação em série:
A água passa pelo primeiro coletor e sua temperatura é elevada de T1 para T2, dirigindo-se com igual vazão para o segundo coletor, sendo aquecida de T2 até T3.
A cada novo coletor acrescentado à associação em série, a variação de temperatura , que corresponde ao ganho de energia, vai se tornando menor.
Associação em paralelo
A água entra no primeiro coletor à temperatura T1 e sua vazão é dividida entre os dois coletores, C1 e C2. Na calha superior, a água é recolhida à temperatura T2.
Note que, mantida a vazão total em 1, a cada novo coletor acrescentado à associação em paralelo, menor será a vazão que passa em cada coletor, mas a diferença de temperatura entre as respectivas entradas e saídas é sempre a mesma.
Assim, podemos afirmar que se desejarmos aumentar vazões e temperaturas simultaneamente, precisaremos compor uma associação híbrida, definindo-se uma vazão constante em cada coletor. Assim, mais coletores instalados em série garantem aumento da temperatura da água à saída e mais coletores associados em paralelo permitem aumentar a vazão total de água aquecida. Na prática, normalmente precisamos de ambas as soluções e, portanto, em grandes obras, utilizam-se as associações mistas ou híbridas, conforme apresentado no exemplo a seguir.
Exemplo 2.1
A figura a seguir mostra o desenho esquemático de um SAS de médio porte com duas baterias de coletores solares, sendo cada bateria constituída por quatro coletores.
Responda os itens a seguir:
Identifique os componentes que compõem o circuito primário do SAS.
Avalie o sentido do escoamento da água na primeira bateria composta pelos coletores C1 a C4.
Em analogia aos circuitos elétricos, verifique se os coletores C1 a C4 estão associados em série. Ou em paralelo? Por quê?
Repita os itens b e c para a bateria 2.
Avalie o tipo de associação entre as duas baterias.
Tubulações para água quente no circuito primário
As tubulações utilizadas em instalações solares para água quente devem obedecer às normas da ABNT pertinentes ao tema, disponíveis em www.abnt.org.br e que tratam de quatro materiais: Cobre, Policloreto de vinila clorado (CPVC), Polipropileno copolímero random (PPR) e Polietileno reticulado (PEX). Exemplos do uso dessas tubulações em SAS são mostrados a seguir.
Figura 3-15 Tubulações de distribuição de água quente do circuito primário. Fonte: Mesquita (2012)
Tubulações de distribuição de água quente no circuito primário de uma obra de grande porte de aquecimento solar.
Detalhe para o uso do isolamento térmico das tubulações e de proteção externa contra intempéries (chuvas e vento).
Figura 3-16 Instalação hidráulica incorreta no primário de um SAS de grande porte
Contraexemplo:
Detalhe do isolamento térmico PRECÁRIO das tubulações do circuito primário e do uso de proteção externa INADEQUADA contra intempéries (chuvas e vento).
Essa situação foi registrada durante a pesquisa de campo do Projeto Avaliação de Instalações de Aquecimento Solar da Eletrobras /Procel (2010).
Na totalidade das instalações do Programa Minha Casa Minha Vida, são utilizadas tubulações plásticas no circuito primário. Este procedimento precisa ser visto com muita cautela.
A própria TIGRE, em seu site, por exemplo, não recomenda o uso do CPVC no circuito primário e declara que o mesmo não possui aditivos de proteção contra os raios UV.(http://www.tigre.com.br/pt/contato_faq_list.php).
A Amanco (www.amanco.com.br/web/contato/faq-perguntas-frequentes/#answer34) também declara que “todos os materiais plásticos quando expostos ao sol por períodos prolongados e sem proteção podem sofrer degradação. Portanto, sempre que um material plástico for exposto ao intemperismo deve ser previamente tratado”.
Na resposta seguinte – 35 – a empresa declara que “caso o produto fique exposto ao sol, é fundamental que se faça tratamento de superfície com pintura neutra (não solventes) para maior durabilidade do material”.
Na Figura 3-17 são mostrados SAS em habitações de interesse social.
(a) Tubulações plásticas e isolamento
(b) Tubulação flexível com isolamento de PE expandido aluminizado.
Figura 3-17 Exemplos de tubulações empregadas no PMCMV sem identificação das empresas fornecedoras
!! Para a qualificação dos profissionais instaladores de SAS pela Rede Eletrobras
Procel Solar será dada especial ênfase aos programas sociais.
3.5 CIRCUITO SECUNDÁRIO
O circuito secundário de um SAS é composto de:
� sistema de fornecimento de água da rede local;
� tubulações de interligação da caixa de água fria ao reservatório térmico;
� fonte de calor complementar ao solar;
� tubulações que interligam o reservatório térmico aos pontos de consumo.
Exemplo 2.2
Para o esquema apresentado no Exemplo 2.1, identifique agora os componentes que fazem parte do circuito secundário do SAS (obs.: neste caso a fonte de calor complementar não está visível).
No caso do aquecimento por meio de resistências elétricas, usualmente encontram-se duas opções, a saber:
Figura 3-18 Exemplo do uso do chuveiro elétrico como aquecimento complementar ao
solar. Fonte: Laughton (2010)
Opção 1: o elemento de aquecimento é o próprio chuveiro elétrico. Em dias ensolarados, a resistência fica na posição “desligada” e nos períodos em que o aquecimento solar necessita de complementação, a resistência deve ser ligada na posição “verão” ou “inverno”, dependendo da necessidade. Essa é a solução que vem sendo adotada nas habitações de interesse social
Figura 3-19 Exemplo do uso do chuveiro elétrico como aquecimento complementar ao
solar. Fonte: http://www.aquecedorsolaragua.com.br
Opção 2: a resistência elétrica blindada é inserida no reservatório de água quente, podendo ser acionada manual ou automaticamente.
Para o aquecimento complementar a gás, a solução mais utilizada no país é mostrada na Figura 3-20.
Figura 3-20 Exemplo do aquecimento complementar com aquecedores instantâneos
a gás. Fonte: Laughton (2010)
Opção 3: essa solução foi adotada em 70% das obras de grande porte pesquisadas durante o projeto de Avaliação de Instalações de Aquecimento Solar em BH/MG.
Tubulações para água quente no circuito secundário
Essas tubulações irão conectar o reservatório térmico aos diferentes pontos de consumo (duchas, banheiras, torneiras, etc.) através de ramais e sub-ramais da distribuição hidráulica. Novamente, se destaca que o projeto de distribuição de água quente nas edificações deve obedecer às normas da ABNT pertinentes ao tema, disponíveis em www.abnt.org.br e que tratam de quatro materiais: Cobre, Policloreto de vinila clorado (CPVC), Polipropileno copolímero random (PP-R) e Polietileno reticulado (PE-X) .
O projeto hidráulico com especificação de materiais, diâmetros, isolamentos e vazões faz parte do escopo do Manual do Projetista. Nesse momento, nosso objetivo é apenas destacar os pontos fortes e fracos que encontramos muitas vezes nas instalações de aquecimento central, não apenas no uso da energia solar, mas de outras fontes térmicas também.
Um dos pontos mais controversos é a necessidade de isolamento nas tubulações plásticas, no circuito secundário de qualquer sistema de aquecimento central (solar, gás, elétrico). No caso do cobre, não há qualquer dúvida e um detalhe do isolamento da tubulação é mostrado na Figura 3-21
Figura 3-21 Detalhes do uso do cobre nas tubulações do circuito secundário. Fonte:
www.assenarts.com.br/?PAG=visualiza&texto=422&sessao=artigos
No site da TIGRE, há uma recomendação expressa para que se aplique isolamento no CPVC em tubulações com mais de 20 metros de comprimento. Para o PEX mono e multicamada, a Ficha Técnica “Linha 286” afirma que o “isolamento térmico deve ser utilizado de acordo com a necessidade/ distância entre o ponto de utilização e o ponto de aquecimento de água. Para tal, a TIGRE indica materiais como poliuretano expandido, EPS ou lã de vidro para fazer o isolamento”. O EPS é poliestireno expandido
Figura 3-22 Detalhe da composição do PEX Multicamada. Fonte: Tigre (Ficha Técnica
– Linha 286)
O PEX multicamada suporta até 100 mca a 95º C, enquanto que para o PEX monocamada a pressão máxima de trabalho é 60 mca, a 80ºC.
O Manual Técnico da Amanco para o PPR apresenta uma tabela que correlaciona temperaturas de operação, bitolas dos tubos classe de pressão PN 20, e comprimento permitido sem isolamento. Estas informações são reproduzidas na Tabela 3-1.
Tabela 3-1 Reprodução da tabela do Manual da Amanco sobre isolamento de tubulações em PPR para atendimento da norma britânica BS 6700
!! Esses pontos são muito importantes na formação do Instalador Solar.
3.6 CLASSIFICAÇÃO DE SISTEMAS DE AQUECIMENTO SOLAR
Os SAS podem ser classificados de quatro formas e, ao longo do texto, já apresentamos vários desses sistemas, mas nesse ponto é importante uniformizar a nomenclatura utilizada.
Classificação quanto ao porte
A definição do porte de uma instalação de aquecimento solar está intrinsecamente associada ao volume diário de água a ser aquecida e às características da edificação onde o sistema será instalado. De maneira geral, quanto ao porte adotam-se as notações apresentadas na Tabela 3-2.
Tabela 3-2 Classificação do SAS com base no volume de água quente armazenado
Classificação quanto ao escoamento da água no circuito primário
No circuito primário, a água pode escoar em circulação natural (ou termossifão) ou em circulação forçada (por bombeamento).
a) Instalação solar em circulação natural ou termossifão
Conforme visto anteriormente, a instalação solar em circulação natural ou termossifão trata-se de uma aplicação passiva da energia solar, pois o escoamento da água é devido exclusivamente à redução de densidade que ocorre em função do aumento da temperatura da água nos coletores solares
Os coletores solares estão sempre cheios de água e muitas vezes usa-se a expressão: “o sistema está afogado”. Devido às perdas térmicas que ocorrem durante a noite, a água confinada nos coletores está sempre fria no início da manhã.
Quando os raios solares atingem os coletores a temperatura da água começa a aumentar e, consequen-temente, sua densidade diminui. Dessa forma, a água torna-se mais “leve” e é empurrada pela coluna de água fria (e mais densa), retornando à parte superior do reservatório térmico, conforme ilustrado na Figura 3-23.
.
Figura 3-23 Esquema ilustrativo do efeito
termossifão em SAS.
Instalação Volume Diário de Armazenamento Tipo
Pequeno Porte V< 1500 L Termossifão
Médio Porte 1500 L ≤ V≤ 5000 L Circulação Forçada
Grande Porte V > 5000 L Circulação Forçada
Critérios recomendados para o SAS em circulação natural
Apesar de essas instalações serem tecnicamente mais simples e não exigirem a elaboração de projetos executivos detalhados, cuidados especiais devem ser tomados visando garantir o bom funcionamento do próprio termossifão. O projeto e critérios desse tipo de circulação fazem parte do Curso do Projetista, mas alguns itens mais relevantes serão introduzidos nesse texto e sucintamente discutidos a seguir.
Constata-se que dificilmente uma equipe de engenharia estará envolvida no projeto solar desse porte. Normalmente, ou um técnico (que pode ser o próprio instalador) ou o vendedor será o responsável pelo levantamento de dados e definição de parâmetros do SAS a ser instalado. Assim, vale frisar que o treinamento e o desenvolvimento desses profissionais são tão fundamentais para o sucesso das instalações quanto a aquisição de um bom aquecedor solar, cujos critérios de escolha são apresentados mais a frente.
As condições recomendadas para instalação de um SAS por termossifão estão mostradas na Erro! Fonte de referência não encontrada..
Figura 3-24 Posicionamento recomendado para componentes do SAS, operando em termossifão
Hs: a altura do suspiro deve ultrapassar pelo menos em 30 cm o topo da caixa de água fria;
Hrr: a caixa de água fria deve ser instalada pelo menos 15 cm acima do reservatório térmico;
Hcr: o reservatório deve ficar de 20 cm a 4m acima do topo do coletor solar;
Dcr: corresponde à distância horizontal entre o centro do boiler e o topo do coletor.
Exemplo 2.3
Calcule a altura mínima da cumeeira de uma obra residencial que receberá um SAS com reservatório de 200 litros e diâmetro externo de 60 cm, com a instalação de um coletor solar de 2m² do tipo horizontal (figura ao lado) com inclinação de 30º:
Obs. Considere a altura da caixa de água fria de 500 litros igual a 715 mm.
Como buscamos a altura mínima da cumeeira, também
escolhemos a altura mínima recomendada entre os
componentes do SAS, conforme mostrado na figura ao lado.
Obs. É muito importante trabalharmos sempre com a
mesma unidade!!
Para o cálculo de H1, será preciso recordar alguns conceitos da trigonometria. Vejamos a definição de sen(β).
���(�) = ����� ����ℎ� ������ = ��1�
Como o sen(30o) = 0,667, o valor de H1 será obtido pelo produto do seno e do comprimento do coletor (1m). O valor obtido é de 0,667m, ou seja, 66,7 cm.
Portanto, a altura total (Htotal) da base do coletor ao topo da caixa de água fria será de:
Htotal = 66,7 cm + 20 cm + 60 cm + 15 cm + 71,5 cm = 233,2 cm
Ou seja, 2,33 metros.
Para resolver esse problema construtivo, várias soluções têm sido utilizadas e serão discutidas em detalhes no Curso de Projetista. Mas, retorne agora à Figura 3-17 do SAS em habitações de interesse
social, onde a alimentação de água fria vem diretamente da rede da concessionária local e a pequena caixa colocada sobre o reservatório térmico “quebra a pressão”, garantindo pelo menos ao usuário terminar seu banho no caso de falha no fornecimento de água.
!! Compare a solução encontrada pelas empresas para viabilização do SAS e os
resultados obtidos no Exemplo 2.3., destacando os itens que foram mais “sacrificados”.
b) Instalação solar em circulação forçada ou bombeada
Neste caso, a circulação do fluido de trabalho através do circuito primário de instalação é promovida pela ação de uma bomba hidráulica. O uso da bomba é recomendado para instalações de médio e grande porte, e para casos nos quais não seja possível atender aos parâmetros exigidos para a circulação por termossifão. A Figura 3-25 ilustra os componentes básicos de um SAS com circulação forçada.
Figura 3-25– Esquema de uma instalação em circulação forçada. Fonte: (Heliotek)
Classificação pelo tipo de sistema
a) Convencional nesse caso, o coletor solar e o reservatório térmico podem ser facilmente identificados como equipamentos distintos, separados fisicamente um do outro. Esse tipo de sistema pode ser observado na Figura 3-26.
Figura 3-26 Exemplo de um SAS convencional de grande porte com vários reservatórios térmicos.
As demais classificações tratam de SAS de pequeno porte.
