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RODRIGO MENDES DE MORAIS MARQUES
UTILIZAÇÃO DE FONTES DE ENERGIA ALTERNATIVA PARA AQUECIMENTO DE ÁGUA
Monografia apresentada ao curso de graduação em Engenharia Elétrica, da Universidade Estadual de Londrina, como requisito para obtenção do grau de Engenheiro Eletricista.
Orientador: prof. Dr. Ernesto F. Ferreyra Ramírez Co-orientador: prof. Luis Carlos Kakimoto
LONDRINA 2008
2
RODRIGO MENDES DE MORAIS MARQUES
UTILIZAÇÃO DE FONTES DE ENERGIA ALTERNATIVA PARA AQUECIMENTO DE ÁGUA
Monografia apresentada ao curso de graduação em Engenharia Elétrica, da Universidade Estadual de Londrina, como requisito para obtenção do grau de
Engenheiro Eletricista.
Londrina, 03 de outubro de 2008.
Prof. Ernesto. F. Ferreyra Ramírez Universidade Estadual de Londrina
Orientador
Prof. Luis Carlos Kakimoto Universidade Estadual de Londrina
Co-orientador
Prof. Osni Vicente Universidade Estadual de Londrina
3
Dedico, aos meus pais.
4
Agradecimentos
Aos meus pais.
À minha família.
Ao meu tio Geraldo Norcia Banhos.
Ao meu professor e orientador
Ernesto F. Ferreyra Ramírez.
Ao meu professor e co-orientador
Luis Carlos Kakimoto.
A todos os meus amigos que colaboraram
com a realização deste trabalho.
5
RESUMO MARQUES, Rodrigo Mendes de Morais. Utilização de Fontes de Energia Alternativa para Aquecimento de Água. 2008. 91p. Monografia - Programa de Graduação em Engenharia Elétrica,- UEL, Londrina. A energia renovável é obtida através de fontes naturais que podem se regenerar. Como esse sistema de energia é inesgotável, pode-se considerá-lo como uma opção ao modelo energético tradicional. A busca por fontes renováveis é um dos assuntos mais visados na atualidade, englobando questões políticas, econômicas e ambientais. Neste trabalho, após uma ampla avaliação sobre fontes de energia alternativa, foi construído um aquecedor solar de água, constituído de materiais recicláveis, com o intuito de analisar sua eficiência energética, e então poder compará-lo com outros sistemas de aquecimento. Assim, foram realizados estudos a respeito da produção de energia, salientando aspectos importantes como: viabilidade econômica; sustentabilidade de cada fonte; disponibilidade de recursos para a geração de energia. Pode-se desta forma, aprimorar o conhecimento em relação à qualidade e conservação de energia, podendo servir como base para a construção futura de sistemas de energia alternativa. Palavras-chave: Energia Alternativa, Energia Solar, Conservação de Energia, Aquecimento de Água.
6
ABSTRACT MARQUES, Rodrigo Mendes de Morais. Use of Alternative Energy Sources for Heating Water. 2008. 91p. Monograph - Eletric Engineering Graduation Program, UEL, Londrina. The renewable energy is obtained from natural resources which can be regenerated. So it represents an inexhaustible alternative to the energetic traditional model. The search for renewable fuel is one of the topics most aimed in the present, including political, economical and environmental questions. In this work, after a comprehensive evaluation of alternative energy sources, it was built a solar water heater composed of recyclable materials in order to analyze their energetic efficiency, and then compare it with other heating systems. Studies were carried out related to the production of energy, pointing out important aspects like: economical viability; sustainability of each fountain; availability of resources for the generation of energy. It permitted to bring up to date the knowledge regarding the quality and conservation of energy, and can serve as a basis for the construction of future alternative energy systems. Keywords: Alternative Energy, Solar Energy, Conservation of Energy, Heating Water.
7
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Produção de energia primária no Brasil ................................................ 15
Figura 2 - Fontes de energia renovável ................................................................. 17
Figura 3 - Dependência externa de energia .......................................................... 19
Figura 4 - Turbina eólica........................................................................................ 29
Figura 5 - Célula fotovoltaica ................................................................................. 32
Figura 6 - Sistemas de aquecimento de água convencionais ............................... 35
Figura 7 - Coletor de concentração ....................................................................... 38
Figura 8 - Coletor plano ......................................................................................... 39
Figura 9 - Esquema de instalação de um sistema passivo direto .......................... 43
Figura 10 - Esquema de instalação de um sistema passivo indireto ....................... 43
Figura 11 - Esquema de instalação de um sistema ativo direto .............................. 44
Figura 12 - Esquema de instalação de um sistema ativo indireto ........................... 45
Figura 13 - Materiais utilizados ................................................................................ 48
Figura 14 - Garrafas pet cortadas ........................................................................... 49
Figura 15 - Formato da caixa tetra pak ................................................................... 50
Figura 16 - Caixas tetra pak dobradas .................................................................... 50
Figura 17 - Esquemático coletor solar ..................................................................... 52
Figura 18 - Coletor solar .......................................................................................... 53
Figura 19 - Aquecedor solar .................................................................................... 54
Figura 20 - Inclinação aquecedor ............................................................................ 55
Figura 21 - Recipiente de armazenamento de água ............................................... 56
Figura 22 - Posicionamento do aquecedor .............................................................. 57
Figura 23 - Multímetro ET - 1110 ............................................................................ 58
Figura 24 - Termômetro químico escala de -10+110:1ºC ........................................ 59
Figura 25 - Aquecedor a diesel para piscinas ......................................................... 63
Figura 26 - Aquecedor a lenha para piscinas .......................................................... 65
Figura 27 - Aquecedor solar para piscinas .............................................................. 68
Figura 28 - Aquecedor a gás Komeco KO 1200 ...................................................... 73
8
LISTA DE TABELAS Tabela 1 - Produção de energia primária no Brasil ............................................. 14
Tabela 2 - Contribuições dos principais paises às emissões de CO2 .................. 16
Tabela 3 - Dependência externa de energia ....................................................... 19
Tabela 4 - Dimensões do coletor/número de pessoas ........................................ 47
Tabela 5 - Dimensões do coletor com materiais recicláveis ................................ 51
Tabela 6 - Custos dos materiais para construção do coletor............................... 53
Tabela 7 - Custos dos materiais para conectar o coletor ao reservatório ........... 54
Tabela 8 - Medidas de temperatura da água – 02/09/08 ..................................... 60
Tabela 9 - Medidas de temperatura da água – 03/09/08 ..................................... 60
Tabela 10 - Medidas de temperatura da água – 04/09/08 ..................................... 61
Tabela 11 - Gastos mensais do aquecedor a diesel ............................................ 65
Tabela 12 - Dados de aquecedores a lenha para piscinas ................................... 66
Tabela 13 - Gastos mensais do aquecedor a lenha .............................................. 67
Tabela 14 - Tarifa convencional - COPEL ............................................................. 70
Tabela 15 - Custo de banho mensal do sistema elétrico ....................................... 71
Tabela 16 - Aquecedor a gás KO 1200 Komeco ................................................... 73
Tabela 17 - Custo de banho mensal do sistema a gás - GLP ............................... 75
Tabela 18 - Custo de banho mensal do sistema a gás - GN ................................. 77
Tabela 19 - Dados comparativos - sistemas de aquecimento residenciais ........... 81
Tabela 20 - Dados comparativos - sistemas de aquecimento das piscinas ......... 83
9
SUMÁRIO RESUMO..................................................................................................................... 5
ABSTRACT ................................................................................................................. 6
1 INTRODUÇÃO ....................................................................................................... 11
1.1 OBJETIVOS ............................................................................................................ 12
1.1.1 OBJETIVO GERAL ........................................................................................................ 16
1.1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ......................................................................................... 12
2 REVISÃO TEÓRICA ............................................................................................. 14
2.1 SITUAÇÃO ENERGÉTICA ATUAL ........................................................................ 14
2.2 ENERGIAS RENOVÁVEIS ...................................................................................... 23
2.2.1 BIOMASSA ..................................................................................................................... 23
2.2.1.1 BIOMASSA SÓLIDA .................................................................................................... 24
2.2.1.2 BIOCOMBUSTÍVEIS LÍQUIDOS ................................................................................. 25
2.2.1.3 BIOCOMBUSTÍVEIS GASOSOS (BIOGÁS) ............................................................... 25
2.2.2 EÓLICA ........................................................................................................................... 26
2.2.3 TÉRMICA SOLAR .......................................................................................................... 29
2.2.4 FOTOVOLTAICA ............................................................................................................ 30
2.3 SISTEMAS DE AQUECIMENTO DE ÁGUA ........................................................... 33
2.3.1 SISTEMAS CONVENCIONAIS DE AQUECIMENTO DE ÁGUA ................................... 33
2.3.2 SISTEMA DE AQUECIMENTO SOLAR ........................................................................ 36
2.3.2.1 O SOL .......................................................................................................................... 36
2.3.2.2 COMPONENTES DO SISTEMA ................................................................................. 37
2.3.2.2.1 COLETORES DE CALOR ........................................................................................ 37
2.3.2.2.1.1 COLETORES DE CONCENTRAÇÃO ................................................................... 37
2.3.2.2.1.2 COLETORES PLANOS ......................................................................................... 38
2.3.2.2.2 TANQUE DE ARMAZENAMENTO TÉRMICO ......................................................... 40
2.3.2.2.3 FONTE AUXILIAR DE ENERGIA ............................................................................. 41
2.3.2.3 CONFIGURAÇÕES DOS SISTEMAS ......................................................................... 41
2.3.2.3.1 SISTEMA PASSIVO DIRETO................................................................................... 42
2.3.2.3.2 SISTEMA PASSIVO INDIRETO .............................................................................. 43
2.3.2.3.3 SISTEMA ATIVO DIRETO........................................................................................ 44
2.3.2.3.4 SISTEMA ATIVO INDIRETO .................................................................................... 45
3 MATERIAIS E MÉTODOS ..................................................................................... 46
3.1 DIMENSIONAMENTO DO AQUECEDOR SOLAR .................................................. 46
3.1.1 MATERIAIS E UTILIZADOS PARA MONTAR O AQUECEDOR ................................... 47
3.1.1.1 TUBOS DE CONEXÃO PVC ....................................................................................... 48
10
3.1.1.2 GARRAFAS PET ......................................................................................................... 48
3.1.1.3 CAIXAS DE TETRA PAK ............................................................................................. 49
3.1.2 DIMENCIONAMENTO COM MATERIAIS RECICLÁVEIS ............................................. 51
3.1.3 MEDIÇAO ....................................................................................................................... 56
3.1.3.1 LOCAL UTILIZADO PARA AS MEDIÇÕES ................................................................ 56
3.1.3.2 EQUIPAMENTOS UTILIZADOS PARA AS MEDIÇÕES ............................................ 57
3.1.3.2.1 TERMÔMETRO DE PISCINA .................................................................................. 57
3.1.3.2.2 MULTÍMETRO .......................................................................................................... 58
3.1.3.2.3 TERMÔMETRO QUÍMICO ....................................................................................... 59
4 RESULTADOS E ANÁLISE ................................................................................... 60
4.1 DADOS MEDIDOS DO AQUECEDOR SOLAR ....................................................... 60
4.2 DADOS DA PESQUISA DE CAMPO ...................................................................... 61
4.2.1 SISTEMAS DE AQUECIMENTO DAS PISCINAS ......................................................... 62
4.2.1.1 SISTEMA DE AQUECIMENTO A DIESEL .................................................................. 62
4.2.1.2 SISTEMA DE AQUECIMENTO A LENHA ................................................................... 65
4.2.1.3 SISTEMA DE AQUECIMENTO SOLAR ...................................................................... 68
4.3 AQUECIMENTO RESIDENCIAL ............................................................................. 69
4.3.1 AQUECIMENTO ELÉTRICO .......................................................................................... 69
4.3.2 AQUECIMENTO A GÁS - GLP....................................................................................... 72
4.3.3 AQUECIMENTO A GÁS - GN ........................................................................................ 75
4.3.4 AQUECIMENTO SOLAR ................................................................................................ 77
4.4 COMPARAÇÃO E DISCUSSÃO ENTRE OS SISTEMAS ....................................... 79
4.4.1 ANÁLISE DO CONSUMO DAS PISCINAS .................................................................... 79
4.4.2 ANÁLISE DO CONSUMO RESIDENCIAL ..................................................................... 81
5 CONCLUSÕES ..................................................................................................... 84
REFERÊNCIAS ......................................................................................................... 86
ANEXOS ................................................................................................................... 89
11
1 INTRODUÇÃO
Atualmente a busca por novas fontes de energia vem sendo estudada e
aplicada em uma escala cada vez maior. Substituir aos poucos as fontes
tradicionais, como o carvão e o petróleo, que tendem a se tornarem cada vez
mais escassos e caros, por fontes naturais que são abundantes e inesgotáveis
para a geração de energia, é uma das metas do século XXI. A vantagem do
uso de energia a partir de fontes renováveis não se resume apenas ao âmbito
econômico e político, enfoca também com a mesma importância, a
preservação da natureza em oposição ao impacto ambiental causado pelos
combustíveis fósseis.