Acoplado ou Compacto - caracteriza-se quando o coletor solar e o reservatório térmico são inseparáveis, como mostra a Figura 3-28. O sistema acoplado opera em circulação natural e tem como grande vantagem a possibilidade de reduzir eventuais erros e minimizar os custos de instalação
Classificação quanto ao aquecimento da água quente a ser utilizada
Conforme mencionado no início desse capítulo, a norma brasileira ABNT NBR 15569:2008 - Sistemas de Aquecimento Solar de Água em Circuito Direto - Projeto e Instalação está restrita aos circuitos diretos de aplicação quase absoluta no país.
a) Circuitos Diretos
Nesse tipo de instalação, a água que circula pelos coletores é a mesma que será utilizada nos pontos de consumo da edificação e discutida em detalhes ao longo desse capítulo.
b) Circuitos indiretos
Nos sistemas em que a troca de calor é indireta, o fluido que circula pelos coletores não é o mesmo utilizado nos pontos de consumo da edificação. Esse tipo de instalação é adotado em locais onde a temperatura ambiente pode trazer riscos de congelamento aos coletores, em processos industriais ou, ainda, em outras aplicações em que o fluido que será consumido não pode se misturar ao que circula pelos coletores. A Figura 3-27 apresenta, esquematicamente, este tipo de instalação, que inclui um trocador de calor.
Figura 3-27 - Representação esquemática de um sistema de aquecimento solar operando em circuito indireto
Figura 3-28 Exemplos de sistemas acoplados visitados durante a pesquisa de campo do projeto de Avaliação de Instalações de Aquecimento Solar (Eletrobras Procel)
4 RECURSO SOLAR
Como posicionar corretamente os coletores solares na obra
Geometria Solar Ângulos típicos de uma instalação solar
Palavras Chave: Irradiação solar. Inclinação. Orientação. Bússola. Software Dimensol.
4.1 INTRODUÇÃO
O ponto de partida na implantação dos SAS é o conhecimento do recurso solar na cidade e, principalmente, nas condições de cada obra. Quanto a esse tema, as perguntas mais importantes são:
Quais as condições da cobertura: Telhado? Laje?
Se telhado, qual a sua inclinação?
Qual a sua orientação?
Tem caimento único? ou o telhado tem vários caimentos, também conhecidos como “águas do telhado” ? Veja o exemplo da Figura 4-1 ao lado.
Figura 4-1 Casa luxuosa com telhado de diversos caimentos. Fonte: http://mulher.uol.com.br/
Essa situação é recorrente também em habitações de interesse social e em casas mais simples, como mostram as fotos a seguir:
Figura 4-2 SAS em casas geminadas do Programa
Minha Casa Minha Vida
Figura 4-3 SAS em casa de classe média em
SP
Portanto, em todas essas situações é preciso decidir qual é a melhor “água do telhado” para a instalação dos coletores solares? Pois, se houver uma decisão equivocada, quanto se perde de energia em um dia, um mês, um ano? Quanto essa perda representa, em reais, na conta mensal de energia elétrica?
Enfim, tais questionamentos são pertinentes e importantes, envolvendo conceitos bastante complexos da geometria solar e que extrapolam o escopo desse texto. Assim, nossa discussão ficará restrita à avaliação das melhores orientação e inclinação dos coletores solares com apoio da ferramenta computacional Dimensol que permite o cálculo da irradiação incidente sobre as placas coletoras em cada mês do ano.
Inicialmente, será apresentada uma revisão de conceitos e unidades importantes para entendimento do recurso solar.
Revisão 3.1
A energia, definida por Maxwell em 1872, é “aquilo que permite uma mudança na configuração de um sistema, em oposição a uma força que resiste a essa mudança”. Portanto, o conceito da energia de um sólido ou fluido está associado à sua capacidade de vencer tal resistência, realizando trabalho. A energia pode assumir diferentes formas como: calor (energia térmica), luz (energia luminosa), movimento (energia cinética), etc. A energia pode se converter de uma forma em outra, mas a energia total sempre se conserva, de acordo com a Primeira Lei da Termodinâmica.
Em uma hidrelétrica, por exemplo, temos a conversão de energia potencial (nas barragens) em energia cinética (nas turbinas hidráulicas) e dessas em energia elétrica (nos geradores).
Em granjas e suinoculturas, por exemplo, o aquecimento dos recém-nascidos é feito com lâmpadas incadescentes, que convertem parte da energia luminosa em calor.
O calor é definido como uma forma de energia que cruza a fronteira entre um sistema e sua vizinhança, resultado da diferença de temperatura entre eles. Por isso, dizemos que calor é energia em trânsito. No sistema internacional de unidades (SI), a unidade de energia é o Joule (J), sendo também comum o uso da caloria (cal). A conversão entre essas unidades é:
1 cal = 4,184 J
Neste texto, usaremos com frequênica o kJ (10³J), MJ (106J) e o GJ(109J)
A taxa de transferencia de calor é definida como a energia térmica transferida por unidade de tempo e, de modo similar, define-se potência como o trabalho (realizado ou consumido) por unidade de tempo, ou seja:
. ������ = ��������� !"�#$��"%&� '��� = ���)��*��"%&�
Sendo ambos expressos em Watt ou seus múltiplos (kW, MW, GW).
Por exemplo, a potência gerada por uma turbina de Itaipu é de 700 MW. Qual a energia gerada por essa turbina em um ano de operação?
+��,-�-�,� = '��������� ���� �,çã� = 70023�365����24 ℎ�,���
+��,-�-�,� = 700�365�2423ℎ = 613200023ℎ = 6.132:3ℎ
Sugestão: motive os alunos a consultarem a conta de energia elétrica de suas residências. Faça exercícios com a potênica dos equipamentos e tempo de uso. Para maiores detalhes, consulte nosso Portal.
Fluxo de calor é definido como a taxa de transferência de calor que ocorre em uma direção por unidade de área perpendicular à direção em que essa trasnferência ocorre:
;<�����<�, = "�"�=#��"%&�á,� = ���,-�
��� ��á,�
No sistema internacional de unidades (SI), a unidade do fluxo de calor é J/s.m² ou W/m².
4.2 O Sol
O Sol é uma esfera de 695 000 km de raio e massa de 1,989 x 1030 kg, cuja distância média da Terra é de 1,5x1011 metros. Sua composição química é basicamente de hidrogênio e hélio, nas proporções de 92,1% e 7,8%, respectivamente.
A energia solar é gerada no núcleo do Sol, através de reações de fusão nuclear, quando quatro prótons de hidrogênio se transformam em um átomo de hélio, sendo liberada grande quantidade de energia.
Nesta região, mostrada na Figura 4-4 a temperatura do Sol chega a atingir 15 milhões de graus Celsius, mas a temperatura efetiva do Sol é estimada em 5777 K.
Figura 4-4 Estrutura evidenciando as zonas do Sol Fonte: http://www.apolo11.com/tema_astronomia_sol_estrutura.php
A Figura 4-5 mostra o espectro da radiação solar fora da atmosfera da terra (linha vermelha) e ao nível do mar (linha amarela), evidenciando, assim, a atenuação que a radiação solar sofre ao atravessar a atmosfera terrestre. Esse gráfico mostra ainda os principais elementos constituintes da atmosfera, responsáveis pela absorção de determinados comprimentos de onda. É importante notar, também, como a curva espectral do Sol coincide com a de um corpo negro a 5900K, sendo esse valor bastante próximo ao de sua temperatura efetiva.
Figura 4-5 Espectro da radiação solar Fonte: http://www.geocities.ws/kawakami_enc/caract.html
Outro ponto a se destacar é que praticamente toda a radiação emitida pelo Sol encontra-se na faixa de comprimentos de onda entre 0,1µm a 3,0 µm, conhecida como banda solar. Do total dessa energia, 7%
se encontram na região do ultravioleta, 46,8% no visível e o restante na banda de infravermelho. Essas regiões são mostradas nas respectivas cores na abscissa –x do gráfico da Figura 4-5..
3.2.1 A Constante Solar - GSC
Define-se a constante solar (GSC) como a energia proveniente do Sol, por unidade de tempo, que incide em uma área unitária fora da atmosfera terrestre, e posicionada de modo a receber os raios solares com incidência normal. Para uma distância média entre a Terra e o Sol, seu valor mais atual, recomendado por Duffie e Beckmann [2006], é 1367 W/m2, Figura 4-6.
A constante corresponde a um valor máximo da irradiação solar, pois é medida antes que ocorra qualquer tipo de atenuação por nuvens, aerossóis, poluição ou absorção pelos próprios elementos constituintes da atmosfera terrestre.
Figura 4-6 Definição da Constante Solar Fonte: adaptado de
http://www.pvaustria.at/content/page.asp?id=62
!!
Radiação ou Irradiação solar?
A convenção adotada é a seguinte: a radiação solar é emitida pelo Sol e atravessa o vácuo e a atmosfera da Terra, mas quando incide sobre uma superfície passa a se chamar irradiância ou irradiação solar, sendo usado o símbolo G para valores instantâneos. Sua unidade é W/m².
3.2.3 Irradiação solar e suas componentes
A irradiação solar incidente sobre uma placa plana, por exemplo, na superfície da Terra pode ser decomposta em duas componentes, conforme representado na Figura 4-7.
Irradiação solar direta (GB): definida como a fração da radiação solar que atravessa a atmosfera terrestre sem sofrer qualquer alteração em sua direção original;
Irradiação difusa (GD): refere-se à componente da radiação solar que, ao atravessar a atmosfera, é espalhada por aerossóis, poeira, ou mesmo, refletida pelos elementos constituintes dessa atmosfera.
Figura 4-7 Componentes da Irradiação solar. Fonte: adaptado de ADEME (2000)
Assim, define-se a irradiação solar instantânea global (G), incidente sobre um plano horizontal e expressa em W/m², como a soma de suas componentes na forma:
: = :? +:A (3.1)
Há, ainda, uma terceira contribuição para a irradiação, que atinge o coletor proveniente da reflexão dos raios a partir de sua vizinhança (vegetação, solo e construções civis). Em muitos casos,
essa parcela também é incluída na componente difusa, sendo denominada albedo.
Valores instantâneos da irradiação global são medidos por piranômetros. Alguns modelos comerciais são mostrados na Figura 4-8.
Figura 4-8 Fotos de piranômetros comerciais Fonte: http://solardat.uoregon.edu/Instruments.html
Exemplo dos valores obtidos em um dia claro, com nuvens esparsas na cidade de Belo Horizonte é apresentado na Figura 4-9. A linha sólida no gráfico corresponde a um ajuste polinomial feito a partir dos dados experimentais.
Figura 4-9 Exemplo de dados de irradiação solar medidos em um dia claro na cidade de Belo Horizonte/MG
Agora vejamos: se os valores instantâneos forem integrados durante todo o dia, do nascer ao por do Sol, qual o significado físico dessa integração que corresponde geometricamente à área sob a curva?
Essa área é calculada pelo produto da ordenada - irradiação instantânea (fluxo de energia) pela abscissa – tempo. Retorne ao quadro de Revisão 3.1 e veja que o produto do fluxo de energia pelo tempo fornece energia por unidade de área, expressa no SI em J/m².
Portanto, a área sob a curva da Figura 4-9 equivale a toda a irradiação incidente no plano horizontal naquele dia em Belo Horizonte. A irradiação global diária que incide sobre o plano horizontal
é representada pela letra H.(DUFFIE e BECKMAN, 2006).
Exemplo 3.1
A integração da curva da Figura 4-9 deu como resultado 26.082.431 J/m². Expresse o resultado em MJ/m² e em kWh/m².
� = 26.082.431 C�D = 26,1�10F C
�D = GH, IJK/M²
Como 1W = 1J/s, tem-se que : 1 J = 1W.s. Então:
� = 26.082.431 C�D = 26082�10O 3. �
�D = 26082 P3. ��D
Mas, 1h = 3600 s logo 1� = �OFQQ ℎ
Assim,
� = 26082 P3. ��D = 260823600 P3ℎ
�D = R, GS TUV M²W
A conversão de unidade pode ser diretamente aplicada:
1 kWh = 3,6 MJ ou 1 MJ = 0,2778 kWh
O Brasil conta com dois atlas que disponibilizam dados sobre a irradiação solar:
Atlas Solarimétrico do Brasil: www.cresesb.cepel.br/.../Atlas_Solarimetrico_do_Brasil
Atlas Brasileiro de Energia Solar: http://sonda.ccst.inpe.br/publicacoes/atlas_solar.html
A Figura 4-10 mostra o gráfico com a média anual da irradiação solar no plano horizontal para todo o país.
Figura 4-10 Mapa da irradiação solar incidente no plano horizontal, com escala ampliada para facilitar a leitura
Fonte: sonda.ccst.inpe.br/publicacoes/atlas_solar.html
!
Compare o valor obtido no Exemplo 3.1 para a irradiação solar no plano horizontal em BH (ponto sobre o mapa) em dia claro com a média anual prevista pelo Atlas Brasileiro de Energia Solar. Qual é a região do Brasil com maior incidência da irradiação solar?
Infelizmente, essa informação ainda não é suficiente para a correta instalação dos coletores solares de um SAS. Como ficou evidente em todas as fotos mostradas nos Capítulos 1 e 2, os coletores sempre possuem uma inclinação em relação ao plano horizontal.
O Atlas Brasileiro de Energia Solar apresenta dados de irradiação solar para o plano inclinado, mas fixado para a latitude de cada cidade. Como temos uma imensa variedade de combinações entre a inclinação e a orientação dos coletores solares nas condições reais de instalação em cada obra, foi desenvolvido o software DIMENSOL, com apoio da Eletrobras Procel para nos auxiliar nos cálculos necessários.
Caso o professor tenha interesse em aprofundar seus conhecimentos no tema da Geometria Solar, acesse nosso Portal e faça download no material disponível.
4.3 INTRODUÇÃO AOS CONCEITOS DA GEOMETRIA SOLAR
Conforme mencionado anteriormente, neste texto trataremos apenas dos conceitos envolvidos no entendimento e na definição das melhores inclinações e orientações de um coletor solar, em função da localidade onde será feita sua instalação.
Para isso, precisaremos recordar alguns conhecimentos já adquiridos no estudo da Geografia como, por exemplo: latitude, órbita da Terra em torno do Sol, estações do ano.
Latitude Geográfica (φ) corresponde à posição angular em relação à linha do Equador, considerado de latitude zero. Cada paralelo traçado em relação ao plano do Equador corresponde a uma latitude constante: positiva, se traçada ao Norte e negativa, se posicionada ao Sul do Equador. Os Trópicos de Câncer e de Capricórnio correspondem às latitudes de 23o 27’ ao Norte e ao Sul, respectivamente, compreendendo a região tropical, Figura 4-11.
Figura 4-11 Localização do Equador e dos trópicos. Fonte: http://www.zun.com.br/fatores-climaticos-
atuantes-no-brasil/
A Figura 4-12 mostra o mapa do Brasil com as linhas de latitudes.
Figura 4-12 Mapa do Brasil com dados sobre latitude e longitude
Exemplo 3.2
Com auxílio do gráfico da Figura 4-12, estime a latitude de cada cidade onde já atua a Rede Eletrobras Procel Solar. Depois, consulte uma bibliografia ou site e compare os valores.