Assim, neste trabalho é abordado de forma ampla, o tema referente a
energias alternativas. Para isso a presente monografia é composta de cinco
capítulos dispostos da seguinte forma:
Capítulo 1: A introdução mostra os assuntos que serão abordados no decorrer
do trabalho, além de propor os objetivos, que pretendem ser alcançados no
final.
Capítulo 2: Na revisão teórica serão apontados os assuntos referentes aos
temas do estudo realizado sobre energias alternativas: conservação de
energia; formas de energias renováveis; e sistemas de aquecimento de água.
12
Capitulo 3: Este capítulo apontará: os métodos utilizados para a realização do
trabalho; o dimensionamento do aquecedor solar; local onde foram feitas as
medições; e os equipamentos utilizados.
Capítulo 4: O capitulo irá mostrar os valores de temperatura da água obtidos
com as medições do aquecedor solar. Serão também apresentados os dados
do sistema de aquecimento das piscinas, obtidos na pesquisas de campo, com
seus respectivos resultados. No final desse capitulo serão analisados e
comparados os sistemas em questão.
Capítulo 5: De acordo com as análises feitas, será apresentada a conclusão
do trabalho conforme os objetivos propostos.
1.1 OBJETIVOS
1.1.1 OBJETIVO GERAL
Será feita neste trabalho, uma ampla avaliação sobre formas alternativas
de energia. Pretende-se estudar desde o aproveitamento direto da mesma, até
a sua conversão em outras formas de energia, tendo como foco principal o
estudo da energia térmica para o aquecimento de água.
1.1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
A produção de energia térmica terá como fonte renovável principal no
trabalho, a biomassa e a energia solar. Serão analisados aspectos
fundamentais como:
13
• Sustentabilidade da Fonte: consiste em verificar se essas fontes podem
emitir substâncias indesejadas, o que pode causar impactos negativos
ao ambiente;
• Disponibilidade dos Recursos Renováveis: avaliação da disponibilidade
dos recursos naturais utilizados, em uma escala suficiente, pois eles
podem variar de uma região para outra, e em diferentes períodos.
• Viabilidade Financeira: análise dos custos envolvidos do sistema
renovável em questão, para compará-los com sistemas tradicionais de
aquecimento.
A realização destes itens irá constituir o estudo, verificando assim as reais
possibilidades de se projetar um sistema de energia renovável.
14
2 REVISÃO TEÓRICA
2.1 SITUAÇÃO ENERGÉTICA ATUAL
Pode-se verificar, através da tabela 1, a dependência que o país possui
em relação aos combustíveis fósseis. Esses combustíveis convencionais
causam o crescimento da emissão de diversos gases poluentes como: CO,
CO2, NO, NO2, SO2. O seu uso demasiado gera um aumento de custo, além de
um futuro esgotamento de suas reservas energéticas.
Tabela 1 - Produção de energia primaria no Brasil. PRODUÇÃO DE ENERGIA PRIMÁRIA
UNIDADE: 10³ tep*
IDENTIFICAÇÃO 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006
NÃO RENOVÁVEL 79.778 83.490 95.910 97.829 99.216 105.667 111.161
PETRÓLEO 63.849 66.742 75.124 77.580 76.641 84.300 88.954
GÁS NATURAL 13.185 13.894 15.453 15.681 16.852 17.575 17.582
CARVÃO VAPOR 2.603 2.175 1.935 1.785 2.016 2.348 2.200
CARVÃO METALÚRGICO 10 10 63 38 137 135 87
URÂNIO (U3O8) 132 669 3.335 2.745 3.569 1.309 2.338
RENOVÁVEL 73.556 72.896 78.263 86.267 91.022 94.855 100.380
ENERGIA HIDRÁULICA 26.168 23.028 24.495 26.283 27.589 29.021 29.997
LENHA 23.054 22.437 23.542 25.965 28.187 28.420 28.496
PRODUTOS DA CANA-DE-AÇÚCAR 19.895 22.800 25.272 28.357 29.385 31.094 35.133
OUTRAS RENOVÁVEIS 4.439 4.631 4.954 5.663 5.860 6.320 6.754
TOTAL 153.334 156.386 174.173 184.097 190.238 200.522 211.541
Fonte MME, 2007. (*) Tonelada equivalente de petróleo
15
FIGURA 1 PRODUÇÃO DE ENERGIA PRIMÁRIA NO BRASIL. Fonte: MME, 2007. (*) tep, significa tonelada equivalente de petróleo
Nota-se pela figura 1, a importância que a energia hidráulica exerce no
sistema energético nacional. Embora seja considerada uma fonte de energia
renovável, considerada limpa por não produzir emissões nocivas, o
crescimento das hidroelétricas no Brasil apresenta dificuldades. Segundo
Walisiewicz, a instalação dessas usinas provoca impactos ambientais como: a
destruição de habitats naturais durante o seu período de construção,
decomposição da vegetação submersa dando origem a gases poluentes como
o metano, além de expulsar e desabrigar milhares de pessoas que fazem parte
da população nativa da região. Outra dificuldade encontrada para a construção
das usinas, é necessidade de grandes recursos de investimento financeiro.
PRODUÇÃO PRIMÁRIA DE ENERGIA (106 tep)
0
50
100
150
200
2501970
1973
1976
1979
1982
1985
1988
1991
1994
1997
2000
2003
2006
PETRÓLEO
HIDRÁULICA GÁS NATURAL
OUTRAS
LENHA
PRODUTOS DA CANA
16
“A principal causa dos problemas ambientais decorrentes do uso de
energia é o uso de combustíveis fosseis (carvão, petróleo e gás) seja na
produção de eletricidade, no setor de transportes ou na indústria.”
(GOLDEMBERG; VILLANUEVA, 2003, p. 125).
O principal gás poluente que contribui para o aquecimento por efeito
estufa é o CO2, é considerado um dos principais responsáveis pelo
aquecimento global. A tabela 2 mostra os 20 maiores emissores anuais de
carbono, resultantes da queima de combustíveis fósseis.
Tabela 2 – Contribuições dos principais paises às emissões de CO2. Emissões de carbono x 10³ tons métricas/ano 2004 Rank País CO2 Total
1 Estados Unidos 1650020 2 China 1366554 3 Rússia 415951 4 Índia 366301 5 Japão 343117 6 Alemanha 220596 7 Canadá 174401 8 Reino Unido 160179 9 Rep. da Coréia 127007 10 Itália 122726 11 México 119473 12 África do Sul 119203 13 Irã 118259 14 Indonésia 103170 15 França 101927 16 Brasil 90499 17 Espanha 90145 18 Ucrânia 90020 19 Austrália 89125 20 Arábia Saudita 84116
Fonte: TRENDS Online. A Compendium of Data on Global Change, 2004. Disponível em: < http://cdiac.esd.ornl.gov/trends/emis/tre_coun.htm>.
Observa-se que as nações responsáveis pelo maior índice de emissão de
carbono são os países industrializados. Em alguns paises o desmatamento
também contribui de forma elevada com os índices de emissão de carbono,
17
como no caso do Brasil, em que as emissões resultantes do desmatamento da
Amazônia, segundo Goldemberg e Villanueva (2003, p. 94), correspondem a
mais que o dobro das emissões resultantes do uso de combustíveis fósseis.
Durante muito tempo o homem agiu como se os combustíveis fósseis
fossem inesgotáveis. O trabalho realizado, os bens e serviços que dispomos
passaram a depender cada vez mais do petróleo, gás e carvão. O
desenvolvimento do mundo industrializado durante décadas foi sustentado por
esses combustíveis. Com o passar do tempo, guerras e crises políticas
atribuíram vários pontos negativos a esses combustíveis utilizados em alta
escala pela humanidade. O Homem tomou consciência do impacto ambiental
causado por essa dependência de energia. Os governos atuais de paises
desenvolvidos buscam racionalizar a forma de consumo de energia alem da
busca de outras fontes de energia como: eólica, solar, biomassa vegetal,
geotérmica, termosolar e das marés como aponta a figura 2.
FIGURA 2 FONTES DE ENERGIA RENOVÁVEL. Fonte: Gazzoni, 2006. Disponível em <www.biodieselbr.com>.
18
Os combustíveis não-renováveis respondem por mais de 80% do
consumo atual de energia no mundo, mostrando um amplo domínio no quadro
energético. Modificar essa situação é uma tarefa difícil porem não é impossível,
pois as fontes de energia alternativa são amplas e estão disponíveis em alta
escala para que no futuro, possam substituir boa parte dos combustíveis
fosseis que são usados atualmente. O uso de energia de forma eficiente, não
só reduz os problemas ambientais, mas também estende a vida útil das fontes
de combustíveis fósseis, cujas reservas são finitas. Melhorar a eficiência do
uso energético ou promover a conservação de energia significa não só
colaborar com a proteção ambiental e a sustentabilidade do planeta, esta ação
é ainda em geral vantajosa em termos de retorno de investimento.
Um exemplo da conscientização ambiental, aliando benefícios ecológicos
aos econômicos, pode ser notado em um edifício na cidade de Londrina, onde
um sistema para aproveitamento de água de chuva foi construído. “Despesa
com a conta de água usada nas áreas comuns cai de R$ 2.400,00 para R$
300,00 nos meses com chuvas regulares. ”É uma satisfação muito grande
diminuir o valor mensal do condomínio e, ao mesmo tempo, contribuir com a
preservação dos recursos naturais”, avalia a síndica”. (FOLHA DE LONDRINA,
2007).
Nas ultimas décadas houve um aumento do uso de energia elétrica no
país, sem que acontecesse um aumento de produção de energia na mesma
proporção. Campanhas políticas foram adotadas, incentivando o uso racional
de energia por parte da população, com a finalidade de evitar um possível
colapso no sistema de geração de energia elétrica nacional. Esse fato pode ser
confirmado ao analisar a demanda de energia por parte da população,
19
relacionado à oferta por parte das concessionárias, o que resulta em uma
dependência de energia externa como observado na tabela 3. Essa
dependência externa vem diminuindo consideravelmente nos últimos anos,
porém o país ainda não apresenta uma auto-suficiência em relação a esta
situação.