Belém: ______________________ ---- _______________________
Belo Horizonte: ______________________ ---- _______________________
Florianópolis: ______________________ ---- _______________________
Rio de Janeiro: ______________________ ---- _______________________
Salvador: ______________________ ---- _______________________
São Paulo: ______________________ ---- _______________________
4.4 OS MOVIMENTOS DA TERRA E AS ESTAÇÕES DO ANO
O movimento de rotação da Terra em torno de seu próprio eixo tem um período de aproximadamente 24 horas, sendo que o seu movimento de translação em torno do Sol ocorre em uma órbita elíptica cujo período é de 365,256 dias. O eixo de rotação da Terra faz um ângulo de 23º 27`em relação ao plano de sua órbita em torno do Sol, Figura 4-13.
(a) movimento de rotação
(b) movimento de translação
Figura 4-13 Movimentos da Terra Fontes: (a) adaptado de http://pt.wikinoticia.com/cultura científica
(b) http://www.sobiologia.com.br/conteudos/Universo/sistemasolar2.php
No caso específico do Hemisfério Sul, os solstícios e equinócios ocorrem nas seguintes datas:
Solstício de Verão: 21 de dezembro Equinócio de Outono: 23 de março
Solstício de Inverno: 21 de junho Equinócio de Primavera: 23 de setembro
que definem a posição relativa do Sol em relação à Terra. Vejam que, nessa frase, fizemos uma mudança de referencial e falamos da forma em que vemos o Sol a partir da Terra, denominada órbita aparente.
Assim, o equinócio é definido como o instante em que o Sol em sua órbita aparente cruza o plano do equador celeste (a linha do equador terrestre projetada na esfera celeste).
Para o hemisfério Sul, no solstício de verão, a órbita aparente do Sol está exatamente na projeção do Trópico de Capricórnio na esfera celeste. No solstício de inverno o Sol está sobre o Trópico de Câncer.
Exemplo 3.3
Com base nessas informações, responda: Quantos meses o Sol se encontra ao Norte de:
a) Macapá, cuja latitude é de 0o?
b) Cidade de São Paulo, que fica exatamente sobre o Trópico de Capricórnio (latitude de - 23º27´ ). (lembre-se: o sinal negativo identifica o hemisfério Sul, ou seja, 23º27´S )?
Agora, veremos como essas informações afetam os ângulos de instalação dos coletores solares: inclinação e orientação.
4.5 ÂNGULOS DA INSTALAÇÃO SOLAR
Ângulo de inclinação do coletor (β): é o ângulo formado pelo plano inclinado do coletor solar e o plano horizontal, conforme ilustrado na Figura 4-14.
De uma forma simplificada, podemos dizer que a inclinação dada ao coletor solar é uma forma de levá-lo para a posição onde o Sol se encontra e, assim, obter valores mais elevados da irradiação incidente.
Figura 4-14 Definição do ângulo de inclinação do coletor solar
Vamos refletir sobre o exemplo para a cidade de São Paulo:
1. Solstício de verão: nesse dia, o Sol encontra-se sobre a cidade de São Paulo. Então, em 21/12, a melhor inclinação para o coletor solar seria β = 0. (horizontal)
2. Equinócios de outono e primavera: o Sol está sobre o Equador, portanto, a 23º 27´(23,45º) de São Paulo. Deveríamos, então, inclinar o coletor exatamente desse valor.
3. Equinócio de inverno: em 21/06, o Sol está no Trópico de Câncer e, portanto, a 46º 54´ (46,90º) em relação a São Paulo. Assim, nesse dia, o coletor deveria estar mais inclinado para receber uma maior irradiação solar.
Bom, parece claro que para cada dia do ano existe uma melhor inclinação para o coletor solar, Entretanto, isso seria muito difícil (e oneroso) de executar na prática e precisamos definir critérios de escolha para a inclinação dos coletores solares, a saber:
Critério 1 – Média anual
Neste caso, a média aritmética calculada a partir das inclinações ótimas nos respectivos solstícios de verão e inverno, coincide com a própria latitude do local, ou seja :
ββββfixa = lφφφφl
!! Volte ao exemplo de São Paulo e confirme que a média das inclinações fornece exatamente
a latitude da cidade, considerada em módulo.
Critério 2 – Favorecimento do Inverno
Este critério é muitas vezes aplicado devido à maior demanda de água quente coincidir com o período de inverno. Neste caso, recomenda-se:
ββββfixa = lφφφφl + 10°
!! Novamente, o exemplo de São Paulo nos mostra que as maiores inclinações dos coletores
são requeridas exatamente no inverno.
Critério 3 – Para atender demandas específicas
Por exemplo, para um hotel localizado em Fortaleza seria mais interessante inclinar os coletores para favorecer o verão quando ocorre a alta temporada de férias na cidade. Nesses casos, não haverá um valor pré-definido para a inclinação do coletor solar e, como veremos mais à frente, o programa Dimensol nos auxiliará bastante nesses cálculos.
Entretanto, no Dimensol o ângulo de inclinação dos coletores está expresso em graus, mas profissionais das áreas da Engenharia Civil e Arquitetura comumente expressam a inclinação dos telhados em porcentagem, conhecida como declividade ou porcentagem de caimento do telhado. O Exemplo 3.4 ilustra a correlação entre os dois valores.
Exemplo 3.4
A declividade do telhado de uma obra é igual a 30%. Calcule o ângulo de inclinação desse telhado, expresso em graus.
Solução:
A declividade informada significa que, para um deslocamento de 100 cm na horizontal, o ponto de contato com o telhado sobe o correspondente a 30 cm. De acordo com os conceitos da Trigonometria, constata-se que a altura de 30 cm corresponde ao cateto oposto ao ângulo de inclinação do telhado (β) e o deslocamento horizontal de 100 cm ao cateto adjacente.
Portanto, pode-se escrever que: a declividade de 30% é equivalente a um ângulo de 16,7o.
atan β = cateto oposto / cateto adjacente
atan β = 30/100 ββββ = 16,7° ββββ = 16° 42´
Obs: lembre-se que cada grau equivale a 60 minutos, portanto 0,7º são 42 minutos (conforme mostrado na Tabela 3.1)
Para facilitar esse cálculo, a tabela a seguir mostra conversão entre essas duas grandezas.
Tabela 4-1 Correlação entre porcentagem de caimento e o ângulo de inclinação do telhado
Fonte: http://www.toptelha.com.br/calculo_consumo_telhas.php
Ângulo de orientação dos coletores: o desvio em relação ao Norte Geográfico (NG) é representado pelo ângulo formado entre a direção Norte-Sul e a projeção horizontal da normal da placa coletora.
Seu valor varia na faixa (-180º ≤ γ ≤ +180º), sendo nulo para um coletor voltado para o Norte Geográfico, + 90º para o Leste e - 90º para o Oeste. Essa convenção atende a norma ABNT NBR 15569:2008 que convenciona: ângulo de orientação positivo, se a normal ao plano do coletor estiver a Leste do NG, e negativo, se estiver a Oeste.
Figura 4-15 Ilustração da definição da orientação dos coletores solares.
Fonte: FINEP (2007)
Veja alguns exemplos que evidenciam a importância da orientação correta dos coletores solares.
Analise os SAS mostrados na Figura 4-16 com numeração 1 a 3: temos coletores instalados com diferentes orientações. Faremos dois estudos de caso para evidenciar a importância desse ângulo nos valores mensais e anuais da irradiação solar incidente nesses coletores.
Figura 4-16 Exemplo de SAS em que os coletores solares foram instalados com diferentes ângulos de orientação
Vamos imaginar que o coletor solar número 1 esteja orientado exatamente para o Norte Geográfico. Portanto, seu ângulo de orientação é nulo. Consequentemente o coletor de número 2 estará voltado para o oeste e o de número 3 para leste.
!! Faça seu cadastro no site
http://www.eletrobras.com/pci/data/Pages/LUMISA84BD56DPTBRIEGUEST.htm
E a seguir, faça o download do programa Dimensol. Para orientação sobre o uso do programa, consulte: http://www.eletrobras.com/pci/main.asp?View={E6B1AB72-B50E-4099-8939-6DAFA57BBC2A}
Estudo de Casos 3.1: Conjunto habitacional em Jau/SP, cuja porcentagem de caimento do telhado é de 30% (16º 42´)
Passo 1 – Abra o programa e escolha a cidade na base de dados do programa, conforme mostrado na Figura 4-17.
Passo 2 – Selecione o ícone para abertura da tela mostrada na Figura 4-18.
Figura 4-17 Tela do Dimensol para seleção da cidade de interesse
Figura 4-18 Tela do Dimensol para cálculo da irradiação solar incidente no plano do coletor na cidade de Jau, estando os coletores orientados para o Norte Geográfico
Para melhor visualizar esses resultados, o programa oferece uma saída gráfica, mostrada na Figura 4-19. Os valores em porcentagem significam a participação percentual de cada mês na irradiação incidente durante todo o ano (1860 kWh/m² - ano).
Passo 3 – Agora vejamos o que acontece com os coletores voltados para o oeste ( Figura 4-20)
Constata-se que a irradiação anual reduziu de 139 kWh/m², que corresponde a 7,5% do valor anterior (Passo 2). Entretanto, considera-se mais crítico o fato da distribuição mensal ser menos uniforme ao longo dos meses, penalizando, exatamente o inverno, período de maior demanda de água quente, Figura 3.21.
Figura 4-19 Valores mensais da irradiação solar incidente em Jau para o estudo de casos -1 ( coletor orientado para o NG)
Figura 4-20 Tela do Dimensol para cálculo da irradiação solar incidente no plano do coletor na cidade de Jau, estando os coletores orientados para o Oeste)
Figura 4-21 Valores mensais da irradiação solar incidente em Jau para o
estudo de casos -1 (coletor orientado para o oeste)
A norma ABNT NBR 15569:2008 recomenda desvios máximos a partir do Norte de até 30º. A partir desse valor, o Termo de Referência da Caixa, por exemplo, para as habitações do Programa Minha Casa Minha Vida, estabelecem a adoção de procedimentos compensatórios para a perda de irradiação solar, como aumento de área coletora ou instalação de suportes para correção do desvio.
Entretanto, é feita uma flexibilidade para cidades com latitudes ao sul de até 10º, como Fortaleza, Maceió, São Luiz, dentre outras. Nesses casos, a perda de energia é menor e não se justifica manter tais penalidades. Para maiores informações, consulte: http://downloads.caixa.gov.br/_arquivos/desenvolvimento_urbano/gestao_ambiental/tr_sas_mcmv2.pdf)
Vejamos um novo estudo de casos.
Estudo de Casos 3.2: Conjunto habitacional em Petrolina/Pe, cuja porcentagem de caimento do telhado é de 30% (16º 42´)
Repetindo os mesmos passos anteriores e dados de entrada, foram obtidos os seguintes valores anuais para a irradiação solar global:
Coletores orientados para o Norte: 1932,6 kWh/m² - ano
Coletores orientados para o Oeste: 1878,5 kWh/m² - ano
ou seja, uma diferença de apenas 54 kWh/m² - ano e uma melhor uniformidade na distribuição mensal da irradiação recebida, no primeiiro caso, conforme mostram a Figura 4-22 e Figura 4-23.
Figura 4-22 Valores mensais da irradiação solar incidente em Petrolina para o estudo de casos - 2 ( coletor orientado para o Norte)
Figura 4-23 Valores mensais da irradiação solar incidente em Petrolina para o estudo de casos - 2 ( coletor orientado para o oeste)
4.6 NORTE MAGNÉTICO E NORTE GEOGRÁFICO
O Manual de Aulas Práticas inclui um experimento sobre a correta utilização de bússolas e GPS e a aplicação da correção a ser feita para diferentes localidades.
Um cuidado especial que precisamos ter é que toda a teoria apresentada se baseia no desvio em relação do Norte Geográfico, mas a bússola normalmente utilizada nesses casos aponta para o Norte Magnético e, por isso, precisamos introduzir uma correção que depende de cada cidade, Figura 4-24.
A declinação magnética de um local é a medida do ângulo formado entre a direção do norte magnético (apontado pela agulha da bússola), e a direção do norte geográfico. Adota-se a seguinte convenção:
- declinação positiva: significa que o norte magnético se encontra a leste do norte verdadeiro (no sentido horário).
- declinação negativa significa que o norte magnético está a oeste do norte verdadeiro (no sentido anti-horário).
.
Figura 4-24 Bússola Fonte: http://nautilus.fis.uc.pt/astro/ hu/magn/bussola_orientacao.html
A Tabela 4-2 a seguir mostra os valores da declinação magnética para as capitais brasileiras.
Tabela 4-2 Correção para obtenção do Norte Geográfico para as capitais brasileiras e Distrito Federal
Declinação magnética Declinação magnética
(em graus) (em graus)Porto Alegre -14,74 Fortaleza -21,6
Florianópolis -17,46 Teresina -21,4
Curitiba -17,3 São Luis -20,7
São Paulo -19,6 Belém -19,5
Belo Horizonte -21,5 Macapá -18,5
Rio de Janeiro -21,4 Palmas -19,9
Vitória -22,8 Manaus -13,9
Salvador -23,1 Boa Vista -14
Aracaju -23,1 Porto Velho -10,6
Maceió -22,9 Rio Branco -7,34
Recife -22,6 Goiânia -19,2
João Pessoa -22,4 Cuiabá -15,1
Natal -22,1 Campo Grande -15,2
Brasília -20
Cidade Cidade
Exemplo 3.5
A figura ao lado mostra uma bússola bastante simples, adquirida para os Centros da REDE. Considere que o instalador esteja avaliando um conjunto habitacional em Salvador.
Determine:
O desvio em relação ao Norte Magnético: 80º
A correção para Salvador: -23,1º
O desvio em relação ao Norte Geográfico: (80º - 23,1º) = 56,9º
Obs. Note que a declinação magnética é negativa para todas as cidades da Tabela 4-2.
www.orientista.com.br
A presença de material ferromagnético afeta as medidas feitas com auxílio de bússolas. Por isso, são recomendadas distâncias mínimas de alguns objetos, conforme a Tabela 4-3.
Tabela 4-3 – Distâncias mínimas recomendadas para uso de bússolas
http://www.cartografia.eng.br/artigos/bussola4.php
4.7 A INFLUÊNCIA DOS ÂNGULOS DE INCLINAÇÃO DE COLETORES NA IRRADIAÇÃO SOLAR INCIDENTE
Para facilitar a compreensão dos conceitos aqui apresentados, vamos voltar ao primeiro estudo de casos para a cidade de Jau/SP. Agora, iremos variar a porcentagem de caimento do telhado.
Estudo de Casos 3.3: Conjunto habitacional em Jau/SP, com porcentagem de caimento do telhado de 60% (30º 57´)
Faça agora os cálculos com o Dimensol e compare os resultados:
Veja o que acontece com os valores mensais e compare os gráficos da Figura 4-19 e da Figura 4-25. Embora o valor anual foi reduzido em 107 kWh/m² - ano, os valores mensais no período de inverno ficam bem maiores, conforme esperado.