Tabela 3 – Dependência externa de energia. DEPENDÊNCIA EXTERNA DE ENERGIA (*)
IDENTIFICAÇÃO UNIDADE 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006
TOTAL mil tep 43.728 41.816 29.392 22.490 28.169 22.735 19.052
% 22,2 21,1 14,4 10,9 12,9 10,2 8,3
PETRÓLEO mil bep/d 486 397 212 71 134 -1 -32 %
27,1 22,5 12,1 4,3 7,8 -0,1 -1,8
CARVÃO MINERAL mil t 14.846 14.618 15.096 16.133 16.127 15.440 14.898 %
68,1 67,9 75,3 77,6 73,5 71,6 69,4
ELETRICIDADE GWh 44.338 37.848 36.573 37.145 37.385 39.042 41.164 %
11,3 10,3 9,6 9,3 8,8 8,8 8,9
Fonte MME, 2007. (*) É a diferença entre a demanda interna de energia e a produção interna.
FIGURA 3 DEPENDÊNCIA EXTERNA DE ENERGIA. Fonte: MME, 2007.
DEPENDÊNCIA EXTERNA DE ENERGIA (%)
-10
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
1970
1973
1976
1979
1982
1985
1988
1991
1994
1997
2000
2003
2006
ELETRICIDADE
DEPENDÊNCIA TOTAL
PETRÓLEO
CARVÃO MINERAL
20
Com o quadro nacional onde, a crise energética se aproxima devido ao
sistema de geração de energia trabalhar no seu limite, aliado às dificuldades
financeiras e geográficas de se construir novas hidrelétricas, e ainda à poluição
ambiental encontrar-se cada vez mais acentuada, fez com que o governo,
despertasse a busca por novas fontes de energia. Nota-se então que o
abastecimento energético é um dos grandes desafios atuais do país.
Em busca de novas alternativas, o governo brasileiro criou em 2002 o
PROINFA: Programa de Incentivo às fontes Alternativas de Energia Elétrica.
Segundo o governo este programa coordenado pelo Ministério de Minas e
Energia (MME) visa “à diversificação da matriz energética nacional, garantindo
maior confiabilidade e segurança ao abastecimento. Estabelece a contratação
de 3300 MW de energia no Sistema Interligado Nacional (SIN), produzidos por
fontes eólicas, biomassa e pequenas centrais hidrelétricas (PCHs), sendo
1.100 MW de cada fonte”.
EM 2003 foi instituído o PNPB: Programa Nacional de Produção e Uso de
Biodiesel: “que objetiva a implementação de forma sustentável, tanto técnica,
como economicamente, a produção e uso do Biodiesel, com enfoque na
inclusão social e no desenvolvimento regional, via geração de emprego e
renda”.
O consumo de energia para aquecimento de água em uma residência
familiar constitui uma parcela considerável da energia gasta em sua totalidade.
A racionalização e a otimização desse sistema de aquecimento de água vem
sendo estudado e aplicado em larga escala com a finalidade de diminuir esses
gastos.
21
“O Brasil aparece na literatura técnica como mau exemplo no uso
intensivo de eletricidade para o aquecimento de água. “O chuveiro elétrico é o
grande vilão do setor energético brasileiro”, diz o pesquisador Ari Vaz Pinto, do
Centro de Pesquisas em Energia Elétrica (Cepel)”. (PAMPLONA, 2008).
Um sistema de aquecimento utilizando a energia solar desponta como
uma ótima alternativa para o aquecimento de água em países com grande
potencial de radiação solar, além de ser considerada uma energia limpa e
renovável. Estas instalações são dimensionadas para atender as necessidades
energéticas anuais, o que evita excedentes energéticos nos meses com nível
de insolação elevado. Esses sistemas são mais utilizados atualmente em
países desenvolvidos, apesar do grande crescimento nos países em
desenvolvimento.
“Só nos Estados Unidos, mais de 2 milhões de casas são equipadas com
“coletores de placas planas” que usam a luz solar para aquecer água com uma
eficiência de aproximadamente 50%” (WALISIEWICS, 2008, p. 49).
No Brasil a energia solar apresenta-se como uma grande alternativa para
o aquecimento de água, já que o país possui um enorme potencial para
desenvolver esta forma de energia. Diante desta situação, o governo brasileiro
vem estudando formas de incentivar a utilização da energia solar, e algumas
leis estão sendo regulamentadas. Foi publicada, em 22/01/2008, no Diário
Oficial da Cidade de São Paulo, uma lei que determinaria a obrigatoriedade da
instalação de Sistemas de Aquecimento de Água (SAS) nas novas edificações
do Município de São Paulo destinadas às categorias de uso residencial e não-
residencial.
22
A desvantagem deste sistema é que para a instalação do mesmo, é
necessário um grande investimento inicial, em relação aos sistemas
tradicionais. É preciso fazer um estudo econômico antes de instalar o sistema,
para verificar a partir de quando será iniciado o retorno financeiro.
A secretaria do meio ambiente do estado do Paraná começou a divulgar
em 2006 um projeto que mostra como confeccionar um aquecedor solar
utilizando materiais recicláveis. “A idéia criada pelo catarinense José Alcino
Alano, usa garrafas pet, caixa de leite longa vida e tubos de PVC para criar o
aquecedor. O aparelho garante o aquecimento de água sem gasto de energia.
Segundo o Secretário do Meio Ambiente, Rasca Rodrigues, a economia na
conta de energia elétrica chega a 35%. O aquecedor custa em torno de R$ 80
para atender uma família de quatro pessoas e utiliza 200 garrafas pet de dois
litros. Rodrigues afirma que a economia gerada pelo sistema paga o
investimento em dois meses”. (ALONSO, 2008).
Tanto na sua forma mais comum, para a obtenção de água quente, como
para outras formas de aplicações, o considerável beneficio econômico e
energético observado, e ainda a grande tecnologia disponível no mercado,
fazem com que a energia solar térmica se torne uma das mais comuns,
atrativas e vantajosas formas de energia alternativa.
23
2.2 ENERGIAS RENOVÁVEIS
2.2.1 BIOMASSA
As plantas captam a energia do sol, transformando-a em energia química,
que ficam armazenadas nas folhas, caules e raízes das mesmas. Essa energia
pode ser liberada quando a planta é queimada, morta ou ingerida por algum
animal. A energia química citada pode ser transformada em outras formas de
energia: calor, eletricidade, combustível. As fontes orgânicas que são usadas
na conversão de energia química, para outra forma de energia, são chamadas
de biomassa. Podem também ser classificados como biomassa, os efluentes
agro-pecuários, agro-industriais e urbanos. “O biocombustível, produzido a
partir da biomassa, fornece cerca de 3,6% da energia usada nos Estados
Unidos, e novas metas européias para energia renovável prevêem que ele
forneça 8,3% da energia até 2010.” (WALISIEWICS, 2008, p. 53).
Segundo estimativas da agência internacional de energia (IEA) indicam
que em 2003, a utilização de biomassa fornecia por volta de 11% do
abastecimento mundial de energia primária. No futuro a moderna utilização da
bioenergia deverá oferecer uma boa relação custo-eficácia, as oportunidades
sustentáveis, para responder a uma proporção significativa da demanda
energética mundial e ao mesmo tempo ajudando a reduzir as emissões de
carbono a partir de combustíveis fósseis (IEA, 2003).
24
2.2.1.1 BIOMASSA SÓLIDA
A Biomassa sólida consiste em produtos da agricultura, e seus resíduos
(palha, madeira, lenha), alem dos resíduos animais, os resíduos das florestas e
das indústrias. Frações biodegradáveis de resíduos urbanos e industriais
também se enquadram.
A conversão ou aproveitamento da energia inicia-se ao recolher os
diversos resíduos, os quais são transportados para os locais de consumo. O
aproveitamento é realizado através de combustão direta (incineração),
podendo fornecer aquecimento ou ser usados em usinas para gerar energia
elétrica, através de turbinas movidas ao vapor da queima da biomassa. No
Brasil existe a expectativa de um aumento de oferta de energia nos próximos
anos. Algumas usinas de cana de açúcar deixaram de aproveitar somente o
caldo para a produção de açúcar ou álcool, elas agora também aproveitam o
bagaço, para queimá-lo e alimentar turbinas que geram eletricidade. “A
geração de eletricidade no país deve aumentar em 12000 megawatts médios
até 2012. A participação da biomassa é uma boa-nova no setor.” (PIMENTA,
2008).
Sua utilização possui algumas vantagens como: o baixo custo de
aquisição, não emite dióxido de enxofre, e as suas cinzas são menos
agressivas ao meio-ambiente que as emissões provenientes das queimas dos
combustíveis fósseis. Porem existem alguns pontos negativos, como a
dificuldade de estoque e armazenamento correto da biomassa, além de possuir
um poder calorífico baixo.
25
2.2.1.2 BIOCOMBUSTÍVEIS LÍQUIDOS
Os biocombustíveis líquidos, (como o biodiesel, etanol e metanol) são
aproveitados na queima de motores ou geradores. Podem ser usados para
substituir os combustíveis convencionais para automóveis de forma parcial ou
em sua totalidade.
O biodiesel é utilizado como um combustível, produzido a partir de óleos
vegetais como a palma e a mamona, ou gorduras de animais, através do
processo químico industrial em que se usa álcool metílico ou etílico, catalisador
como a soda cáustica, e tem como resultado o biocombustível em questão,
além de glicerina, éster, resíduos da biomassa e água.
O etanol produzido através da fermentação e destilação de resíduos
florestais, palha, cana-de-açúcar e milho. No Brasil o etanol é obtido pela
destilação da cana-de-açúcar e comercializado em postos de gasolina, onde
ocupa um lugar de destaque. “Mais de 40% dos carros no Brasil são movidos
álcool (etanol)” (WALISIEWICS, 2008, p. 56). Começou a ser utilizado a mais
de 30 anos, em um plano governamental (pró-álcool) que visava poupar as
reservas de petróleo nacional, devido ao fato de que o quadro internacional do
combustível fóssil se encontrava em crise (ALMEIDA, 2007).
2.2.1.3 BIOCOMBUSTÍVEIS GASOSOS (BIOGÁS)
O Biogás é um combustível gasoso que possui um alto valor energético,
assim como o gás natural. Origina-se nos resíduos agropecuários (material
26
orgânico ou fezes de animais), agroindústria e urbanos: lamas das estações de
tratamentos de resíduos domésticos e de aterros de resíduos sólidos.
Este biocombustível é resultante da degradação biológica anaeróbia da
matéria orgânica (bactérias digerem o matéria orgânico em ambiente com
calor, umidade e ar abafado, tendo como subproduto o gás metano) contida
nos resíduos citados anteriormente. Contém uma mistura de metano (50% a
70%) e o restante é CO2.
O aproveitamento é feito através da sua queima para a obtenção de
energia elétrica, térmica ou mecânica, sendo bastante utilizado em
propriedades rurais, o que contribui com a redução dos custos da sua
produção. O biogás aparece no cenário energético como uma excelente opção
de para o meio rural, em tempos de crise energética, e busca por energia
limpa.
Por possuir CO2, vapor d’água, e alguns gases corrosivos, o biogás
apresenta dificuldades para armazenamento e na produção de energia. Os
equipamentos como motores de combustão, geradores e bombas, geralmente
apresentam uma vida útil bastante reduzida. (BIODIESELBR, 2006).