Figura 4-25 Valores mensais da irradiação solar incidente em Jau para o estudo de casos - 3 ( coletor orientado para o NG e inclinação de 45º)
!!
Consulte agora o Caderno de Exercícios. Nossa sugestão é que você faça todos os exercícios e nos envie depois uma avaliação crítica dos mesmos, mas principalmente que você proponha uma lista de exercícios com base no nível de seus alunos sobre os temas abordados até aqui. A contribuição de todos é muito importante para o desenvolvimento do material didático da REDE.
Inclinação (graus)
Irradiação Solar Anual (kWh/m²)
17 1860
31 1845
45 1753
5 COLETORES SOLARES PLANOS
Coletores Solares Etiquetados
Eficiência Térmica
Produção mensal de energia
Palavras chave: Coletor solar plano. Programa Brasileiro de Etiquetagem. Eficiência. Produção mensal de energia
5.1 INTRODUÇÃO
Na seção 1.2, foi apresentada de forma simplificada os principais componentes de um coletor solar, destacando-se os materiais mais utilizados pela indústria nacional. Esses materiais, assim como parâmetros geométricos como a espessura da placa absorvedora (aletas), espessura do isolamento na base e nas laterais, tinta utilizada, qualidade dos processos de fabricação e de vedação definirão a produção de energia pelo coletor solar e bom funcionamento ao longo de sua vida útil, estimada entre 15 a 20 anos.
Nesses casos, é muito difícil, quase impossível, para o consumidor final acompanhar e decidir por um produto. A decisão acabaria sempre tendendo para o de menor preço. Por isso, nosso foco será sempre nos produtos ensaiados e etiquetados pelo INMETRO, cujo Programa Brasileiro de Etiquetagem (PBE) de Coletores Solares teve início em 1997 e conta hoje com quase mais de 210 coletores para aplicação banho, 110 coletores para aplicação piscina e 03 sistemas acoplados. Esses números são atualizados periodicamente e recomendamos que a consulta ao site do INMETRO seja frequente: http://www.inmetro.gov.br/consumidor/tabelas.asp
Não há nenhum impedimento que nossos alunos desenvolvam modelos artesanais com materiais de baixa durabilidade: é bom que eles entendam os princípios de funcionamento dos aquecedores solares e se aventurem na “arte de engenheirar”. Grandes ideias surgem assim!!!
Em nosso curso e na REDE ELETROBRAS PROCEL SOLAR, estamos trabalhando para desenvolver novas habilidades e capacitar pessoas, motivando-as a ampliar sua área de atuação com a criação de novos negócios e oportunidades. Então, é importante focar em produtos com garantia e aprovados depois de passarem por uma série de testes padronizados.
Existe no Brasil um desejo comum de que o aquecimento solar se popularize com preços acessíveis para todas as camadas sociais. Entretanto, qualquer dispositivo que vai ficar exposto às intempéries
climáticas, sofrendo ciclos de aquecimento e resfriamento e, principalmente, gerando água quente para uso doméstico precisa obedecer a critérios de eficiência, durabilidade e segurança.
5.2 COMO ESCOLHER CORRETAMENTE UM COLETOR SOLAR
Para a seleção de coletores solares, é fundamental consultar e entender as informações disponibilizadas na Tabela do INMETRO, a partir da definição do uso que será dado à água quente produzida: banho e sistemas acoplados (para fins sanitários, operando em temperaturas de até 60ºC) e piscina (para aquecimento da água, atingindo no máximo temperaturas de 30ºC a 35ºC, em spas )
Atenção: os ensaios e, consequentemente, os resultados gerados são diferentes para a aplicação banho e para a aplicação piscina. Portanto, a consulta precisa ser direcionada exatamente para a finalidade de uso dos coletores solares pesquisados, conforme destacado na Figura 5-1 e Figura 5-2. Nesse exemplo, vamos selecionar “sistemas e equipamentos para energia solar – aplicação banho”. Uma reprodução parcial da tabela, acesso em 26/06/2013, é mostrada na com a seguinte legenda:
A: número da edição da publicação da tabela (06/2013)
B: data de sua última atualização (26/06/2013)
C: informação consolidada com número de empresas (34), marcas (49) e modelos etiquetados (215)
Figura 5-1 Informações disponíveis no site do INMETRO
Figura 5-2 Reprodução parcial da primeira página da Tabela do INMETRO/Aplicação Banho Fonte: http://www.inmetro.gov.br/consumidor/pbe/ColetoresSolares-banho.pdf (acesso em
26/06/2013)
5.3 DECIFRANDO A TABELA DO INMETRO
Colunas 1 a 3: Informações sobre o produto – fabricante,marca e modelo
Coluna 4: Pressão de funcionamento
A pressão de funcionamento é declarada pelo fabricante e define o valor a ser aplicado no coletor solar, pelo laboratório credenciado pelo INMETRO, para o Ensaio de Pressão Hidrostática. A pressão de teste é igual a 1,5 vezes a pressão de funcionamento declarada, e deve manter esse valor durante 15 minutos.
Atualmente, a pressão de teste não deve ser inferior a 17 mca ou superior a 60 mca, mas essa restrição vai ser retirada a partir da implantação pelo INMETRO da norma de ensaios de coletores solares ABNT NB 15.757- 2: 2009.
Por exemplo, na primeira linha da figura ao lado, o fabricante declarou 40,8 mca. Multiplicando-se esse valor por 1,5, obtém-se: 61,2 mca. O ensaio é, então, realizado para 60 mca. Raciocínio análogo se aplica ao limite inferior.
Coluna 5: Área externa do coletor (m²)
A ABNT 15747-2 substitui a nomenclatura área externa por área bruta (AG) que corresponde à área máxima projetada do coletor completo, excluindo-se qualquer elemento de montagem e as tubulações de entrada e saída do fluido. A Figura 5-3 mostra a maneira correta de medir as dimensões (X: largura, Y: comprimento, Z; altura) da área externa para coletores fechados e abertos.
Figura 5-3 Dimensões para avaliação da área externa de coletores solares Fonte: INMETRO/RAC 006
O valor da área externa é utilizado para calcular a vazão de água no ensaio de eficiência térmica e para determinação da produção específica mensal de energia, expressa em kWh/mês/m².
Coluna 7: Eficiência energética média (%)
Para determinação dos valores das colunas com numeração 6 na Tabela do INMETRO, é preciso introduzir primeiramente os conceitos associados às colunas 7, 10 e 11 e discutidos a seguir.
Vamos acompanhar a trajetória dos raios solares ao incidirem sobre um coletor solar na Figura 5-4.
Figura 5-4 Fluxos de energia em um coletor solar fechado
Inicialmente, os raios solares encontram a cobertura transparente, sendo parte da irradiação refletida nas superfícies externa e interna do vidro e parte também absorvida pelo próprio vidro. Assim, podemos escrever:
X ;<����,��������Y + Z ;<���
,�[<�����\ + X ;<���]��,^���Y = X ;<���
��������Y (4.1)
que representa basicamente o princípio de conservação da energia ( Primeira Lei da Termodinâmica). Se dividirmos todos os termos pelo fluxo incidente (G), a equação 4.1 pode ser rescrita como:
X _�`a����� %#�#$�Y
X _�`a�#��#$"��"Y
+X _�`a��"!�"�#$�Y
X _�`a�#��#$"��"Y
+X _�`a��) ��b#$�Y
X _�`a�#��#$"��"Y
= 1 (4.2)
Considerando-se:
Logo: GT = ττττG; GR = ρρρρG e GA = ααααG.
Portanto,
c + d + e = 1 (4.3)
Essa equação é geral e quando aplicada ao vidro, devemos usar o subscrito V e para a placa absorvedora, adotaremos P. Assim, a equação 4.3 pode ser rescrita na forma:
cf +ρf +ef = 1 (4.4)
cg +ρg +eg = 1 (4.5a)
Como as placas absorvedoras são de cobre ou alumínio, a transmissividade desses dois materiais é nula e a equação 4.5a se reduz a:
ρg +eg = 1 (4.5b)
Assim, voltando à Figura 5-4, vemos que apenas parte do fluxo incidente (τvG) se dirige à placa absorvedora e desse valor apenas uma fração será absorvida, ou seja:
Z;<���]��,^��� �< < \ = hegi j ;<���k���,^����^��,�����-� < l = �eg��τfG� = �ττττnop�G�4.6)
A coluna 10 da Tabela do INMETRO, Figura 4.2, é qr�ττττnop�s. FR significa a eficiência com que a água, que passa pelos tubos do coletor, consegue retirar a energia contida na placa absorvedora. Portanto, esse termo significa ganhos de energia pela água e, portanto, quanto maior seu valor mais eficiente será o coletor solar.
Já na coluna 11 da Tabela do INMETRO, o termo FR aparece novamente, mas agora multiplicando UL que significa o coeficiente global de perdas térmicas e ópticas. Perdas térmicas ocorrem pela base, lateral e topo do coletor solar e são inerentes aos materiais utilizados, espessuras do isolamento e à própria diferença de temperatura entre o coletor e sua vizinhança. As perdas ópticas se relacionam ao tipo e espessura do vidro e das tintas ou revestimentos da placa absorvedora. Portanto, os coletores mais eficientes devem apresentar os menores valores de perdas térmicas.
!!
Consulte a reprodução parcial da tabela do INMETRO (Figura 5-2) e encontre o coletor solar que tem o maior valor para os ganhos (coluna10) e o menor valor de perdas (coluna 11).
Para um bom entendimento do conceito de eficiência energética, ou eficiência térmica, vamos analisar uma definição que pode ser aplicada a qualquer dispositivo e, então, aplicá-la inicialmente ao chuveiro elétrico por sua simplicidade. Nesse caso, a eficiência térmica �t�*`b) é dada pela razão entre a taxa de transferência de calor para a água (Qágua) e a potência elétrica do equipamento ( WE) na forma:
t�*`b =uávwxyz (4.7)
sendo
{á=`� =�| �&��} −��� (4.8)
�| : vazão mássica da água que escoa através do equipamento, expressa em kg/s; �&: calor específico da água, considerado constante e igual a 4180 J/kg.o C
TS e TE: temperatura da água à saída e à entrada do chuveiro, respectivamente
Veja o exemplo a seguir:
Exemplo 3.6
Um chuveiro elétrico com potência de 4400 W aquece a água de 20ºC a 38ºC com uma vazão volumétrica de 3 litros/min. Determine a taxa de transferência de calor para a água e a eficiência térmica do chuveiro, discutindo seu significado físico.
Solução
Inicialmente, precisamos converter a vazão volumétrica da água (litros/min) para vazão mássica (kg/s). Para tal, basta multiplicarmos a vazão volumétrica pela densidade da água nessa faixa de temperatura, que será considerada constante e igual a 1000 kg/m³ ou 1 kg/litro.
�| = 3<��,����� � 1P-<��,� = 3P-��� = 3P-60� = 0,05P-/�
Assim: {á=`� = 0,05 �= �4180 ��=.°� �38 − 20�°C = 37623
Portanto, a eficiência do chuveiro elétrico nessa condição é de:
t�*`b ={á=`�3� =3762344003 = 0,855�85,5%� Significando que 85,5% da energia elétrica consumida pelo chuveiro foram convertidos em energia para aquecimento da água e, portanto, ocorrem perdas da ordem de 14,5%.
De modo análogo, a eficiência térmica de coletores solares é calculada pela razão entre a taxa de transferência de calor para a água e a energia solar incidente sobre a placa coletora. Lembrando que a irradiação solar instantânea incidente no plano do coletor (G) corresponde a um fluxo de energia, sendo expressa em W/m², para se obter a taxa de transferência de energia associada a irradiação solar ( Esolar), aplica-se a equação:
+}���� = :����� (4.9)
Portanto, a eficiência térmica dos coletores solares é dada por:
t = uávwx������ (4.10)
Exemplo 3.6 (cont)
Em um coletor solar de 2m² de área externa, circula água com uma vazão mássica de 2,4 kg/min, aquecida de 20ºC para 28ºC em sua primeira passagem pelo coletor. A irradiação solar incidente no plano do coletor e medida durante o mesmo período é de 1000 W/m². Determine Qágua e a eficiência térmica do coletor solar.
�| = 2,4P-��� = 2,4P-60� = 0,04P-/�
Assim: {á=`� = 0,04 �= �4180 ��=.°� �28 − 20�°C = 1337,63
A eficiência térmica do coletor solar será de :
t = {á=`�+ ���� = 1337,63�QQQy
%² �2�² = 0,669�66,9%� Ou seja, as perdas óticas e térmicas atingem 33,1%.
Portanto, para se aumentar a eficiência de um coletor solar, precisamos maximizar os ganhos de energia e reduzir as perdas. Caso seja de seu interesse aprofundar nesse tema, faça o download em nosso Portal do texto: Coletores solares e mecanismos de transferência de calor
A representação gráfica com ajuste linear da eficiência em função dos parâmetros envolvidos nos ganhos e perdas energéticas adotada na etapa atual do PBE/INMETRO é exemplificada na Figura 5-5 para coletores abertos e fechados.
O ajuste linear gera uma equação do tipo:
t = − ] �z��x��� (4.11)
Figura 5-5 Representação gráfica da eficiência térmica de coletores abertos e fechados
em que o termo independente a está associado aos ganhos de energia pelo coletor, sendo calculado pela
equação: = �����z�� �;�ce�;
o termo dependente b (inclinação da reta), relacionado às perdas totais que ocorrem no coletor PE dador
por: ] = �����z�� �;�U��; onde ATSP representa a área transparente do coletor solar. TE e Tamb correspondem à temperatura da água à entrada do coletor solar e à temperatura ambiente, respectivamente.
Relembrando: FR é o fator de remoção que mede a eficiência da água para retirar a energia absorvida pela placa; �τα� é o produto de duas propriedades ópticas associadas à capacidade do vidro de transmitir os raios solares (τ� e da tinta ou do revestimento da placa absorvedora de absorver essa irradiação (α).
Finalmente, estamos aptos a entender a informação da Coluna 7 da Tabela do INMETRO: a eficiência energética média é calculada para diferentes valores da abscissa no gráfico da Figura 5-5, a saber:
Para coletores fechados: �z��x��� = 0,02 .%²y
Para coletores abertos: �z��x��� = 0,005 .%²
y
Coluna 6: Produção Média Mensal de Energia
Para determinar a produção média de energia define-se inicialmente um dia padrão de modo a simular a operação dos coletores solares nas mesmas condições de operação (vazão por unidade de área e temperatura de entrada da água no coletor solar) e condições climáticas (irradiação solar, temperatura ambiente e velocidade do vento). Para o Brasil, foi escolhido o dia médio do mês de setembro para a cidade de Belo Horizonte.
Os dados de entrada para a simulação são os coeficientes a e b da equação (4.11) e o valor experimental K, que expressa basicamente o comportamento da transmissividade do vidro a cada hora do dia em relação ao seu valor ao meio-dia.
Portanto, o valor máximo de K é igual à unidade, decrescendo para as primeiras horas do dia e ao final da tarde.