2.2.2 EÓLICA
Energia na qual depende do vento para gerar eletricidade, ou trabalho
mecânico. Pode ser definida como a energia cinética compreendida nas
massas de ar que se movimentam.
A energia do vento já era usada na antiguidade com moinhos, para
bombear águas e moer grãos, caiu em desuso na época de utilização do vapor
e do carvão, e voltou a ser estudada na época de crise de energia de 1973,
27
para a geração de eletricidade, através de turbinas eólicas (ou aerogeradores).
A partir de então, surgiram interesses e investimentos iniciais para que fossem
desenvolvidos equipamentos e pesquisas em escala comercial. A utilização da
energia eólica vem crescendo bastante nos últimos anos, e tem como um dos
seus pontos principais o custo relativamente baixo, para a geração de energia
elétrica, se comparado a usinas nucleares ou a usinas de carvão, o que faz que
sua competitividade no mercado, aumente. Segundo Walisiewicz (2008, p.43)
ela já fornece 17mil MW em todo o mundo, o que é suficiente para atender 10
milhões de domicílios.
O Vento é um dos recursos mais abundantes no planeta. São necessários
antes de tudo: fazer um estudo sobre este elemento da natureza; verificar a
origem da sua formação; analisar quais os tipos de vento existentes; os
períodos do ano e principalmente os locais em que ele atua com mais
intensidade; ou seja, estudar suas características principais, para que possa
haver uma conversão de energia com bom aproveitamento. O vento é
originado pela diferença de pressão atmosférica, ocasionada pela diferença de
temperatura de locais distintos, devido ao aquecimento solar. O deslocamento
do ar vai de uma zona com alta pressão para outra de baixa pressão. Alguns
ventos são originados pela movimentação de ar em larga escala na atmosfera
da terra.
Os ventos são classificados como:
• Ventos globais: vento que sobe do equador para os pólos, circulando
pelas camadas mais altas da atmosfera. A força de coriolis evita que
esse vento continue em direção aos pólos. Nessa latitude encontra-se
28
uma região de alta pressão, que faz com que o ar, desça novamente.
Quando o vento sobe do equador, origina uma região de baixa pressão,
fazendo com que surjam ventos vindo de norte e sul. Já nos pólos, como
são áreas muito frias, é originada uma região de alta pressão.
Fenômenos meteorológicos ocorrem na troposfera (efeito estufa
também).
• Ventos terrestres: ventos que são influenciados pela superfície terrestre,
isso ocorre até 100m de altitude. Influenciado pela rugosidade e por
obstáculos terrestres.
• Ventos locais: importantes para determinação do vento em uma área,
porém dependem também das condições climáticas para determinar a
sua direção, a qual é influenciada pela soma das condições globais
(dominante), com as condições locais. Quando as globais são suaves,
quem domina são as condições locais. Ex: brisas marinhas, ventos da
montanha.
Levar em conta todos esses fatores, geográficos e naturais, que envolvem
o vento, é de fundamental importância na hora de se escolher o local para
instalação dos aerogeradores.
Para a conversão geralmente usam-se duas ou três pás ligadas a um eixo
horizontal, que acionam um gerador. As pás convertem a energia eólica em
movimento (energia mecânica). Essa quantidade de energia entregue ao rotor,
depende de vários fatores: densidade do ar, diâmetro das pás, área de
varrimento dos rotores, velocidade do vento. As torres devem ser colocadas em
locais altos em até 50m para captar ao máximo a quantidade de vento (vide
figura 4).
29
FIGURA 4 TURBINA EÓLICA Fonte: CENTRO BRASILEIRO DE ENERGIA EÓLICA, 2000. Disponível em: <www.eolica.com.br>.
2.2.3 TÉRMICA SOLAR
Sabe-se que a radiação solar é um fator de enorme abundância no
planeta, e atualmente o seu aproveitamento vem sendo muito utilizado em
forma de calor. Os sistemas passivos, nível mais básico, utilizam arquiteturas
30
muito bem projetadas, com o objetivo de se aproveitar o máximo de incidência
de raios solares para o aquecimento de estabelecimentos. No sistema ativo,
além da luz solar ser coletada, ela também é concentrada e processada, para
que um alto nível de energia seja alcançado. Em sua forma simples, como a
obtenção de água quente para consumo, ou em outras formas de aquecimento,
usufruir de um fator que está presente no nosso dia a dia, para gerar energia,
significa não só trazer benéficos ao nosso cotidiano, mas principalmente
representa uma poupança energética e econômica, assunto tão debatido em
tempos atuais. Uma das principais vantagens da energia térmica solar é que a
tecnologia usada para o seu aproveitamento vem crescendo bastante, e tem
ganhado um enorme espaço e disponibilidade no mercado. O principal
obstáculo deste sistema é o alto valor inicial para sua instalação o que deixa
diversos consumidores em dúvida e muitas vezes optam por fontes
convencionais de energia. O ideal seria fazer uma análise geral financeira,
pesquisar o valor do equipamento, desde sua instalação até a sua
manutenção, verificar à quais necessidades ele irá suprir, e após quanto tempo
ele passará a trazer retorno lucrativo. (ANEEL, 2005).
No decorrer desde trabalho, esse assunto será mais profundamente
abordado.
2.2.4 FOTOVOLTAICA
A energia solar não fica restrita apenas a aplicações térmicas, ela faz
parte de um campo amplo e altamente promissor na obtenção de energia
31
elétrica por conversão direta. A energia fotovoltaica é obtida pela conversão da
energia solar em energia elétrica através de células fotoelétricas.
Essas células geralmente são feitas de cristal de silício, nas quais são
introduzidas determinadas impurezas, processo este conhecido como
dopagem, cuja função é modificar e melhorar a maneira de condução de
eletricidade da célula. As impurezas são constituídas por átomos que possuem
os elétrons de valência diferentes dos elétrons do cristal, e assim permite que
eles circulem mais facilmente, pois desta forma o número de recombinações
será menor. Dois tipos distintos de silício, o tipo n (negativo) e o tipo p
(positivo), são prensados em meio a uma fina camada de um semicondutor.
Essa camada do cristal, de pouca espessura chamada de junção, é obtida
devido à dopagem, onde ocorre a transição de elétrons livres de uma região
para outra. Bezerra (1979) explica que durante a incidência de luz, há uma
agitação dos elétrons, que se deslocam da região n para a p, o que torna a
segunda negativamente carregada. A região n ficará positivamente carregada,
devido à carência desses elétrons. Entre as duas regiões, carregadas com
sinais contrários aparecerá um campo elétrico, que irá acelerar essas cargas,
dando origem à corrente elétrica através da junção (figura 5).
32
FIGURA 5 CÉLUCA FOTOVOLTAICA Fonte: Walisiewicz, 2008.
As células fotoelétricas atualmente estão tendo dificuldades para alcançar
uma posição competitiva no mercado, devido ao seu alto custo, e ao seu baixo
rendimento por apresentar uma baixa conversão de energia solar em energia
elétrica. No entanto, esses fatores hoje apresentam melhoras em relação a
essas desvantagens, que aos poucos tendem a desaparecer com o
desenvolvimento das micro-tecnologias. “Tem havido, contudo, um aumento
gradativo na eficiência de conversão e diversos programas de desenvolvimento
tecnológico estão em andamento para melhorar a economia da tecnologia
fotovoltaica e suas aplicações. O objetivo é produzir grandes quantidades de
eletricidade que poderiam ser lançadas na rede elétrica, eliminando assim
problemas de estocagem.” (GOLDEMBERG; VILLANUEVA, 2003, p. 134).
Existem diversas situações em que o uso da energia fotovoltaica é
considerado vantajoso atingindo resultados satisfatórios. A utilização das
células fotovoltaicas é viável para lugares distantes onde os estabelecimentos
se localizam longe das concessionárias de energia, em regiões remotas ou
33
mesmo em regiões em desenvolvimento onde milhões de pessoas não têm
acesso à rede elétrica. Neste caso a energia fotovoltaica pode ser usada para
acionar bombas de água, sistema de iluminação, unidades de refrigeração em
hospitais, alem de proporcionar a comunicação eletrônica.
2.3 SISTEMAS DE AQUECIMENTO DE ÁGUA
2.3.1 SISTEMAS CONVENCIONAIS DE AQUECIMENTO DE
ÁGUA
Gerar água quente consiste em um processo de transferir calor,
proveniente de uma fonte de energia, para obter água em uma temperatura
determinada. O sistema de aquecimento de água é composto não só pelo
aquecedor, mas também por outros componentes, como tubulações, válvulas e
registros. Este sistema deve ser definido durante o projeto, de acordo com a
estrutura da futura construção. Itens como instalações hidráulicas e elétricas,
alem do ciclo de vida do sistema, devem ser levados em conta durante a
instalação do aquecedor.
Deve-se escolher o tipo do aquecedor, de acordo com as características
do local, e dos usuários, com a intenção de minimizar as despesas financeiras
e energéticas, para assim obter uma maior satisfação com o resultado final do
serviço do sistema.
O Sistema de alimentação dos equipamentos pode ser:
34
• por acumulação: a água aquecida fica armazenada em reservatórios
térmicos ou bolilers instalados, para ser consumida não
necessariamente durante o período de aquecimento.
• de passagem: a água é aquecida gradualmente, conforme ela passa
pelo aparelho e será consumida no momento em que o aquecedor
estiver trabalhando. (Ghisi; Gugel, 2005).
O aquecedor elétrico é um equipamento fácil e compacto para se instalar,
o que torna esta forma de aquecimento uma das mais comuns para utilização
nas residências. Normalmente o seu sistema de alimentação é o de passagem,
onde a água quente é aquecida gradualmente através da sua resistência, de
acordo com a vazão, o que despensa a utilização de tubulações de água
quente, para o uso de um chuveiro elétrico individual (potência nominal
normalmente varia de 2.000 a 6.500 watts). O sistema elétrico pode também
ser usado no modo acumulação, o que garante uma boa pressão de água além
do uso imediato de água quente. Uma de suas desvantagens, é que este tipo
de aquecimento se apresenta como um grande consumidor de energia elétrica,
devido o custo do Kw, e se não for usado de forma racional, seus gastos
deverão representar boa parte da parcela do consumo de energia residencial.
A água aquecida por chuveiros elétricos durante o horário de pico, é
responsável por mais de 40% da demanda de energia no país. Este fato
contribui com uma sobrecarga na rede elétrica de transmissão neste período.
O sistema a gás é utilizado tanto no modo de passagem, como no modo
acumulação. Os gases que servem como combustível para esse tipo de
aquecimento são o GLP (gás liquefeito de petróleo) ou o GN (gás natural,
essencialmente metano), e ambos os gases possuem um bom rendimento para
35
aquecimento de água. Esse sistema de aquecimento possui uma melhor vazão
e pressão de água que dos modelos elétricos, isso resulta em um banho com
maior comodidade ao usuário. Para um funcionamento sem riscos de
vazamento de gás é necessário seguir corretamente as especificações deste
aquecedor.
FIGURA 6 SISTEMAS DE AQUECIMENTO DE ÁGUA
CONVENCIONAIS Fonte: Marshall Brain, 2000. Disponível em: <http://casa.hsw.uol.com.br/aquecedores-de-agua1.htm >
No ponto de vista ambiental os sistemas de aquecimento podem
ocasionar elevadas taxas de emissões. No caso do aquecimento elétrico,
essas taxas ocorrem indiretamente, pelas emissões das termelétricas e
hidrelétricas ocasionadas pela alta demanda de energia, necessária para o
funcionamento dos chuveiros elétricos. Para o sistema de aquecimento a gás
natural, o indicador negativo, pode ocorrer caso haja vazamentos em
tubulações na rede de distribuição, pois o gás natural é composto basicamente
por CH4, um dos principais gases responsáveis por agravar o efeito estufa.
36
2.3.2 SISTEMA DE AQUECIMENTO SOLAR
2.3.2.1 O SOL
A energia total que incide na superfície da terra, depende de algumas
condições atmosféricas, como nebulosidade e a umidade relativa do ar. Outros
fatores de grande importância como a hora do dia, época do ano, além da
latitude local, também devem ser levados em conta para verificar a
disponibilidade de radiação solar. Esses fatores são determinados pelo
movimento de translação (movimento elíptico da Terra em volta do sol) e o
movimento de rotação (Terra girando em torno da inclinação do eixo
imaginário). Isso faz com que a duração solar varie em locais ao redor do
planeta e em determinados períodos do ano, ou seja, em algumas regiões, e
em certas épocas, o sol é visível por mais tempo durante um dia, do que em
outras. Nas regiões polares e em períodos de solstício, as variações do sol são
mais intensas, já durante o equinócio e em regiões próximas à linha do
equador, essas variações são menos intensas. O Brasil possui grande parte do
seu território, localizado próximo à linha do equador, e assim as variações do
sol durante o ano, não são tão visíveis. No sul do país, onde boa parte das
atividades socioeconômicas está concentrada, as regiões se encontram mais
distantes do equador. Porto Alegre é a capital mais afastada em relação ao
equador, e de acordo com ANEEL (2005, p 30), possui variações da duração
de solar de 10 horas e 13 minutos a 13 horas e 47 minutos, aproximadamente
entre 21 de junho e 22 de dezembro, respectivamente. Para um melhor
aproveitamento da radiação solar, deve-se ajustar a localização que o coletor
37
solar irá se situar em função da latitude local, e a época do ano que se
necessita maior energia, de forma a maximizar a sua atuação. Assim um
coletor que se encontra no hemisfério sul, deve estar posicionado em direção
ao norte com o ângulo de inclinação igual ao da latitude de sua localidade.
2.3.2.2 COMPONENTES DO SISTEMA
Principais componentes do sistema são: coletores de calor, tanque de
armazenamento térmico, fonte auxiliar de energia, rede de distribuição de água
aquecida.
2.3.2.2.1 COLETORES DE CALOR
Responsável por captar a energia proveniente da luz do sol e transforma-
la em calor, que virá a ser aplicada no sistema.
2.3.2.2.1.1 COLETORES DE CONCENTRAÇÃO
Este coletor focaliza a energia solar através de um refletor parabólico e a
reflete para um absorvedor que tem por finalidade absorver o calor. Este
absorvedor possui uma pequena área e por ele passa o fluido (água) de
transferência a ser aquecido. O fato de ocorrer concentração de energia em um
absorvedor de pequena área resulta no aquecimento do fluido, em
temperaturas mais altas que em um coletor plano.
38
FIGURA 7 COLETOR DE CONCENTRAÇÃO Fonte: Portal das Energias Renováveis. Disponível em: <www.energiasrenovaveis.com>
O coletor de concentração deve-se manter em um posicionamento, de forma a
se obter o ângulo correto do refletor em relação aos raios solares incidentes,
para então ser focalizado sob o absorvedor. Isto requer um mecanismo de
controle para seguir a trajetória solar, obtendo assim a incidência necessária.
Apesar de um maior aproveitamento de radiação, este sistema é complexo,
possui um alto custo e manutenção exigente. Um outro problema que pode
ocorrer ao coletor parabólico é a fadiga térmica no material, causada pela
diferença de temperatura nos tubos do absorvedor. Deve-se então selecionar
um material adequado para os tubos, de modo a evitar este problema.
2.3.2.2.1.2 COLETORES PLANOS
O coletor plano apresenta simplicidade na construção, baixo custo em
relação ao coletor de concentração, não apresenta dificuldades para operar em
dias nublados, boa durabilidade, facilidade para efetuar manutenção. O coletor
plano é constituído por:
39
• Placa de absorção: converte a energia radiante em calor.
• Tubos canalizadores: utilizados para a passagem do fluido que será
aquecido. Esses tubos são feitos à base de metais que possuem alta
condutividade térmica, normalmente são de cobre, alumínio ou aço.
• Cobertura transparente: reduz as perdas de calor e provoca o efeito
estufa, refletindo de volta as radiações das ondas longas para a placa. O
material da cobertura normalmente é vidro, sendo que para uma melhor
eficiência utiliza-se dupla camada, reduzindo assim as perdas.
• Isolante térmico: abaixo dos tubos e da superfície negra, existe uma
camada de material isolante térmico, fechada em uma caixa que auxilia
na isolação térmica.
FIGURA 8 COLETOR PLANO Fonte: Walisiewicz, 2008.
40
Ao implementar o coletor, deve-se levar em conta três importantes aspectos,
para um melhor aproveitamento de energia:
• Orientação geográfica.
• Ângulo de inclinação do coletor com a horizontal.
• Não sombreamento.
2.3.2.2.2 TANQUE DE ARMAZENAMENTO TÉRMICO
O sistema de aquecimento que utiliza energia solar na maioria dos casos
é um sistema de acumulação, visto que o período de aquecimento da água não
coincide com o período em que ela é consumida. Em alguns casos o tanque
pode ser dimensionado diferente, para situações em que a água será
consumida durante o período de radiação solar. O equipamento de
armazenamento é um dos elementos mais importantes no sistema, pois este
influência no desempenho, confiabilidade e custo do mesmo. Deve-se então
ser feita uma análise completa sobre o reservatório térmico, da mesma forma
que os outros elementos do sistema.
Alguns fatores importantes devem ser levados em conta para a escolha do
reservatório, como:
• Saber para que fim, a água virá a ser utilizada.
• É necessário conhecer o material que reveste o tanque, para que haja
uma boa conservação térmica da água.
• A quantidade de tanques usados no estabelecimento, pois a água
quente e a fria podem estar contidas em um mesmo tanque ou em
tanques separados.
41
• Analisar o local e espaço onde o reservatório se situará, alem de
verificar o acesso ao mesmo.
• Identificar, as disponibilidades que o equipamento pode oferecer, devido
o fato de alguns tanques apresentarem limitações, seja na capacidade,
ou mesmo na conservação da temperatura da água.
2.3.2.2.3 FONTE AUXILIAR DE ENERGIA
O aquecedor solar de água não é projetado para fornecer 100% de água
quente usada em um estabelecimento. Se fosse usado esse critério deveria ser
feito um projeto para o pior caso, levando em conta o tempo mais frio e nublado
de uma determinada região, o que levaria a um superdimensionamento para a
maior parte do tempo de utilização do sistema.
Para períodos de menor índice de incidência solar, é necessário então
utilizar uma fonte alternativa de aquecimento. Essa fonte pode ser a gás,
elétrica ou gerada por uma bomba de calor ligada em série. O sistema auxiliar
pode ser ligado internamente ou externamente ao reservatório, podendo ser de
acumulação ou de passagem, sendo que para este caso o de passagem é o
mais usado.
2.3.2.3 CONFIGURAÇÕES DOS SISTEMAS
O aquecimento da água utilizada pode ser feito diretamente no coletor ou
indiretamente. No caso do aquecimento indireto, um fluido é aquecido no
42
coletor e levado a um trocador de calor, onde irá transferir esse calor a água. A
circulação da água ou do fluído pelo coletor pode ser feita por termosifão ou
por sistema de bombeamento. A diferença de densidade da água dentro do
tanque de armazenamento e do coletor, faz com que ocorra uma circulação de
água dentro do sistema chamado de termosifão, neste caso o sistema é
chamado de passivo. No caso da circulação do fluxo ser dada por
bombeamento, o sistema é chamado de ativo. Existem, portanto, as seguintes
configurações: sistema passivo direto, sistema passivo indireto, sistema ativo
direto e sistema ativo indireto.
2.3.2.3.1 SISTEMA PASSIVO DIRETO
É o mais utilizado para fins domésticos, devido o seu simples
funcionamento. A sua circulação direta da água é realizada por termossifão,
processo no qual a diferença de densidade, entre o coletor e o reservatório
ocorre em função da diferença de temperatura entre a água quente e fria. Essa
diferença faz com que haja um gradiente de pressão no sistema e então
aconteça a circulação natural pelas tubulações, sendo que a água quente irá se
localizar na parte superior, e água fria na parte inferior do reservatório. Para
que ocorra esse processo, é necessário que o tanque de armazenamento de
água esteja localizado acima do coletor solar. Na figura 9 pode ser notado o
sistema passivo direto, com uma fonte auxiliar de energia contido internamente
ao reservatório de água quente.
43
FIGURA 9 ESQUEMA DE INSTALAÇÃO DE UM SISTEMA PASSIVO DIRETO Fonte: Lima, 2003
2.3.2.3.2 SISTEMA PASSIVO INDIRETO
Neste sistema o fluido receberá calor no coletor é será encaminhado ao
trocador de calor, local onde irá transferir sua energia à água. O trocador de
calor pode ou não armazenar um determinado volume de água quente para
atender a demanda como mostra a figura 10. A principal razão da utilização
deste sistema é a proteção ao congelamento. Os fluídos refrigeradores mais
comuns são etileno-glicol e propileno-glicol.
FIGURA 10 ESQUEMA DE INSTALAÇÃO DE UM SISTEMA PASSIVO INDIRETO Fonte: Lima, 2003
44
2.3.2.3.3 SISTEMA ATIVO DIRETO
A circulação da água é feita por uso de uma bomba, isso permite que o
coletor possa se localizar em qualquer posição em relação ao reservatório. A
bomba é acionada por um sistema termostático diferencial. O controle é feito
analisando a temperatura do coletor e do reservatório através de sensores de
temperatura conectados a eles. Quando a diferença de temperatura entre o
coletor e o reservatório atinge um determinado valor pré-estabelecido, a bomba
é então acionada. Quando a água no reservatório alcança a temperatura
desejada, ou quando a diferença de temperatura é muito baixa, a bomba é
desativada.
Apesar de possuir uma maior flexibilidade, os custos desse sistema são
mais caros, em relação ao passivo, já que o sistema ativo utiliza mais
componentes como sensores, bombas e controles.
FIGURA 11 ESQUEMA DE INSTALAÇÃO DE UM SISTEMA ATIIVO DIRETO Fonte: Lima, 2003
45
2.3.2.3.4 SISTEMA ATIVO INDIRETO
Neste tipo de sistema a circulação da água ocorre via bomba. Um
determinado fluido que possui a função de trocar energia térmica com a água
recebe calor no coletor, e é enviado ao trocador de calor onde a água a ser
aquecida se encontra. Este trocador de calor pode ser externo ou interno ao
reservatório. No primeiro caso, ocorre à vantagem de uma maior flexibilidade,
porem deverá existir uma perda de calor maior que no caso de um trocador de
calor interno. O sistema ativo indireto é uma boa opção para regiões onde
existe a possibilidade de congelamento de água nas tubulações.
FIGURA 12 ESQUEMA DE INSTALAÇÃO DE UM SISTEMA ATIIVO INDIRETO Fonte: Lima, 2003
46
3 MATERIAIS E MÉTODOS
Nesta monografia foram desenvolvidas como método de trabalho as
seguintes etapas:
• Pesquisa de mercado: estimativa de custos com a aquisição, instalação,
operação e manutenção, tanto dos sistemas alternativos em estudo,
como dos sistemas tradicionais de aquecimento de água.