Esses valores, aplicados ao dia padrão conforme representado no diagrama da Figura 5-6 permitem avaliar a produção específica de energia pelo coletor solar.
Figura 5-6 Diagrama ilustrativo para cálculo da produção mensal de energia
O valor da produção mensal específica de energia, expressa em kWh/m² - mês, é utilizado para classificar os coletores solares, conforme Tabela 4-1.
Tabela 4-1 Faixas de classificação de coletores solares no PBE
As demais colunas são autoexplicativas.
6 RESERVATÓRIOS TÉRMICOS
Reservatórios térmicos etiquetados
Critérios de seleção
Desempenho Térmico
Perda mensal de energia
Palavras chave: Reservatórios térmicos. Programa Brasileiro de Etiquetagem. Desempenho Térmico. Perda mensal de energia.
6.1 INTRODUÇÃO
Nesse ponto, trataremos do reservatório térmico e critérios de seleção baseados na Etiqueta do INMETRO e cujos principais componentes já foram estudados no Capítulo 2. O reservatório térmico é também conhecido por tanque ou boiler. Esse último, embora em inglês, foi adotado pelo mercado brasileiro de aquecedores solares.
Devido ao caráter intrinsecamente intermitente da radiação solar, que intercala dias e noites, períodos ensolarados, chuvosos e nublados, em toda instalação solar deve-se prever uma fonte complementar de energia, como eletricidade ou gás, que garantirá o aquecimento auxiliar nos períodos sem a insolação mínima requerida ou mesmo quando ocorrer um aumento eventual do consumo de água quente.
6.2 RESERVATÓRIOS TÉRMICOS SOLARES
Os reservatórios térmicos de acumulação da água quente em instalações de aquecimento solar são dimensionados para garantir a demanda diária de água quente na temperatura previamente definida. Características Construtivas dos Reservatórios Térmicos
Os reservatórios térmicos podem ser classificados usualmente de duas maneiras:
Quanto ao seu posicionamento físico os reservatórios são classificados em horizontal e vertical, como mostrado na Figura 6-1.
(a) horizontais
(b) verticais
Figura 6-1 Reservatórios Térmicos. Fonte: Agência Energia
Quanto ao tipo de funcionamento: podem operar em desnível ou em nível com a caixa de água fria, conforme apresentado na Figura 6-2. Reservatórios em desnível operam sempre cheios, mas aqueles que operam em nível variam de acordo com o nível da caixa de abastecimento. Reservatórios em nível são mais fáceis de instalar sob o telhado, mas têm a desvantagem de apresentar falha em casos de falta de abastecimento de água. Nesses casos, o retorno de água dos coletores pode ficar acima do nível da água, o que provoca paralização da circulação de água por termossifão.
(a) desnível
(b) nível
Figura 6-2 Funcionamento de reservatórios Térmicos. Fonte: Soletrol
6.3 COMO ESCOLHER CORRETAMENTE UM RESERVATÓRIO TÉRMICO
Para a seleção de reservatórios térmicos solares, é fundamental consultar e entender as informações disponibilizadas na Tabela do INMETRO em função do tipo de reservatório desejado, conforme Figura 6-3.
Figura 6-3 Informações disponíveis no site do INMETRO
Nesse exemplo, vamos selecionar “reservatórios térmicos solares – baixa pressão”. Uma reprodução parcial da tabela, acesso em 27/06/2013, é mostrada na com a seguinte legenda:
A: número da edição da publicação da tabela (04/2013)
B: data de sua última atualização (26/06/2013)
C: informação consolidada com número de empresas (40), marcas (46) e modelos etiquetados (215)
Figura 6-4 Reprodução parcial da Tabela do INMETRO para reservatórios de baixa pressão
5.3.1 Decifrando a Tabela do INMETRO
Colunas 1 a 3: Informações sobre o produto – fabricante, marca e modelo
Coluna 4: Volume (litros)
O INMETRO reorganizou a tabela por fabricante e, assim, o consumidor pode visualizar facilmente todos os reservatórios oferecidos por determinada empresa para o nível de pressão desejado.
O PBE/Reservatórios etiqueta apenas reservatórios de até 1000 litros de capacidade volumétrica.
Coluna 5: Potência das resistências (kW)
A potência da resistência, expressa em kW, é instalada no RT para garantir o aquecimento complementar da água no caso da energia solar não ser suficiente para garantir a demanda de energia. A pesquisa na Tabela do INMETRO mostra que as potências elétricas variam de 2kW a 5kW, embora alguns fabricantes mantenham a mesma potência independentemente do volume do tanque. Normalmente, se espera a instalação de maiores potências para maiores volumes.
Para exemplificar o cálculo da potência mínima da resistência elétrica, o quadro a seguir mostra a potência necessária para volumes de 200 litros e 400 litros.
Desprezando-se as perdas térmicas no tanque, a potência mínima pode ser calculada pela Primeira Lei da Termodinâmica através da equação:
X'��ê���<é�,� Y � X ��� �����������Y = Z ^,�çã�����,-��á-���,���,^�ó,��\ '����3600£ = d¤���g∆� (5.1)
sendo VRT o volume de água dentro do tanque, expresso em litros, ∆T a temperatura requerida pela água que varia de cidade para cidade e θ o tempo de acionamento da resistência, em horas. A constante 3600 é incluída para converter o valor do tempo em segundos.
Exemplo 5.1.
Determine a potência elétrica mínima do aquecimento auxiliar de um SAS para que seja possível aquecer 1/3 do volume total de um tanque de 400 litros em 3 horas. A diferença de temperatura pretendida é igual a 20ºC.
Substituindo-se esses valores na equação (5.1) tem-se:
'��� =1�=
�#��� �133<��,���4,18��
�=℃ �20℃3ℎ�3600
*= 1,03P3
Analise as situações propostas na tabela a seguir que ilustram o uso da equação 5.1:
Coluna 7: Perda específica de energia, em valores mensais
A perda de energia está associada à redução da temperatura média da água que ocorre em um tanque mesmo com um bom isolamento térmico. Para a simulação, o INMETRO considera a temperatura inicial da água igual a 50ºC e temperatura ambiente de 21ºC.
Por exemplo, o RT de 300 litros tem uma perda mensal de 0,17 x 300 = 51 kWh – mês e o tanque de 1000 litros apresenta perda de 80 kWh – mês.
Para avaliar o impacto dessas perdas na temperatura do tanque, foi avaliado o comportamento da temperatura em dois tanques: um de 200 litros e outro de 400 litros. O gráfico da Figura 6-5 mostra que, embora a perda mensal de energia seja maior no tanque de 400 litros, a variação de temperatura da água é menor. Esse resultado parece coerente para você?
Figura 6-5 Exemplo da redução de temperatura em tanques de 200 litros e 400 litros
Volume total
(litros)
Volume a ser
aquecido
(litros)
Diferença de
temperatura
(oC)
Tempo (h)
Potência
resistência
elétrica (kW)
200 67 20 3 0,52
200 67 20 1 1,55
200 200 20 3 1,55
400 133 20 3 1,03
400 133 20 1 3,1
400 400 20 3 3,1
40,0
42,0
44,0
46,0
48,0
50,0
52,0
54,0
0 5 10 15 20 25
200 litros 400 litros
Tem
per
atu
ra m
édia
da
águ
a (o
C)
Se não, vamos imaginar outra situação:
Dois auditórios A e B possuem 200 e 400 pessoas, respectivamente, todas com R$50,00 na carteira. Ao final das palestras, essas pessoas devem se quotizar para pagar R$ 5000,00 (no auditório A) e R$ 8000,00 (no auditório B). Vamos calcular o valor que cada pessoa terá ao deixar as salas:
Auditório A: cada pessoa dará R$ 25,00 e deixará o auditório com R$ 25,00
Auditório B: cada pessoa dará R$ 20,00 e deixará o auditório com R$ 30,00
Ou seja, mesmo pagando mais, as pessoas do auditório B ficarão com mais dinheiro, pois havia mais pessoas para participar da “vaquinha”.
Voltando aos tanques, a analogia se complementa assim: mesmo tendo uma perda maior no tanque de 400 litros, como se tem mais massa de água para “ceder” energia, cada massa perderá menos e, portanto, sua temperatura no final fica mais elevada. Ficou claro???
Coluna 7: Dimensões externas
Essa informação é importante, pois permite ao projetista escolher o produto que melhor se adapte às condições da obra.
Note que para volumes diferentes, o fabricante mantém diâmetros iguais, variando apenas o comprimento do reservatório.
As demais colunas são autoexplicativas.
7 DIMENSIONAMENTO DE SISTEMAS DE AQUECIMENTO SOLAR
Determinação da demanda diária de água quente
Demanda de energia
Volume do reservatório térmico
Área de coletores solares
Palavras chave: Dimensionamento de SAS. Volume do reservatório. Área coletora
7.1 INTRODUÇÃO
O bom dimensionamento de um sistema de aquecimento solar (SAS) exige conhecimento prévio de vários parâmetros, a saber:
� hábitos de consumo de água quente pelos usuários finais: determinado pelos pontos de
consumo, vazão e temperatura de água quente e da frequência de uso;
� tipo da cobertura da obra ( caimento dos telhados, tipos de telhas, lajes, etc.) que receberá
os coletores solares;
� disponibilidade de radiação solar nas condições específicas da obra em função dos ângulos
de inclinação e orientação previstos;
� fatores climáticos locais: temperatura ambiente, velocidade do vento, risco de
congelamento;
� qualidade da água
� desempenho térmico dos produtos, segundo os dados disponíveis na Tabela do INMETRO
A estimativa da irradiação solar disponível no local e nas condições da instalação foi estudada no Capítulo 3. Os critérios de seleção de coletores solares e reservatórios térmicos foram discutidos nos Capítulos 4 e 5, respectivamente.
7.2 METODOLOGIAS PARA DIMENSIONAMENTO DA DEMANDA DE ÁGUA QUENTE
Nesse ponto, é importante avaliarmos a demanda de água quente e de energia requerida para atender as necessidades do consumidor. A partir desse levantamento é possível definir-se volume de água quente a ser armazenada diariamente e o número requerido de coletores solares de determinado modelo. A Figura 7-1 mostra essas etapas que compõem no dimensionamento básico de um SAS e que permitirão
estimar o desempenho térmico de longo prazo da instalação solar e sua viabilidade econômica, a serem estudados nos capítulos 6 e 7.
Figura 7-1 Etapas do dimensionamento de sistemas de aquecimento solar - SAS
Passo 1 - Visita técnica: essa etapa trata do levantamento das expectativas do empreendedor ou usuário final quanto ao nível de conforto e economia a serem atingidos com o uso do SAS. Essa avaliação pode ser feita com o uso de questionários que inclui uma pesquisa de hábitos dos futuros moradores, por exemplo. Muitas vezes é importante orientar o entrevistado, pois se constata frequentemente uma tendência para majorar o número diário de banhos e/ou de sua duração. Fato esse que tem impacto direto no preço da instalação solar. Nessa etapa também é sugerida uma avaliação prévia dos locais disponíveis na obra para inserção dos componentes de uma instalação solar in loco ou em projeto.
A visita ao local permite avaliar distâncias e espaços disponíveis para equipamentos de manobra, largura de portas e acesso ao telhado ou cobertura. Também é importante considerar o fornecimento de água e de energia elétrica ou gás, para o aquecimento auxiliar. Laughton (2010) sugere uma lista de equipamentos e ferramentas que devem ser levadas nessas visitas técnicas e apresentadas no Anexo 1.
Passo 2 - Demanda diária de água quente: para dimensionar corretamente a necessidade de água quente dos usuários, caracterizada pelo volume diário de água quente e temperatura de operação requerida, é importante se ter conhecimento prévio de padrões de consumo para diferentes edificações brasileiras, em função das classes sociais e das aplicações finais para o setor residencial, industrial e de serviços.
O levantamento da demanda de água quente é feito com base em informações gerais obtidas a partir de:
� Normas de Instalações Prediais de Água Quente, como NB128 e NBR7198;
� Pesquisa de hábitos (rotinas diária) dos usuários potenciais ( passo 1)
� Observação, sensibilidade e bom senso;
� Experiência.
GHISI [2005] sugere as faixas de temperaturas de operação conforme Tabela 7-1 para diferentes aplicações e para determinação dos volumes diários de água quente, recomendam-se os valores da Norma ABNT NB128, cujos consumos específicos para diferentes aplicações, estão mostrados na Tabela 7-2..
Tabela 7-1 Temperaturas indicadas para a água quente em diferentes aplicações
Fonte: Ghisi [2005]
Tabela 7-2 Consumos específicos para diferentes aplicações a temperatura de 60°C
Fonte: ABNT NB 128
Um cuidado especial que devemos ter ao usar os valores da Tabela 7-2 é que eles estão referenciados à temperatura de 60ºC, mas o uso da água quente para banho, por exemplo, fica entre 38ºC a 40ºC.
Assim, pela Primeira Lei da Termodinâmica, o consumo corrigido para as aplicações banho seria dado pela equação:
Consumo¬®®¯°¯± = ²³O´FQ²²O´µ¶·¸¹º (6.1)
Os valores 983 e 993 correspondem à massa específica (densidade) da água a 60ºC e a 38ºC, respectivamente. Nesse cálculo, o calor específico da água é cancelado, pois aparece no numerador e denominador da fração da equação 6.1. Sua variação nessa faixa de temperatura é da ordem de 0,1%. Portanto, em uma residência em que o consumo per capita é de 45 litros a 60ºC, o consumo de água quente a 38ºC equivale aproximadamente a 70 litros por pessoa.
Entretanto esse valor não é aplicável a todas as residências e depende sobremaneira do padrão da residência e da classe social dos moradores. Por exemplo, famílias mais abastadas usam normalmente duchas com elevadas vazões muitas vezes superiores a 10 litros por minuto, enquanto em habitações de interesse social são utilizados chuveiros com vazões de 3 litros por minuto. Nesses casos, a família precisa economizar nas contas de consumo de água e energia. Além disso, recomenda-se bom senso, observação e sensibilidade.
AplicaçãoTemperatura de operação
Indicada
Lavanderias 75º C a 85º C
Cozinhas 60º C a 70º C
Uso pessoal e banhos 35º C a 50ºC
Edificação Consumo (litros)
Alojamento Provisório 24 per capita
Casa Popular ou Rural 36 per capita
Residência 45 per capita
Apartamento 60 per capita
Quartel 45 per capita
Escola Internato 45 per capita
Hotel (s/ cozinha e s/ lavanderia) 36 por hóspede
Hospital 125 por leito
Restaurante e similares 12 por refeição
Lavanderia 15 por kg roupa seca
Outra forma de dimensionamento pode ser desenvolvida com base na vazão e capacidade dos equipamentos de uso final no setor residencial, além do tempo e frequência de sua utilização. A Tabela 7-3 apresenta valores típicos para uso residencial.
Tabela 7-3 Vazão de água quente de equipamentos
* Este número, por exemplo, é bastante controvertido. No caso de casas populares onde são instalados chuveiros de potência até 4400W, a vazão do banho é limitada pelo próprio equipamento em 3 litros/minuto.