• Coleta de dados de campo: foram coletados dados referentes aos
sistemas de aquecimento de água, através de pesquisas de campo a
serem realizadas em residências e clubes na cidade de Londrina.
• Ensaios de eficiência energética: realizaram-se ensaios de campo para
verificar a eficiência energética de um sistema alternativo para
aquecimento de água, utilizando materiais recicláveis.
3.1 DIMENSIONAMENTO DO AQUECEDOR SOLAR
O aquecedor solar foi dimensionado tomando como base primeiramente a
relação sugerida por Bezerra (1979). O sistema utilizado foi o passivo direto,
devido possuir uma maior simplicidade e menor custo em relação aos demais.
47
Tabela 4 – Dimensões do coletor/número de pessoas. Número de Pessoas Área do Coletor Volume de Água
04 3,0 m² 300 litros 08 5,0 m² 500 litros 12 8,0 m² 1000 litros
Fonte: Bezerra (1979, p 43).
A intenção neste trabalho, foi a de construir um aquecedor de baixas
dimensões, para uma maior praticidade e facilidade de ajustes, uma vez que o
objetivo principal seria verificar as temperaturas de aquecimento da água, e a
eficiência do aquecedor.
Foram utilizados valores que se enquadrassem dentro de uma margem
proporcional aos mostrados na tabela 4:
• Área do coletor: 0,5 m²;
• Volume de água: 50 litros.
3.1.1 MATERIAIS UTILIZADOS PARA MONTAR O AQUECEDOR
Serão listados, e analisados os componentes utilizados para a confecção
do aquecedor solar de matérias recicláveis:
• tubos de conexão PVC;
• caixas de leite longa vida tetra pak;
• garrafas pet.
48
FIGURA 13 MATERIAIS UTILIZADOS Fonte: Autor, 2008.
3.1.1.1 TUBOS DE CONEXÃO PVC
As conexões em PVC têm a função dos tubos canalizadores em um
aquecedor solar convencional. Essas conexões são menos eficientes que os
tubos de cobre ou alumínio do aquecedor normal, mas como a intenção do
projeto é abaixar os custos, eles é que serão utilizados, para que a água
aquecida possa fluir. Esses tubos foram pintados de preto, com a finalidade de
haver uma maior absorção de calor, por parte da canalização.
3.1.1.2 GARRAFAS PET
Funcionam como a cobertura transparente (de vidro) de um aquecedor
solar, reduzem as perdas de calor e provocam o efeito estufa. As garrafas
fazem também a função do isolante térmico do aquecedor solar convencional,
dando ao coletor um ambiente próprio. No trabalho foram utilizadas garrafas de
49
2 litros transparentes e lisas de Coca-Cola, todas elas cortadas em 31cm como
mostra a figura 14.
FIGURA 14 GARRAFAS PET CORTADAS Fonte: Autor, 2008.
3.1.1.3 CAIXAS DE TETRA PAK
A finalidade dessas caixas de leite longa-vida é agir como a placa de
absorção. Elas foram corretamente dobradas (figura 15 e figura 16) e
encaixadas dentro das garrafas pet. As caixas devem ser pintadas de preto
para melhor absorção de energia que será convertida em calor, e assim
aquecer a água que passa pelos tubos de PVC (também pintados de preto
quando contidos dentro da garrafa pet).
As caixas de tetra pak possuem a composição de 5% de alumínio, 20%
de polietileno e 75% de celulose. Para o projeto a sua aplicação oferece
excelentes resultados, pois as combinações dos seus materiais evitam que
50
ocorra a deformação do mesmo, dentro das garrafas, na temperatura em que o
coletor será submetido.
FIGURA 15 FORMATO DA CAIXA TETRA PAK Fonte: Alano, 2006.
FIGURA 16 CAIXAS TETRA PAK DOBRADAS Fonte: Autor, 2008.
51
3.1.2 DIMENSIONAMENTO COM OS MATERIAIS RECICLÁVEIS
Uma segunda análise foi feita antes da montagem do coletor. Segundo
Alano (2006), a quantidade de materiais recicláveis utilizados para o
dimensionamento do coletor solar são apresentados na tabela 5.
Tabela 5 – Dimensões do coletor com materiais recicláveis.
Número de Pessoas
Área do Coletor
Garrafas pet
Caixas de leite
Colunas Água Aquecida
04 4,0 m² 240 200 40 250 L 01 1,0 m² 60 50 10 62,5 L
Fonte: Autor, 2008.
Para o coletor de 0,5 m², foram então utilizados os materiais com as
seguintes dimensões:
• 30 garrafas pet de 2 litros;
• 25 caixas de leite tetra pak longa vida de 1litro (pós-consumo);
• 5 colunas de tubo PVC – 20mm ½’’ de 1,05m cada;
• 10 conexões T - PVC – 20mm ½’’;
• 2 conexões L - PVC – 20mm ½’’;
• 2 tampões PVC – 20mm ½’’.
52
FIGURA 17 ESQUEMÁTICO COLETOR SOLAR Fonte: Alano, 2006.
Seguindo as proporções da tabela 5, para um coletor de 0,5m², a
quantidade de água aquecida é próxima a 30 litros. Utilizou-se então um
reservatório de água de 50 litros.
Para a correta montagem do coletor, foram utilizadas as seguintes
ferramentas:
• Fita de auto fusão;
• Tinta fosca preta;
• Rolo de pintura;
• Estilete;
• Cano de PVC de 100 mm com 31 cm de comprimento para utilizar como
molde de corte das garrafas PET;
• Lixa d’água;
• Cola para tubos de PVC;
• Arco de Serra;
53
• Fita crepe com largura de 19 mm;
Após verificar a listagem dos materiais necessários, foi feita uma pesquisa
de mercado para avaliação de preços, e em seguida a aquisição desses
materiais. Os passos para a confecção do coletor foram exercidos de acordo
com o manual. Dessa maneira seguiram-se as suas etapas e através da
utilização das ferramentas corretas, foi possível então construir o aquecedor.
Observa-se na tabela 6 a relação dos preços e custos dos materiais utilizados
no coletor.
Tabela 6 – Custos dos materiais para construção do coletor. Material Preço Quantidade Custo
tubo PVC – 20mm ½’’ (metro) R$ 1,40 5,7m R$ 8,00 conexão T - PVC – 20mm ½’’ R$ 0,50 10 R$ 5,00 conexão L - PVC – 20mm ½’’ R$ 0,30 2 R$ 0,60
tampão PVC – 20mm ½’’ R$ 0,60 2 R$ 1,20 Fonte: Autor, 2008
Obteve-se então um custo total de R$ 14,80 para construir o coletor
(figura 18).
FIGURA 18 COLETOR SOLAR. Fonte: Autor, 2008.
54
Houve também os gastos de canalização para conectar o coletor ao
reservatório de água, como consta na tabela 7.
Tabela 7 – Custos dos materiais para conectar o coletor ao reservatório. Material Preço Quantidade Custo
tubo PVC – 20mm ½’’ (metro) R$ 1,40 2,7m R$ 3,80 conexão L - PVC – 20mm ½’’ R$ 0,30 4 R$ 1,20 Adaptador – caixa d’água –
PVC – 20mm ½’’ R$ 5,50 2 R$ 11,00
Fonte: Autor, 2008
O que resulta um gasto de R$ 16,00. Portanto o valor total para construir o
aquecedor solar (figura 19) foi de R$ 30,80 (R$ 14,80 + R$ 16,00).
FIGURA 19 AQUECEDOR SOLAR. Fonte: Autor, 2008.
55
Para uma melhor eficiência, o aquecedor foi posicionado ao norte
geográfico, com uma inclinação em relação ao plano horizontal, definida pela
latitude da cidade de Londrina, 23º18’37’’ (23,30º), como mostra a figura 20.
Para obter essa inclinação foi feito o seguinte cálculo:
FIGURA 20 INCLINAÇÃO AQUECEDOR. Fonte: Autor, 2008.
Pela relação do triangulo retângulo, temos que:
hip
oCsen
.=θ
hip
hsen =θ
)()( hipxsenh θ=
)110()º30,23( xsenh =
cmxh 4311039,0 ≈=
Então, se a parte superior do coletor for elevada a uma altura de 43 cm, o
coletor estará inclinado a 23º18’37’’, como o esperado.
Como o propósito do aquecedor solar, foi o de construí-lo com materiais
recicláveis, e ter os menores gastos possíveis, então como reservatório de
água, foi utilizado um galão plástico de 50 Litros de cloro (figura 21). Na
56
tentativa de um melhor isolamento, foram colocadas em volta do galão, placas
de isopor, com o intuito de se obter uma melhor conservação térmica da água.
FIGURA 21 RECIPIENTE DE ARMAZENAMENTO DE ÁGUA. Fonte: Autor, 2008.
3.1.3 MEDIÇÃO
3.1.3.1 LOCAL UTILIZADO PARA AS MEDIÇÕES
Os valores obtidos na experiência prática desse trabalho foram obtidos na
cobertura de um edifício no centro da cidade (figura 22), onde os raios solares
atingiam o coletor diretamente. Neste local não existia qualquer tipo de
sombreamento que pudessem vir a prejudicar o desempenho do aquecedor.
57
FIGURA 22 POSICIONAMENTO DO AQUECEDOR. Fonte: Autor, 2008.
3.1.3.2 EQUIPAMENTOS UTILIZADOS PARA AS MEDIÇÕES
Foram usados para medir a temperatura da água, três medidores de
temperatura distintos, com o objetivo de tornar os resultados os mais confiáveis
possíveis. Os instrumentos mencionados são: um termômetro comum de
piscina, um multímetro digital, e um termômetro químico.
3.1.3.2.1 TERMÔMETRO DE PISCINA
Esse primeiro instrumento, é um termômetro analógico comum de piscina
para medida de temperatura da água, possui:
• faixa de medida de 0ºC a 50ºC / 30ºF a 120ºF;
• divisão: 2ºC / ºF.
58
3.1.3.2.2 MULTÍMETRO
O multímetro utilizado foi do tipo digital, modelo ET-1110, da marca
Minipa, que possui função para medida de temperatura, através de um
termopar tipo K. Segue abaixo algumas especificações de temperatura,
segundo o manual:
• Faixa: -20ºC a 750ºC;
• Resolução: 1ºC;
• Precisão: -20ºC ~ 400ºC ± (1.0% + 3D). 401ºC ~ 750ºC ± (2.0%+10D).
• Faixa de medida do termopar: -40ºC ~ 204ºC;
• Precisão do termopar: ±0.75% ou ±2.2ºC.
FIGURA 23 MULTÍMETRO ET -1110. Fonte: MINIPA, 2008.
59
3.1.3.2.3 TERMÔMETRO QUÍMICO
O terceiro instrumento, é o termômetro químico, marca Incoterm (figura
24). Possui escala interna de vidro branco, capilar transparente, enchimento
com líquido vermelho, diâmetro 7-8 mm. Possui as seguintes especificações
térmicas:
• Escala: -10+110°C;
• Divisão: 1°C;
• Comprimento: 260±5mm;
• Imersão: Total;
• Limite de erro: ±2.
FIGURA 24 TERMOMETRO QUÍMICO ESCALA DE -10+110:1ºC. Fonte: INCOTERM, 2008.
60
4 RESULTADOS E ANÁLISE
4.1 DADOS MEDIDOS DO AQUECEDOR SOLAR
As medições foram realizadas durante os meses de agosto e setembro. A
elevação da temperatura da água começou a ser notada próximo às 11:00
horas da manhã, e a atingir um valor significativo a partir das 14:00 horas. Após
as 18:00 começou a perder calor. Foi durante essa faixa de horário (14:00 às
18:00) que foram realizadas as medidas de temperatura da água. As tabelas 8,
9 e 10, mostram esses valores, de acordo com o horário, temperatura
ambiente, e o dia em que foram medidas.
Tabela 8 – Medidas de temperatura da água – 03/09/08.
Horário Temperatura Ambiente (ºC)
Temperatura da Água –
Termopar (ºC)
Temperatura da Água –
Termômetro de Piscina (ºC)
Temperatura da Água –
Termômetro Químico
(ºC) 14:40 28 34 36 35 15:55 28 35 37 36 17:25 28 35 38 37
Fonte: Autor, 2008. Tabela 9 – Medidas de temperatura da água – 14/10/08.
Horário Temperatura Ambiente (ºC)
Temperatura da Água –
Termopar (ºC)
Temperatura da Água –
Termômetro de Piscina (ºC)
Temperatura da Água –
Termômetro Químico
(ºC) 14:25 30 41 44 44 15:30 30 40 44 43 17:50 29 38 41 40
Fonte: Autor, 2008.
61
Tabela 10 – Medidas de temperatura da água – 15/10/08.
Horário Temperatura Ambiente (ºC)
Temperatura da Água –
Termopar (ºC)
Temperatura da Água –
Termômetro de Piscina (ºC)
Temperatura da Água –
Termômetro Químico
(ºC) 14:45 32 43 47 46 15:57 32 40 44 44 17:45 31 39 42 41
Fonte: Autor, 2008.
4.2 DADOS DA PESQUISA DE CAMPO
A pesquisa de campo, unida as pesquisa de mercado, serviram como
apoio para as relações financeiras e energéticas estabelecidas durante este
estudo.
Os dados de campo obtidos neste trabalho foram coletados no mês de
agosto, em um clube da cidade de Londrina (AREL). As informações coletadas
são referentes ao sistema de aquecimento a Diesel para quatro piscinas, com
as seguintes dimensões:
• Piscina de natação semi-olímpica: 620m³;
• Piscina de hidroginástica: 65m³;
• Duas piscinas de biribol: 41,6m³ cada.
As dimensões dessas piscinas serão tomadas como a base para as
comparações feitas no decorrer deste trabalho.
62
4.2.1 SISTEMAS DE AQUECIMENTO DAS PISCINAS
4.2.1.1 SISTEMA DE AQUECIMENTO A DIESEL
O modelo de aquecimento de piscina e geração de água quente é
baseado em aquecedor a diesel. O sistema produz caloria através do
queimador, acionado por um termostato fixo ao aquecedor. Após acionado, é
iniciada a produção necessária de caloria dentro de uma caixa de fogo. Essa
caixa por sua vez, irá transmitir calor para uma água que se encontra dentro do
equipamento, alimentada por uma caixa de expansão. A água trabalha como
um transmissor, levando a energia produzida às serpentinas de cobre, onde se
encontram as águas das piscinas. Toda vez que a temperatura da água das
piscinas necessitarem serem elevadas, um termostato existente, posicionado
dentro do quadro de comando será acionado, e assim mais água irá circular no
interior da serpentina, aquecendo-a.
Este sistema possui algumas características gerais: comando digital
programável, queimador de alta tecnologia, câmara de combustão fechada e
isolada termicamente, além de vantagens como: aquecimento rápido, ausência
de barulho e fumaça. A seguir, podem-se verificar as características técnicas
do aquecedor da figura 25:
• Potência Nominal: 450.000 Kcal/h;
• Potencia Útil: 420.000 Kcal/h;
• Área Piscina: 920m³;
• Combustível: Diesel, Viscosidade máxima 20ºC;
• Consumo por hora trabalhada: 12 a 20 Litros/hora por queimador;
63
• Alimentação elétrica: Monofásica 220Vts ~ 60Hz;
• Largura: 1,4m;
• Comprimento: 1,5m;
• Altura: 2,3m;
• Chaminé/Altura: 2400mm;
• Entrada/Saída de água – diâmetro: 54mm;
• Peso Vazio: 2400kg.
FIGURA 25 AQUECEDOR A DIESEL PARA PISCINAS AT 900. Fonte: CWL, 2005.
Na data de visita ao clube, o sistema de aquecimento anotava em seu
display as seguintes temperaturas:
• Piscina de natação: 29,1ºC;
• Piscina de hidroginástica: 30,7ºC;
64
• Piscinas de biribol: 32,5ºC.
O consumo de combustível que alimenta os aquecedores irá manter a
temperatura da água das piscinas, próximo a esses valores.
Além de se conhecer o sistema de aquecimento do local, pode-se também
obter dados técnicos, que possibilitaram a análise do consumo para se aquecer
as piscinas.
Ao se somar as dimensões das quatro piscinas do clube, obtêm-se o
resultado total de 768,2m³. Este valor apresenta uma margem de folga em
relação à capacidade do equipamento que é de 920m³. Cada queimador
consome em média 16 Litros/hora (12 a 20 Litros/hora), como o sistema possui
dois queimadores, então o sistema todo irá consumir 32 Litros/hora.
No mês de janeiro de 2007, devido às altas temperaturas, o aquecedor
ficou ligado durante aproximadamente 3 horas por dia, o que resulta em 93
horas no mês. Como o consumo do sistema é de 32 Litros /hora, em 93 horas
será de:
Litrosx 29769332 =
Isso vale aproximadamente 3.000 Litros, que equivale a um tanque de
diesel. Se considerarmos o valor do Litro de diesel a R$ 1,72 o gasto no mês
de janeiro resulta em:
00,160.5$300072,1 Rx = .
Em julho, foi o mês no qual mais se utilizou o sistema de aquecimento. O
aquecedor manteve-se ligado em média 12 horas por dia, ou seja, 372 horas
no mês. O consumo então foi de:
Litrosx 904.1137232 = .
65
Dessa forma seriam necessários 4 tanques, o equivalente a 12000 litros
para suprir as necessidades do mês, e assim o gasto total foi de:
00,640.20$1200072,1 Rx = .
Os gastos calculados podem ser vistos na tabela 11.
Tabela 11 – Gastos mensais do aquecedor a diesel. Potência
do sistema (Kcal/h)
Mês
Tempo de utilização no mês
(hrs)
Consumo de diesel no mês (Litros)
Preço do
diesel (R$)
Gasto total (R$)
Gasto total
médio (R$)
450.000 Janeiro 93 3.000
1,72 5.160,00
12.900,00 Julho 372 12.000 20.640,00 Fonte: Autor, 2008.
4.2.1.2 SISTEMA DE AQUECIMENTO A LENHA
Para verificar a relação de consumo ao se utilizar um aquecedor a lenha
(figura 26), primeiramente foi feito o cálculo da quantidade de quilocalorias
produzidas durante os meses de janeiro e julho pelo aquecedor a diesel. Esses
valores obtidos foram usados para verificar, qual seria o consumo do
aquecedor a lenha L180 da tabela 12, para produzir a energia, de acordo com
sua potencia nominal.
FIGURA 26 AQUECEDOR A LENHA PARA PISCINAS.
Fonte: HIDROTÉCNICA, 2005.
66
Tabela 12 – Dados de aquecedores a lenha para piscinas. Modelo Mcal/h
Potência nominal Kcal/h
Área Piscina
m2
Capac. Fornalha
m3
Produção Água
Quente*
Diam. cm
Alt. cm
Peso Kg
Diâm. Chaminé
cm L40 40000 120 0,10 800 80 160 600 20 L180 180000 540 0,44 3600 120 280 1400 30 Fonte: Hidrotécnica, 2005. (*) Litros por hora considerando um diferencial de temperatura de 40 graus. (**) Por hora de funcionamento interrupto. (***) Inclui chaminé de 4 metros.
No mês de janeiro, o aquecedor ficava ligado em média 3 horas por dia,
totalizando 93 horas no mês. Com a potência do aquecedor a diesel de
450000Kcal/h, foram gastos em janeiro Kcalx 4185000093450000 = .
A potência do aquecedor a lenha é de 180000Kcal/h. Para atingir as mesmas
41850000Kcal que foram produzidas pelo aquecedor a diesel, serão
necessárias:
hrs5,232180000
41850000=
O poder calorífico da lenha pode variar dependendo do seu tipo (pinus,
eucalyptus) e conforme a variação da umidade do ar. Se esse valor for
considerado aproximadamente 2527,2 kcal/kg, conforme dados da CTGAS,
então será preciso:
kg24,164292,2527
41850000= de lenha para atingir a quantidade de calor que foram
produzidas no mês de janeiro.
Para cada 1m³ tem-se 340 Kg de lenha (CTGAS), então transformando Kg em
m³:
³32,48340
24,16429m=
Se o preço do m³ for de R$55,00 então:
67,2657$32,4855 Rx =
67
O gasto será de R$2657,67 de lenha gastos no mês de janeiro.
Em julho foi preciso que o aquecedor ficasse ligado durante todo o mês
(744 horas), e mesmo assim a água pode ter ficado abaixo da sua temperatura
padrão em alguns horários, pois a energia necessária de 450000 kcal x 372
horas, que o aquecedor a diesel produziu, resulta em 167400000Kcal no mês,
e mesmo o aquecedor a lenha trabalhando durante todo o mês, o máximo de
energia que ele pode produzir é de:
Kcalx 133920000744180000 =
Considerando o poder calorífico de 2527,2 kcal/kg
Kg45,529912,2527
133920000=
E para 1m³ tem-se 340 Kg então:
³85,155340
45,52991m=
Com o preço do m³ de lenha a R$55,00:
75,8571$85,15555 Rx =
Na tabela 13, esses resultados podem ser observados.
Tabela 13 – Gastos mensais do aquecedor a lenha. Potência
do sistema (Kcal/h)
Mês
Tempo de utilização no mês
(hrs)
Consumo lenha no mês (m³)
Preço da
lenha (R$)
Gasto total (R$)
Gasto total
médio (R$)
180.000 Janeiro 232,5 48,32
55,00 2.657,67
5.614,71 Julho 744 155,85 8.571,75 Fonte: Autor, 2008.
68
4.2.1.3 SISTEMA DE AQUECIMENTO SOLAR
Segundo o manual da hidrotécnica, a área necessária de placas solares
(em metros quadrados) para aquecer a piscina varia de 80% a 150% de sua
área, como mostra a figura 27. O clube possui: uma piscina de hidroginástica
10m x 5m, uma piscina de natação de 16m x 25m e duas piscinas de biribol de
4m x 8m, totalizando 514m². Assim seria necessário de 411,2m a 771m de
área de placas solares, para o aquecimento das piscinas.
Sabe-se que 1m³ equivale a 1000 litros, então como a área total das
piscinas é de 768,2m³, significa que elas possuem mais ou menos 768200 litros
da água. Se fosse seguido à relação da tabela x, seria necessário mais de 700
mil garrafas para montar os coletores descartáveis, o que torna inviável a
utilização do mesmo para essa aplicação.
FIGURA 27 AQUECEDOR SOLAR PARA PISCINAS HC50.
Fonte: HIDROTÉCNICA, 2005.
69
4.3 AQUECIMENTO RESIDENCIAL
Serão discutidas formas de aquecimento de água para uso em
residências utilizando: energia elétrica, gás natural (GN), Gás liquefeito de
petróleo (GLP) e energia solar.