** As máquinas de lavar roupas, assim como as lava-louças consomem quantidades pré-definidas de água para cada ciclo. Recomenda-se verificar com o fabricante do equipamento ou manual de instruções o volume e temperatura da água a ser utilizada.
Perfil do Consumo de Água Quente no Setor Residencial
Quando a demanda de água quente coincide com o período de insolação, o SAS opera com maior eficiência e a necessidade de armazenamento diminui. Se a maior demanda ocorre no período da manhã, a água quente precisa ser gerada no dia anterior e armazenada durante toda a noite. Nesse caso, a escolha do reservatório térmico deve contemplar os produtos com a menor perda específica de energia. Tais considerações exemplificam a importância do perfil de consumo da água quente no dimensionamento do SAS.
No Brasil, infelizmente, tem-se grande carência de informações sistematizadas sobre os hábitos típicos no setor residencial. A CEMIG considera um perfil bastante concentrado de demanda de água quente nas residências onde seu uso se restringe à aplicação banho, ou seja, cerca de 30 % do volume total armazenado são consumidos nas primeiras horas da manhã e os 70% restantes entre 17 e 21 horas.
No projeto de Avaliação de Instalações de Aquecimento Solar (ELETROBRAS PROCEL, 2010) foram encontrados dois perfis de consumo em habitações de interesse social no Rio de Janeiro, sendo que o horário do banho foi declarado pelo entrevistado em situações bem definidas, Figura 7-2 e Figura 7-3.
Figura 7-2 Hábito do banho diário em comunidades mais próximas ao centro da cidade do Rio de Janeiro
Peças de Utilização Vazão total por peça(litros/minuto)
Bidê 3,6Chuveiro 7,2*Lavabo 7,2
Tanque (lavanderia) 18**Pia cozinha 15
Figura 7-3 Hábito do banho diário em comunidades mais distantes do centro da cidade do Rio de Janeiro
A Figura 7-2 trata de conjuntos habitacionais mais próximos ao centro da cidade do Rio de Janeiro e que utilizam coletores metálicos de classificação A no INMETRO, sendo declarado que 35% dos banhos ocorre entre 6h e 9h e 28,5% entre 18h e 21h. No caso da Figura 7-3, a Concessionária LIGHT, responsável pelo Projeto Baixada Fluminense, optou pela instalação de coletores poliméricos, classificação D à época e hoje com produção descontinuada. Esses conjuntos situam-se a maiores distâncias do centro da cidade, sendo que 19,8% dos banhos ocorrem entre 6h e 9h e 46,6% entre 18h e 21h. As fotos da Figura 7-4 mostram as duas tecnologias utilizadas pela LIGHT.
(a) coletores metálicos
(b) coletores poliméricos
Figura 7-4 Tecnologias utilizadas no Projeto Baixada Fluminense/LIGHT Fonte: Eletrobras Procel (2010)
O volume diário de água quente desagregado em função da hora do dia em uma residência ainda é conhecido, na maioria das vezes, por autodeclaração e denomina-se histograma de consumo. Uma evolução desse processo é o estabelecimento de programas de Medição e Verificação (M&V) para validação dessas metodologias de estimativa aqui estudadas.
Nível de conforto
Entende-se por nível de conforto no uso da água quente a relação entre vazões, tempo de utilização e temperatura. O nível de conforto influencia sobremaneira o consumo total de água quente em uma residência. As vazões típicas apresentadas por um chuveiro elétrico ficam entre 3 e 6 litros por minuto.
Duchas podem apresentar vazões muito maiores. No Projeto de Avaliação de Instalações de Aquecimento Solar (ELETROBRAS PROCEL, 2010) foram encontradas vazões superiores a 30 litros por minuto.
Entretanto, não é correto trabalhar com esses limites no momento em que buscamos o desenvolvimento sustentável para o nosso país. Por isso, recomenda-se para um bom nível de conforto ajustar a vazão da água entre 6 e 10 litros por minuto. O tempo de banho é o outro fator que determina o nível de conforto e está associado também ao numero de banhos diários. Segundo a Pesquisa de Posse de Eletrodomésticos e Hábitos de Uso - 2005 (PPH) identificou-se que 65,4 % dos entrevistados declaram tomar banhos de até 10 minutos. Dessa forma, pode-se tomar como referencia nos dimensionamentos, um tempo de 6 a 10 minutos por banho. A Tabela 7-4 também auxilia no dimensionamento, correlacionando as peças de utilização e o consumo diário de água quente a 40º C.
Tabela 7-4 Consumo médio de água quente por ponto de utilização
7.3 DIMENSOL - LEVANTAMENTO DA DEMANDA DE ÁGUA QUENTE
Para facilitar o uso do software, será proposto um Estudo de Caso que o aluno pode implementar concomitantemente ao estudo dessa seção.
Estudo de Caso 6.1.
Uma família, composta por dois adultos e dois adolescentes, mora em uma casa de alto padrão, sendo previsto:
� Duchas: 5 banhos por dia com vazão de 8 litros/min e duração média de 10
minutos.
� Lavabo e pias dos banheiros: vazão de 3 litros/min e uso de 40 minutos por dia
� Pia da cozinha: vazão de 3,6 litros/min e uso de 60 minutos por dia
� Banheira Hidromassagem de 150 litros: uma vez por semana
Na tela inicial do Dimensol, deve ser selecionado o ícone Dimensionamento, conforme mostrado na
Figura 7-1Figura 7-5 e, aplicando-se as demandas da família na tela do programa, são obtidos os valores mostrados na Figura 7-6. O consumo diário de água quente dessa família é de 757 litros.
Peças de Utilização Consumo diário a 40 oC
Ducha 70 a 90 litros/pessoaLavatório 5 a 7 litros/pessoa
Bidê 5 a 7 litros/pessoaCozinha 24 litros/pessoaBanheira 30% a 50% do volume da banheira
Figura 7-5 Tela inicial do Dimensol para Dimensionamento
Figura 7-6 Demanda de água quente para o Estudo de casos 6.1
Caso haja dúvida nos valores a serem utilizados para as diferentes peças, basta clicar sobre “valores sugeridos” que são apresentadas faixas de consumo e condições de operação típicas ( Figura 7-7)
Figura 7-7 Valores sugeridos para dimensionamento do SAS
A opção “Gráfico” da tela do Dimensol mostra a participação percentual de cada peça e uso final da água quente (Figura 7-8) e que permite visualizar o maior consumo das duchas, conforme esperado.
Figura 7-8 Participação percentual de cada peça na demanda diária de água quente
Assim, concluímos que para atender essa família seria necessário um reservatório de 700 litros a 800 litros. Consultando a Tabela do INMETRO para reservatórios térmicos solares de baixa pressão (http://www.inmetro.gov.br/consumidor/pbe/reservatorio-solar-bp.pdf), encontramos um único produto com volume de 700 litros e vários fornecedores de tanques de 800 litros. Mais a frente, avaliaremos técnica e economicamente as duas opções.
7.4 DEMANDA DE ENERGIA
O cálculo da demanda mensal de energia (Lmês) é feito com base na Primeira Lei da Temodinâmica pela equação:
»%ê = ρ¤%ê ¼½�¾w¿ÀÁ¿��x��ÂOFQQ hP3ℎ −�ê�i (6.1)
Onde ρ: massa específica da água e igual a 1 kg/litro; Vmês: volume mensal de água quente (Figura 7-6) �&: calor específico da água, considerado constante e igual a 4,18 kJ/kg.o C
Tquente e Tamb: temperatura requerida para a água quente e a temperatura ambiente, respectivamente
A constante 3600 é usada para converter a unidade de energia para kWh.
Voltando ao estudo de caso 6.1, vamos calcular a demanda de energia da família proposta pela equação 6.1, considerando a temperatura da água quente de 38º C e a temperatura ambiente média de 22ºC:
ou seja, Lmês = 422 kWh - mês
que é um valor muito elevado, considerando-se que essa energia se destina apenas ao aquecimento de água. Ainda falta computar refrigeradores, iluminação, ar condicionado, etc
? Vamos economizar? O que podemos sugerir a essa família?
7.5 CÁLCULO SIMPLIFICADO DA ÁREA DE COLETORES
A área total de coletores solares necessária para atender à demanda de energia estimada pela equação 6.1 é definida pelas condições climáticas de instalação dos coletores na obra e, claro, pelas características operacionais e de projeto do modelo selecionado
Para um pré-dimensionamento rápido, o número de coletores e, consequentemente, a área coletora total pode ser determinada a partir dos dados da Tabela do INMETRO cujos critérios atuais de classificação do coletores solares no Brasil são mostrados na Tabela 7-5.
Tabela 7-5 Classificação de Coletores Solares – Aplicação Banho
Fonte : INMETRO
Considerando-se dois coletores genéricos A e C, com produções mensais de energia da ordem de 84,4 kWh/mês/m² e 70,3 kWh/mês/m², respectivamente, para os valores gerados no Estudo de casos 6.1 seria recomendada a instalação de :
� 5,0 m2 do coletor A
� 6,0 m2 do coletor C
ou seja, um acréscimo de 20% na área coletora.
Cabe ressaltar que este cálculo é apenas orientativo e, portanto, não deve ser adotado como metodologia de projeto. O valor da produção de energia mensal do coletor solar, expresso na etiqueta do INMETRO, só é válido para comparação entre produtos desde que, conforme vimos anteriormente, esse valor é calculado para o dia padrão que corresponde ao dia médio do mês de setembro para BH/MG.
Para realizar um cálculo específico para determinada localidade e para as condições da obra, será
estudado o Método da Carta – F , a seguir.
8 MÉTODO DA CARTA-F
Modelo da carta F
Parâmetros de simulação
Relação Volume do reservatório por área coletora
Palavras chave: Modelo da carta F. Desempenho anual SAS
8.1 INTRODUÇÃO
Uma pergunta bastante frequente a ser respondida quando da substituição de combustíveis convencionais pelo aquecimento solar é: Afinal, qual será a economia que terei em minha conta mensal de energia elétrica ou de gás?”
A economia a ser atingida dependerá do padrão de consumo de cada residência: hábitos dos moradores, eletrodomésticos usados, frequência de sua utilização e tarifas praticadas pela concessionária de energia elétrica local.
Por exemplo, uma residência da classe A onde se utiliza, de forma intensiva, água quente em duchas de elevada vazão, em banhos de longa duração, em banheiras de hidromassagem, na cozinha e lavanderia, a conta de energia elétrica ao final do mês é bastante elevada. Entretanto esse valor também é decorrente do uso do ar condicionado em todos os cômodos, de fornos elétricos e de micro-ondas, de geladeiras e congeladores de diferentes portes, etc. Neste caso, embora o consumo de água quente seja alto, o impacto na conta mensal de energia elétrica decorrente do aquecimento solar poderá ser relativamente menor ao obtido em uma habitação de interesse social que dispõe apenas de uma televisão e geladeira pequena e cuja participação do chuveiro na conta de energia é muito mais significativa do que no primeiro caso, inclusive pelo maior número de moradores.
De uma forma geral, pode-se afirmar que a substituição de sistemas convencionais de aquecimento de água por energia solar atende a uma dicotomia do mercado brasileiro: Conforto versus Economia. Em determinadas classes sociais, busca-se intensivamente o maior conforto propiciado pelo aquecimento solar central, enquanto que para a classe média e de baixa renda, a economia obtida torna-se cada vez mais importante e decisiva.
Para a avaliação da economia de energia elétrica obtida com a utilização do aquecimento solar, nas condições específicas de cada obra, utiliza-se, internacionalmente, o Método da Carta F. Este método avalia a contribuição da energia solar na demanda total de energia elétrica para aquecimento de água, conhecida como fração solar.
8.2 A FRAÇÃO SOLAR – F
Este método foi desenvolvido por Beckmann et al. [1977] com base na compilação e consolidação dos resultados de várias simulações matemáticas e avaliações de condições operacionais reais de instalações de aquecimento solar. Ele permite avaliar o desempenho térmico dessas instalações a médio e longo prazo, a partir do conhecimento adquirido nos temas anteriores, como:
� Constantes a e b da eficiência térmica do coletor solar
� Coeficiente K
� Volume do reservatório térmico
� Área de coletores
A fração solar (fi )para um determinado mês do ano é definida como a razão entre
a energia suprida pelo sistema de aquecimento solar (Qsolar) e a demanda mensal de energia (Li), calculada
pela equação:
Beckman et al. [1977] propuseram dois parâmetros adimensionais e empíricos X e Y, a saber:
onde cada grandeza é definida no quadro a seguir:
Grandeza Definição Unidade (SI)
AC área total de coletores solares m2
FRUL
produto do fator de remoção e coeficiente global de perdas térmicas do coletor solar, correspondente à inclinação da curva de eficiência térmica instantânea
W / m2 °C
TREFtemperatura de referência, considerada constante e igual a 100°C
°C
Tambtemperatura ambiente média para o mês em questão
°C
∆t duração do mês segundos
Li
demanda total de energia para aquecimento do volume de água (V), calculada pela equação
Joule
HT
radiação solar diária em média mensal incidente no plano do coletor por unidade de área
J/m²
Ni número de dias do mês
FR (τcαp)θ
produto do fator de remoção, transmissividade do vidro e absortividade da tinta dos coletores, para ângulo médio de incidência da radiação direta **
W / m2 °C
(7.1) L
solar Q f
i
i =
( )(7.2)
i
iambREFLRC
L
tTTUFAX
∆−=
( )(7.3)
i
TpcRC
L
NHFAY θ
ατ=
** Duffie e Beckman [2006] recomendam, quando essa informação não estiver disponível, adotar o valor de
0,96* FR (τcαp)n, ou seja, 96% do valor medido experimentalmente durante os ensaios do PBE / INMETRO.
Avaliando-se cuidadosamente as equações 7.2 e 7.3, constata-se que o parâmetro X está
relacionado às perdas térmicas do coletor solar, enquanto o parâmetro Y depende da energia solar
absorvida pela placa. Portanto, conclui-se que no dimensionamento de uma instalação de aquecimento solar
deve-se buscar valores de X cada vez menores, enquanto os valores de Y devem ser sempre maximizados.
A determinação da fração solar f pode ser feita pelo ábaco da Figura 8-1, apresentada a seguir, ou da seguinte equação empírica, proposta por Klein:
322Y0215,0X0018,0Y245,0X065,0Y029,1f ++++++++−−−−−−−−==== (7.4)
A adoção deste modelo deve atender às restrições mencionadas na tabela a seguir, citadas por
Duffie e Beckmann:
Tabela 8-1 Faixa de Parâmetros de Projetos Usados no Desenvolvimento da Carta – F
A equação 7.4 pode ser representada graficamente na forma:
Figura 8-1 Ábaco para Determinação da Fração Solar - FFFF
0,6 < (τα)τα)τα)τα)n < 0,9
5 < F R A C < 120 m²
2,1 < UL < 8,3 W/m²°C
30 < ββββ < 90°
83 < (UA)h < 667 W/°C
7.2.1 Fator de Correção Xc1
O Modelo da Carta- F foi desenvolvido considerando-se uma relação de 75 litros de água quente armazenada por m2 de área coletora. Entretanto, para determinadas condições operacionais esta relação não é recomendada. Para o Brasil, devido à nossa diversidade climática tal relação não é adequada para todas as cidades.
Nesses casos, Duffie e Beckman [2006] propuseram uma correção no adimensional X, dado pela equação:
25,0
2 1l/m 75
ea volume/árrelação X
−
=cX (7.5)
7.2.2 Fator de Correção Xc2
Esta segunda correção também se torna necessária pela diversidade da nossa situação frente à realidade americana, no que se refere à necessidade de aquecimento de água e do ambiente na maioria das residências. Quando o uso da energia solar restringe-se apenas ao aquecimento de água, Duffie e Beckman [1991] propuseram uma segunda correção ao adimensional X, na forma:
++=
T - 100
2,32T - 1.18T 3.86T 11,6
amb
ambmin f,rede
12 cc XX (7.6)
em que:
Trede : temperatura na qual a água é admitida da rede pública
Tf,min: temperatura mínima desejável de água quente.
Obs: as temperaturas são expressas em graus Celsius.
Assim, a equação 7.4 deve ser recalculada para incluir as duas correções propostas.
7.2.3 Fração Solar Anual F
A fração solar anual F é definida como a razão entre a soma das contribuições mensais do aquecimento solar e a demanda anual de energia que seria necessária para fornecer o mesmo nível de conforto. É dada pela equação:
(7.7)
Um exercício completo e as planilhas automatizadas de cálculo estão disponíveis no material complementar a este manual.
∑∑∑∑
∑∑∑∑
====
======== 12
1ii
12
1iii
L
LfF
8.3 EXEMPLO DE APLICAÇÃO
Retornemos ao estudo de caso 6.1 para exemplificar o uso das equações estudadas nesse capítulo e do cálculo automatizado pelo programa DIMENSOL para determinação do desempenho anual do aquecimento solar.
Alternativa 1: Cidade de Jau/SP (orientado para o Norte Geográfico e inclinação de 14º (Figura 8-2) Coletores solares classificação – A: (modelo hipotético da base de dados do Dimensol): 3 coletores Volume do tanque: 800 litros
Figura 8-2 Reprodução da tela do Dimensol para a cidade de Jau/SP – Estudo de caso 3.1
Para a seleção do coletor, veja orientação na Figura 8-3
Figura 8-3 Tela Dimensol para escolha do coletor solar
‘
Para encontrar os valores relativos ao produto já cadastrado, siga a orientação: clique no ícone do coletor para abrir a tela com as informações necessárias para determinação dos parâmetros X e Y (Figura 8-4). Caso o modelo não esteja previamente cadastrado, você pode efetuar um novo cadastro a partir dos dados da Tabela do INMETRO.
Figura 8-4 Informações disponíveis no cadastro dos coletores solares
Vamos fazer o passo a passo para o mês de abril na cidade de Jau. Para os demais meses, usaremos o programa Dimensol.
Cálculo do parâmetro X
Item Referência
AC = 3x 2m² = 6m² Figura 8-4
FR UL = 6,5 Figura 8-4
TREF = 100ºC Nomenclatura eq. 7.2 e 7.3
Tamb = 21,9ºC = 22ºC Tela Dimensol, clique “base de dados” + “cidades”
Li = 422kWh
LI= 422 x 3600 = 1519.200kJ = 1.519.200.000J
Valores do exemplo da seção 6.4 (demanda de energia)
∆ti = 30 (dias) x 24 (horas)/dia x 3600s/h ∆ti = 2.592.000 segundos
( ) 5,2
000.200.519.1
2.592.000s 22100C m²
W6,5 x ²6
=
−
=J
xCm
X
o
Cálculo do parâmetro Y
Item Referência
AC = 6m² Figura 8-4
FR (τα) = 0,73 FR (τα)θ = 0,96 x 0,73 = 0,70
Figura 8-4 observação das eq. 7.2 e 7.3
HT = 585.3 MJ/m² = 585.300.000 J/m² - mês Figura 8-2
N = 30 (dias)
Não será necessário multiplicar pelo número de dias, pois o valor calculado pelo Dimensol já está totalizado para o mês
,
Para cálculo da fração solar – f – podemos usar a equação 7.4 ou o ábaco da Figura 8-1. Veja que os resultados são iguais, a saber:
818,06,1 0215,02,25 0018,026,1 245,02,5 065,06,1 029,1 3 =++−−= xxxxxf
O cálculo do fator de correção 1 é feito com a equação 7.5, a partir dos dados obtidos e do volume do tanque e área de coletores definidos na Alternativa 1:
=
=
− 25,0
2 1l/m 75
800/6 x 5,2 cX 4,50
Para o fator de correção 2, equação 7.6, consideramos a temperatura da água da rede local igual à temperatura ambiente. Para o valor da temperatura mínima aceitável, utilizamos 36ºC, a saber:
1,6 000.200.519.1
m²
J .300.000585 x 70,0 x ²6
==J
m
Y
‘
++=
22- 100
22 x 2,32 - 36 x 1.18 22 x 3.86 11,6 12 cc XX =5,07
f = 0,824
Para todos os meses do ano, tem-se:
Obs. Veja que temos uma pequena diferença no valor obtido no mês de abril pelas equações e pelo Dimensol, atribuída aos arredondamentos feitos.
9 ANÁLISE DE VIABILIDADE ECONÔMICA
Viabilidade econômica:
Impacto das dimensões e custo do SAS
Importância do custo da energia complementar
Palavras chave: SAS – tempo de retorno de investimento
9.1 INTRODUÇAO
A decisão quanto à troca de equipamentos convencionais de aquecimento por energia solar ou mesmo a instalação pura e simples deste, se constitui em um exemplo de utilização de conceitos de Análise de Investimentos, ramo da Matemática Financeira, cuja maior preocupação é com o comportamento do capital no tempo.
A Análise de Investimentos é definida como “o conjunto de técnicas que permitem a comparação, de uma maneira científica, entre os resultados de tomada de decisões referentes a alternativas diferentes.”
Além das técnicas utilizadas, que serão posteriormente demonstradas, são vários os aspectos a serem observados no momento em que se faz necessária uma tomada de decisão, devendo se considerar, ainda, que tal decisão envolve componentes financeiros e não-financeiros.
O primeiro aspecto a ser considerado diz respeito ao fato de que, quando há necessidade de se decidir quanto à utilização de energia solar, não se pode trabalhar com uma alternativa única. Assim, caso se pense em substituição, deve-se analisar o ganho econômico-financeiro em relação ao sistema anterior, enquanto se só se pensar em aquecimento, quando este não existia, tem-se que pensar em termos de conforto, embora, sempre, não se possa dimensioná-lo, em termos financeiros.
O segundo seria a preocupação em só se comparar alternativas homogêneas. No caso de substituição, por exemplo, de chuveiros elétricos por coletor solar, o volume e temperatura da água deveriam ser equalizados para que a comparação se torne justa.
Um outro aspecto, o terceiro, diz que apenas as diferenças de alternativas são relevantes. Desse modo, se houver, por exemplo, troca de uma bomba de calor por coletores, o investimento na bomba não seria considerado, nem na situação atual, tendo em vista que ela já foi adquirida e está em funcionamento e não haveria necessidade de aquisição de outra para servir ainda como um equipamento auxiliar, pois ela já existe.
O quarto aspecto a ser observado é que as alternativas estudadas devem sempre considerar o valor do capital no tempo, ou seja, valores nominalmente iguais em investimentos, custos operacionais ou
‘
em redução de gastos, porém ocorrendo em épocas distintas, na realidade, são diferentes quando analisados sob a ótica da matemática financeira ou da análise de investimentos
O quinto aspecto diz respeito ao problema do capital escasso. Qualquer alternativa que exija quantia superior aos recursos disponíveis, sejam próprios ou de terceiros, deve ser descartada.
O sexto ponto fala da necessidade de que decisões separáveis devem ser tratadas isoladamente. Por exemplo, se uma empresa estiver analisando, simultaneamente, a troca de chuveiros elétricos e de aquecimento industrial por energia solar, os dois projetos devem ser analisados separadamente, pois um deles pode ser viável e o outro não, mas em conjunto serem viáveis. Nesse caso, se optasse apenas pelo projeto que é viável, seu ganho seria maior.
O sétimo aspecto recomenda que se atribua certo peso para aquelas previsões que apresentam determinado grau de incerteza. É o que ocorre, por exemplo, com as estimativas das médias de temperatura e dos dias de chuva, quando se projeta a utilização de coletores solar.
Outra situação que deve ser levada em consideração na elaboração de um projeto diz respeito aos aspectos qualitativos não quantificáveis em termos monetários. Nesse caso, podem ser incluídos os impactos ambientais, como ocorre com a geração de CO2, quando se utiliza o aquecimento através de óleo combustível, diesel, GLP e gás natural
Finalmente, os dados econômicos e gerenciais são de extrema importância na tomada de decisão. Principalmente, para empresas, a vida útil de determinados equipamentos pode não corresponder aos prazos determinados por lei. Dessa forma, deve-se levar em conta, sempre, o prazo real além de se considerar o reinvestimento em equipamentos.
A Análise de Investimentos, basicamente, utiliza quatro métodos para determinação da viabilidade ou não de algumas decisões.
Esses métodos são os cálculos do VALOR PRESENTE LÍQUIDO (VPL), da TAXA INTERNA DE RETORNO (TIR), do PAY BACK SIMPLES e do PAY BACK DESCONTADO.
9.2 VALOR PRESENTE LÍQUIDO (VPL)
O Valor Presente Líquido (VPL) descapitaliza os desembolsos e economias ao longo do tempo de duração do projeto para o tempo atual, utilizando-se a seguinte fórmula:
Onde:
VPL: valor atual
FV: valor de um desembolso ou de um ganho no futuro
i: taxa de juros mensal (da poupança ou de qualquer outra aplicação pertinente)
n: prazo (expresso em meses)
FV1 FV2 FV3 __ FVn
VPL = ----------- + ----------- + ----------- + ...... + ----------
(1 + i)1 (1 + i)2 (1 + i)3 (1 + i)n
(8.1)
O projeto será viável se o VPL for positivo.
9.3 TAXA INTERNA DE RETORNO (TIR)
A Taxa Interna de Retorno (TIR) que corresponde a uma taxa mensal que anula o Fluxo de Caixa, determinando a real rentabilidade gerada pelo projeto, ou seja:
Onde:
E: corresponde aos eventos (entradas ou saídas de recursos) que ocorrem ao longo do projeto.
O projeto será viável caso a TIR seja superior à taxa de atratividade i desejada.
9.4 TEMPO DE RETORNO DO INVESTIMENTO (PAY-BACK)
O Pay Back é calculado de duas maneiras:
Pay Back Simples tem o defeito de não considerar o valor do capital no tempo, mostrando apenas o momento em que, através de valores nominais, acontece o retorno do investimento inicial.
Pay Back Descontado já considera o valor do capital no tempo, pois descapitaliza cada parcela ao longo do projeto da mesma forma que a utilizada no VPL, mostrando o momento exato em que acontece o retorno do investimento inicial agora em termos reais.
Em ambos os casos, o projeto só será viável se o prazo de retorno do investimento se der dentro do período previsto, normalmente a vida útil do equipamento.
Para efeito didático, apresentaremos a análise de investimento de um sistema utilizando a planilha de cálculos presente no material complementar deste livro texto.
)i1(
E
)i1(
E
)i1(
E
)i1(
E0
nn
22
11
00
++++++++++++
++++++++
++++++++
++++==== K
(8.2)
‘
Estudo de caso 8.1
Para um edifício residencial, tem-se os seguintes dados:
Localidade: Belo Horizonte – MG
Temperatura média: 21o C
Número de apartamentos: 16
Número de moradores por apartamento: 3
Tempo médio de banho: 10 minutos
Vazão média das duchas: 8 litros/minuto
Água quente nos lavatórios: sim
Água quente na cozinha: sim
Volume armazenado: 5.000 litros
Sistema de aquecimento auxiliar: resistências elétricas
Custo do kwh: R$ 0,55
Custo estimado da instalação: R$ 40.000,00
Vida útil dos equipamentos: 15 anos
Custo anual de manutenção da instalação: 2% ao ano
Fração solar média da instalação: 65%
Para decisão quanto à aquisição do equipamento levaremos em conta duas situações:
1a) Pagamento à vista do equipamento,
Considerando-se a perda financeira da aplicação do investimento de acordo com uma taxa de poupança de 0,75% (custo de oportunidade) ao mês
Tabela 9-1 Dados de Entrada – Situação 1
TIPO DE CLIENTE Taxa de Aumento - Energia Elétrica - Ano 2 6,00%
Nº Pessoas por unidade 3,0 Taxa de Aumento - Energia Elétrica - Ano 3 6,00%
Nº de unidades 16 Taxa de Aumento - Energia Elétrica - Ano 4 6,00%
Nº total de pessoas 48,0 Taxa de Aumento - Energia Elétrica - Ano 5 6,00%
Consumo médio por usuário (litros) 112,00 Taxa de Aumento - Energia Elétrica - Ano 6 6,00%
Demanda Diária AQ (litros) 5.376,00 Taxa de Aumento - Energia Elétrica - Ano 7 6,00%
Volume Reservatório (litros) 5.000,00 Taxa de Aumento - Energia Elétrica - Ano 8 6,00%
Temperatura Amb. Local (ºC) 21 Taxa de Aumento - Energia Elétrica - Ano 9 6,00%
Demanda Energia Mensal (kWh) 4.494,34 Taxa de Aumento - Energia Elétrica - Ano 10 6,00%
Taxa de Aumento - Energia Elétrica - Ano 11 6,00%
Taxa de Aumento - Energia Elétrica - Ano 12 6,00%
Taxa de Aumento - Energia Elétrica - Ano 13 6,00%
Fração Solar 0,650 Taxa de Aumento - Energia Elétrica - Ano 14 6,00%
Perdas no reservatório (kWh/mês/litro) 0,15 Taxa de Aumento - Energia Elétrica - Ano 15 6,00%
Consumo Mensal de EE (kWh) - solar + perdas 1.808,97 Preço do kWh R$ 0,55
% de Economia 59,75% Economia Mensal de EE (R$) 1.476,95
Economia Mensal de EE (kWh) 2.685,37 Economia Anual de EE (R$) 17.723,41
Economia Anual de EE (kWh) 32.224,39 Gasto Mensal de EE -aquecimento água (R$) 994,93
Preço da Instalação Solar R$ 40.000,00 Valor Total do Investimento R$ 40.000,00
Estudo da Viabilidade Econômica R$ 0,00 Valor do Desembolso Inicial R$ 40.000,00
Custo de Negociação e Parceria R$ 0,00 Valor do Financiamento Total R$ 0,00
Custo do Projeto de Engenharia R$ 0,00 Taxa mensal de financiamento 1,50%
Custos Adicionais de Instalação R$ 0,00 Custo de oportunidade (Aplicações) 0,75%
Valor Total do Investimento R$ 40.000,00 Nº de Prestações Mensais 1
Manutenção (% do investimento) 2,00% Valor da Prestação Mensal R$ 0,00
Dados da Instalação Solar
Dados de Consumo Dados Financeiros
ANÁLISE DA VIABILIDADE ECONÔMICA - INSTALAÇÃO DE AQUECIMENTO SOLAR
RESIDÊNCIAS E SISTEMAS DE GRANDE PORTE
‘
Tabela 9-2 Fluxo de Caixa – Situação 1
Verifica-se que o período onde a diferença no fluxo de caixa se torna positiva significa que ocorreu o retorno do investimento.
Período Demanda Instalação(meses) Energia Solar Nominal Atual Acumulada
0 40.000,00R$ (40.000,00)R$ (40.000,00)R$ (40.000,00)R$ 1 2.471,88R$ 1.061,60R$ 1.410,28R$ 1.399,79R$ (38.589,72)R$ 2 2.471,88R$ 1.061,60R$ 1.410,28R$ 1.389,37R$ (37.179,43)R$ 3 2.471,88R$ 1.061,60R$ 1.410,28R$ 1.379,02R$ (35.769,15)R$ 4 2.471,88R$ 1.061,60R$ 1.410,28R$ 1.368,76R$ (34.358,86)R$ 5 2.471,88R$ 1.061,60R$ 1.410,28R$ 1.358,57R$ (32.948,58)R$ 6 2.471,88R$ 1.061,60R$ 1.410,28R$ 1.348,45R$ (31.538,29)R$ 7 2.471,88R$ 1.061,60R$ 1.410,28R$ 1.338,42R$ (30.128,01)R$ 8 2.471,88R$ 1.061,60R$ 1.410,28R$ 1.328,45R$ (28.717,72)R$ 9 2.471,88R$ 1.061,60R$ 1.410,28R$ 1.318,56R$ (27.307,44)R$
10 2.471,88R$ 1.061,60R$ 1.410,28R$ 1.308,75R$ (25.897,15)R$ 11 2.471,88R$ 1.061,60R$ 1.410,28R$ 1.299,01R$ (24.486,87)R$ 12 2.471,88R$ 1.061,60R$ 1.410,28R$ 1.289,34R$ (23.076,59)R$ 13 2.620,20R$ 1.061,60R$ 1.558,60R$ 1.414,32R$ (21.517,99)R$ 14 2.620,20R$ 1.061,60R$ 1.558,60R$ 1.403,79R$ (19.959,39)R$ 15 2.620,20R$ 1.061,60R$ 1.558,60R$ 1.393,34R$ (18.400,79)R$ 16 2.620,20R$ 1.061,60R$ 1.558,60R$ 1.382,97R$ (16.842,20)R$ 17 2.620,20R$ 1.061,60R$ 1.558,60R$ 1.372,68R$ (15.283,60)R$ 18 2.620,20R$ 1.061,60R$ 1.558,60R$ 1.362,46R$ (13.725,00)R$ 19 2.620,20R$ 1.061,60R$ 1.558,60R$ 1.352,32R$ (12.166,40)R$ 20 2.620,20R$ 1.061,60R$ 1.558,60R$ 1.342,25R$ (10.607,81)R$ 21 2.620,20R$ 1.061,60R$ 1.558,60R$ 1.332,26R$ (9.049,21)R$ 22 2.620,20R$ 1.061,60R$ 1.558,60R$ 1.322,34R$ (7.490,61)R$ 23 2.620,20R$ 1.061,60R$ 1.558,60R$ 1.312,50R$ (5.932,01)R$ 24 2.620,20R$ 1.061,60R$ 1.558,60R$ 1.302,72R$ (4.373,41)R$ 25 2.777,41R$ 1.061,60R$ 1.715,81R$ 1.423,45R$ (2.657,61)R$ 26 2.777,41R$ 1.061,60R$ 1.715,81R$ 1.412,86R$ (941,80)R$ 27 2.777,41R$ 1.061,60R$ 1.715,81R$ 1.402,34R$ 774,01R$ 28 2.777,41R$ 1.061,60R$ 1.715,81R$ 1.391,90R$ 2.489,82R$ 29 2.777,41R$ 1.061,60R$ 1.715,81R$ 1.381,54R$ 4.205,63R$ 30 2.777,41R$ 1.061,60R$ 1.715,81R$ 1.371,25R$ 5.921,44R$
RETORNO DE INVESTIMENTO EM INSTALAÇÕES SOLARES
RESIDÊNCIAS E SISTEMAS DE GRANDE PORTEDiferença
TIR 3,39% a.m.49,19% a.a.
VPL 459.338,14R$
Pay-back descontado 27 meses
2a) Financiamento de 50% do equipamento, com uma taxa de juros mensal de 1,5% .
Tabela 9-3 Dados de Entrada – Situação 2
Caso haja um aumento no custo de oportunidade ou na taxa de financiamento, haverá uma ampliação no prazo de retorno.
TIPO DE CLIENTE Taxa de Aumento - Energia Elétrica - Ano 2 6,00%
Nº Pessoas por unidade 3,0 Taxa de Aumento - Energia Elétrica - Ano 3 6,00%
Nº de unidades 16 Taxa de Aumento - Energia Elétrica - Ano 4 6,00%
Nº total de pessoas 48,0 Taxa de Aumento - Energia Elétrica - Ano 5 6,00%
Consumo médio por usuário (litros) 112,00 Taxa de Aumento - Energia Elétrica - Ano 6 6,00%
Demanda Diária AQ (litros) 5.376,00 Taxa de Aumento - Energia Elétrica - Ano 7 6,00%
Volume Reservatório (litros) 5.000,00 Taxa de Aumento - Energia Elétrica - Ano 8 6,00%
Temperatura Amb. Local (ºC) 21 Taxa de Aumento - Energia Elétrica - Ano 9 6,00%
Demanda Energia Mensal (kWh) 4.494,34 Taxa de Aumento - Energia Elétrica - Ano 10 6,00%
Taxa de Aumento - Energia Elétrica - Ano 11 6,00%
Taxa de Aumento - Energia Elétrica - Ano 12 6,00%
Taxa de Aumento - Energia Elétrica - Ano 13 6,00%
Fração Solar 0,650 Taxa de Aumento - Energia Elétrica - Ano 14 6,00%
Perdas no reservatório (kWh/mês/litro) 0,15 Taxa de Aumento - Energia Elétrica - Ano 15 6,00%
Consumo Mensal de EE (kWh) - solar + perdas 1.808,97 Preço do kWh R$ 0,55
% de Economia 59,75% Economia Mensal de EE (R$) 1.476,95
Economia Mensal de EE (kWh) 2.685,37 Economia Anual de EE (R$) 17.723,41
Economia Anual de EE (kWh) 32.224,39 Gasto Mensal de EE -aquecimento água (R$) 994,93
Preço da Instalação Solar R$ 40.000,00 Valor Total do Investimento R$ 40.000,00
Estudo da Viabilidade Econômica R$ 0,00 Valor do Desembolso Inicial R$ 20.000,00
Custo de Negociação e Parceria R$ 0,00 Valor do Financiamento Total R$ 20.000,00
Custo do Projeto de Engenharia R$ 0,00 Taxa mensal de financiamento 1,50%
Custos Adicionais de Instalação R$ 0,00 Custo de oportunidade (Aplicações) 0,75%
Valor Total do Investimento R$ 40.000,00 Nº de Prestações Mensais 12
Manutenção (% do investimento) 2,00% Valor da Prestação Mensal R$ 1.833,60
Dados da Instalação Solar
Dados de Consumo Dados Financeiros
ANÁLISE DA VIABILIDADE ECONÔMICA - INSTALAÇÃO DE AQUECIMENTO SOLAR
RESIDÊNCIAS E SISTEMAS DE GRANDE PORTE
‘
Tabela 9-4 Fluxo de Caixa – Situação 2
Verifica-se que mesmo com financiamento de 50% do valor total da instalação o prazo de retorno do investimento não aumenta significativamente. Este fato pode ser explicado através do fluxo de caixa da instalação, uma vez que a economia gerada com o uso do aquecimento solar possibilita o pagamento das prestações amortizando mais rapidamente o investimento realizado.
Agora, recomendamos que sejam feitos os exercícios de fixação disponíveis em nosso Portal e faça, também, o download da planilha de análise econômica.
Período Demanda Instalação(meses) Energia Solar Nominal Atual Acumulada
0 20.000,00R$ (20.000,00)R$ (20.000,00)R$ (20.000,00)R$ 1 2.471,88R$ 2.895,20R$ (423,32)R$ (420,16)R$ (20.423,32)R$ 2 2.471,88R$ 2.895,20R$ (423,32)R$ (417,04)R$ (20.846,63)R$ 3 2.471,88R$ 2.895,20R$ (423,32)R$ (413,93)R$ (21.269,95)R$ 4 2.471,88R$ 2.895,20R$ (423,32)R$ (410,85)R$ (21.693,26)R$ 5 2.471,88R$ 2.895,20R$ (423,32)R$ (407,79)R$ (22.116,58)R$ 6 2.471,88R$ 2.895,20R$ (423,32)R$ (404,76)R$ (22.539,89)R$ 7 2.471,88R$ 2.895,20R$ (423,32)R$ (401,74)R$ (22.963,21)R$ 8 2.471,88R$ 2.895,20R$ (423,32)R$ (398,75)R$ (23.386,52)R$ 9 2.471,88R$ 2.895,20R$ (423,32)R$ (395,78)R$ (23.809,84)R$ 10 2.471,88R$ 2.895,20R$ (423,32)R$ (392,84)R$ (24.233,15)R$ 11 2.471,88R$ 2.895,20R$ (423,32)R$ (389,91)R$ (24.656,47)R$ 12 2.471,88R$ 2.895,20R$ (423,32)R$ (387,01)R$ (25.079,78)R$ 13 2.620,20R$ 1.061,60R$ 1.558,60R$ 1.414,32R$ (23.521,19)R$ 14 2.620,20R$ 1.061,60R$ 1.558,60R$ 1.403,79R$ (21.962,59)R$ 15 2.620,20R$ 1.061,60R$ 1.558,60R$ 1.393,34R$ (20.403,99)R$ 16 2.620,20R$ 1.061,60R$ 1.558,60R$ 1.382,97R$ (18.845,39)R$ 17 2.620,20R$ 1.061,60R$ 1.558,60R$ 1.372,68R$ (17.286,80)R$ 18 2.620,20R$ 1.061,60R$ 1.558,60R$ 1.362,46R$ (15.728,20)R$ 19 2.620,20R$ 1.061,60R$ 1.558,60R$ 1.352,32R$ (14.169,60)R$ 20 2.620,20R$ 1.061,60R$ 1.558,60R$ 1.342,25R$ (12.611,00)R$ 21 2.620,20R$ 1.061,60R$ 1.558,60R$ 1.332,26R$ (11.052,41)R$ 22 2.620,20R$ 1.061,60R$ 1.558,60R$ 1.322,34R$ (9.493,81)R$ 23 2.620,20R$ 1.061,60R$ 1.558,60R$ 1.312,50R$ (7.935,21)R$ 24 2.620,20R$ 1.061,60R$ 1.558,60R$ 1.302,72R$ (6.376,61)R$ 25 2.777,41R$ 1.061,60R$ 1.715,81R$ 1.423,45R$ (4.660,80)R$ 26 2.777,41R$ 1.061,60R$ 1.715,81R$ 1.412,86R$ (2.944,99)R$ 27 2.777,41R$ 1.061,60R$ 1.715,81R$ 1.402,34R$ (1.229,18)R$ 28 2.777,41R$ 1.061,60R$ 1.715,81R$ 1.391,90R$ 486,62R$ 29 2.777,41R$ 1.061,60R$ 1.715,81R$ 1.381,54R$ 2.202,43R$ 30 2.777,41R$ 1.061,60R$ 1.715,81R$ 1.371,25R$ 3.918,24R$
RETORNO DE INVESTIMENTO EM INSTALAÇÕES SOLARES
RESIDÊNCIAS E SISTEMAS DE GRANDE PORTEDiferença
TIR 3,69% a.m.54,55% a.a.
VPL 457.334,94R$
Pay-back descontado 28 meses
Anexo 1 - Visita técnica
Lista de equipamentos e ferramentas
Sugestão para Questionário
Lista de Ferramentas
Bússola
Trena : medida precisa dos espaços disponíveis
Escada (para inspeção)
Lanternas ou lâmpadas de inspeção
Câmera digital
Anotações : quartionário, bloco de papel, lápis
Inclinômetro
Balde e cronômetro para cálculo da vazão de água atual
Código do projeto ou atendimento Data:
Endereço:
( ) residencial unifamiliar Limite de orçamento:
( ) residencial multifamiliar
( ) hospital
( ) clínica
( ) hotel
( ) motel
( ) escola
( ) academia
( ) outros
Número de ocupantes
( ) Duchas Número : Frequência:
( ) Banheira Hidromassagem Número : Frequência:
( ) Torneiras Número : Frequência:
( ) Duchas higiênicas Número : Frequência:
( ) Cozinha Número : Frequência:
( ) Lavanderia Número : Frequência:
( ) Número : Frequência:
( ) Número : Frequência:
( ) Número : Frequência:
( ) Número : Frequência:
( ) Número : Frequência:
( ) energia elérica Gasto mensal com energético:
( ) gás GLP
( ) gas natural
( ) outros
Economia pretendida (kWh/mês)
Economia pretendida (m³ de gás/mês)
Código de obras ou restrições à instalação do SAS
Lista de pontos de consumo a serem atendidos
pelo SAS
Aquecimento Auxiliar e Economia
Outras fontes de energia disponíveis
Nome do Cliente:
IDENTIFICAÇÃO GERAL
Aplicação do aquecimento solar a ser utilizado
‘
Esboço do telhado (em anexo)
Desvio do Norte Geográfico
Ângulo de inclinação do telhado
( ) telhas ceramicas
( ) telhas de concreto
( ) telhas de pedra
( ) telhas fibrocimento
( ) fibra vegetal
( ) outros
Outros elementos instalados no telhado e que
podem causar sombreamento
Desenhe um esboço mostrando possições e
alturas desses elementos(em anexo)
Altura do beiral
Equipamentos de acesso ao telhado
Localização do reservatório térmico
Distância coletor - reservatório
Locais para instalação de equipamentos e
acessórios ao SAS
PARA INSTALAÇÃO DO SAS
Origem da água fria
Tipo de cobertura
( ) diretamente da rede
( ) caixa de água fria
Visita técnica
Fonte:http://www.casosdecasa.com.br/index.php/dicas-
uteis/entenda-quais-sao-os-diferentes-tipos-de-telhas/
TELHADOS e COBERTURAS
![Acustica[1] Projeto Edifica PROCEL](https://img.document.onl/doc/110x75/557210fb497959fc0b8e1080/acustica1-projeto-edifica-procel.jpg)