4.3.1 AQUECIMENTO ELÉTRICO
A seguir será apresentado, cálculos dos gastos de banho ao se usar o
sistema elétrico para o aquecimento de água. Utilizou-se como base um
chuveiro elétrico comum de 5000W de potência, com valor de mercado próximo
a R$50,00 para analisar as despesas mensais de uma família de quatro
pessoas.
Para um banho de 5 minutos:
Consumo = Kw x hr
Consumo = hrKx
60
55
Consumo = 0,4166Kwh
Segundo dados das COPEL (companhia paranaense de energia elétrica) o
custo da tarifa B1 – Residencial, é de R$0,38790 como mostra a tabela 14. Os
tributos são inseridos da seguinte forma:
Dados necessários para o cálculo:
• Alíquota do ICMS aplicado � 27,00%
• Alíquota média do PIS aplicado � 1,04%
• Alíquota média do COFINS aplicado � 4,76%
70
• Valor do KWh homologado Resolução 663/08 Aneel – Residencial – B1
� 0,26067
E assim o valor final a ser cobrado do consumidor será:
)100/)((1
log
COFINSPISICMS
adaTarifaHomo
++−
3280,01
26067,0
)100/)04,176,400,27((1
26067,0
−=
++−=
Valor a ser cobrado do consumidor = 38790,0
Tabela 14 – Tarifa convencional - COPEL.
Tarifa em R$/KWh Resolução ANEEL Com impostos: ICMS e PIS/COFINS
B1 - Residencial 0,26067 0,38790 Fonte: COPEL, 2008.
Dessa forma o custo de um banho pode ser calculado:
Custo do banho = 3879,04166,0 x
Custo do banho = R$ 0,1616
Assim o valor de um banho de 5 minutos é de R$0,1616.
Se esse valor for multiplicado por 30:
848,4301616,0 =x
Obtêm-se o gasto mensal de R$4,848 em banhos de uma pessoa. Para uma
família de quatro pessoas tem-se:
392,19848,44 =x
No final do mês, uma família composta por quatro pessoas irá gastar R$19,392
se os banhos tiverem a duração de 5 minutos. Em seguida será refeito os
cálculos para banhos de 10 e 15 minutos.
71
Para banho de 10 minutos:
Consumo = Kw x hr
Consumo = hrKx
60
105
Consumo = 0,8333Kwh
Custo do banho = 3879,08333,0 x
Custo do banho = R$ 0,3232
Gasto no mês = 696,9$303232,0 Rx =
Para quatro pessoas:
784,38$696,94 Rx = , será o valor mensal total.
Para banho de 15 minutos:
Consumo = hrKx
60
155
Consumo = 1,25Kwh
Custo do banho = 3879,025,1 x
Custo do banho = R$ 0,4848
Gasto no mês = 544,14$304848,0 Rx =
Para quatro pessoas:
176,58$544,144 Rx = , será o valor mensal total.
Na tabela 15 pode-se observar os valores calculados.
Tabela 15 – Custo de banho mensal do sistema elétrico.
Tempo de banho (min)
Consumo de Energia (Kwh)
Custo do Banho (R$)
Gasto no mês (R$)
Valor mensal p/ 4 pessoas (R$)
5 0,4166 0,1616 4,848 19,392 10 0.8333 0,3232 9,696 38,784 15 1,25 0,4848 14,544 58,176
Fonte: Autor, 2008.
72
Através dos cálculos apresentados pode-se notar a grande diferença do
custo de um banho de 5 minutos para o de 15 minutos, e que o costume de
banhos demorados das pessoas, aumenta de forma significativa os gastos
mensais de uma família. Assim o sistema de aquecimento elétrico, que possui
fácil instalação, e baixo preço para sua aquisição, pode se tornar um sistema
caro, se não for utilizado de forma racional.
4.3.2 AQUECIMENTO A GÁS – GLP
Assim como no item anterior, onde foram calculados os gastos mensais
de um chuveiro elétrico, a seguir serão apresentados, os custos para a
utilização de um aquecedor a gás, que utiliza tanto o GLP quanto o gás natural.
No caso do GLP, o botijão mais utilizado em condomínios é o de 45 Kg
(P-45), que custa em torno de R$155,00, o que resulta em torno de R$3,44 o
quilo deste gás. Foi tido como base para os cálculos do aquecimento a gás, o
aquecedor da marca Komeco, modelo KO 1200 da figura 28. Através das
pesquisas de mercado feitas durante o trabalho, obteve-se o valor do
equipamento que é de R$ 649,00 além de suas especificações técnicas,
contidas na tabela 16.
73
FIGURA 28 AQUECEDOR A GÁS KOMECO KO 1200. Fonte: Komeco, 2008.
Tabela 16 – Aquecedor a gás KO 1200 Komeco. Tipo de gás GLP GN
Consumo de gás 1,60Kg/h 2,40m³/h Pressão de gás (mm.c.a.) 280 200 Vazão de água com ∆T 20
a 15ºC(Litro/min) 13,5 16
Potencia nominal nas condições padrão 18920 kcal/h (22,0kW) 22892 kcal/h (26,6kW)
Rendimento 86,4% 82,6% Fonte: Komeco, 2008.
Ao visualizar a tabela 16, observa-se que o consumo deste aquecedor é
de 1,60Kg/h, para a utilização do gás GLP como combustível. Com os dados
obtidos foram realizadas as contas para os gastos mensais do aquecedor a gás
(GLP).
Para um banho de 5 minutos:
Consumo = ( ) hrxhr
Kg
60
560,1
Consumo = 0,1333 Kg
Como 1 Kg de GLP custa R$3,44, então 0,1333 Kg utilizados para 5 minutos
de banho irá custar:
Custo do banho = 44,31333,0 x
Custo do banho = R$0,4585
74
Gasto no mês = 755,13$304585,0 Rx =
Para quatro pessoas:
02,55$755,134 Rx = , será o valor mensal total.
Para banho de 10 minutos:
Seguindo o procedimento anterior:
Consumo = ( ) hrxhr
Kg
60
1060,1
Consumo = 0,2665Kg
Custo do banho = 44,32665,0 x
Custo do banho = R$0,9167
Gasto no mês = 50,27$309167,0 Rx =
Para quatro pessoas:
110$50,274 Rx = , será o valor mensal total.
Para banho de 15 minutos:
Consumo = ( ) hrxhr
Kg
60
1560,1
Consumo = 0,4Kg
Custo do banho = 44,34,0 x
Custo do banho = R$1,376
Gasto no mês = 28,41$30376,1 Rx =
Para quatro pessoas:
12,165$28,414 Rx = , no total.
75
Tabela 17 – Custo de banho mensal do sistema a gás - GLP.
Tempo de banho (min)
Consumo de GLP (Kg)
Custo do Banho (R$)
Gasto no mês (R$)
Valor mensal p/ 4 pessoas (R$)
5 0,1333 0,4585 755,13 02,55 10 0,2665 0,9167 27,50 110,00 15 0,4 1,376 41,28 165,12
Fonte: Autor, 2008.
4.3.3 AQUECIMENTO A GÁS – GN
De acordo com a COMPAGÁS, concessionária responsável pela
distribuição do gás natural canalizado no estado do Paraná, o valor do metro
cúbico do GN, para residências é de R$ 2,4039 e é este valor que foi utilizado
para efetuar os cálculos dos custos mensais do aquecedor. O consumo do
equipamento, utilizando gás natural é de 2,4m³/h, como é mostrado na tabela
16.
Para um banho de 5 minutos:
Primeiro foi calculado o consumo em m³ do GN, para 5 minutos de banho:
Consumo = ( ) hrxhr
m
60
5³4,2
Consumo = 0,1999m³
Como 1m³ de GN custa R$ 2,4039 então 0,1999m³ utilizados para 5 minutos de
banho irá custar:
Custo do banho = 4039,21999,0 x
Custo do banho = R$0,48
Gasto no mês = 40,14$3048,0 Rx =
76
Para quatro pessoas:
60,57$40,144 Rx = , será o valor mensal total.
Para um banho de 10 minutos:
Consumo = ( ) hrxhr
m
60
10³4,2
Consumo = 0,3998m³
Custo do banho = 4039,23998,0 x
Custo do banho = R$0,96
Gasto no mês = 80,28$3096,0 Rx =
Para quatro pessoas:
20,115$80,284 Rx = .
Para um banho de 15 minutos:
Consumo = ( ) hrxhr
m
60
15³4,2
Consumo = 0,6m³
Custo do banho = 4039,26,0 x
Custo do banho = R$1,4423
Gasto no mês = 269,43$304423,1 Rx =
Para quatro pessoas:
076,173$269,434 Rx = .
Observa-se na tabela 18, os valores obtidos.
77
Tabela 18 – Custo de banho mensal do sistema a gás - GN.
Tempo de banho (min)
Consumo de GN (m³)
Custo do Banho (R$)
Gasto no mês (R$)
Valor mensal p/ 4 pessoas (R$)
5 0,1999 0,48 40,14 60,57
10 0,3998 0,96 80,28 20,115
15 0,6 1,4423 269,43 076,173 Fonte: Autor, 2008.
4.3.4 AQUECIMENTO SOLAR
Para a analise do aquecedor solar reciclável em relação ao
dimensionamento residencial, foram realizadas medições da quantidade de
água gasta, utilizada pelo chuveiro elétrico em um banho. Durante 1 minuto
com o chuveiro elétrico ligado, a uma temperatura de 35ºC (temperatura que o
aquecedor solar atingia regularmente durante o período de aquecimento) foram
obtidos 3,750 litros de água. Com este valor calculou-se a vazão do
equipamento para 5, 10 e 15 minutos, e então se definiu a quantidade de água
que o aquecedor solar reciclável deveria utilizar. Assim foram feitos os
seguintes dimensionamentos (tabela 5):
Para um banho de 5 minutos:
Em um banho de 5 minutos usando o chuveiro elétrico, seriam gastos 18,75
litros de água. Para aquecer essa quantidade de água, seria necessário 1
módulo de coletor solar (0,5m² de área), como o que foi construído neste
trabalho, já que ele aquece aproximadamente 30 litros. Portanto seriam usados
para este coletor:
• 30 garrafas pet,
78
• 25 caixas de longa vida.
Para 4 pessoas, seriam necessários 75 litros, portanto 3 módulos de 0,5m²,
ou seja, 1,5m² de coletor:
• 90 garrafas pet,
• 75 caixas de longa vida
Para um banho de 10 minutos:
Em 10 de banho, seriam gastos 37,5 litros de água. Seriam necessários 2
módulos de coletor solar, com 1 m² no total de área, para aquecer a água.
Seriam usados para este coletor:
• 60 garrafas pet,
• 50 caixas de longa vida.
Para 4 pessoas, seriam necessários 150 litros, portanto 5 módulos, com
2,5m² de coletor:
• 150 garrafas pet,
• 125 caixas de longa vida.
Para um banho de 15 minutos:
Para um banho de 15 minutos, gastaria 56,25 litros de água. Seriam
necessários 2 módulos de coletor solar, com 1 m² de área. Seriam utilizados:
• 60 garrafas pet,
• 50 caixas de longa vida.
Para 4 pessoas, seriam necessários 225 litros, portanto 8 módulos, com
4m² no total:
79
• 240 garrafas pet,
• 200 caixas de longa vida
4.4 COMPARAÇÃO E DISCUSSÃO ENTRE OS SISTEMAS.
4.4.1 ANÁLISE DO CONSUMO DAS PISCINAS.
Como pode ser visto nos resultados obtidos neste trabalho, os gastos do
sistema de aquecimento a diesel em relação ao sistema a lenha foram bem
maiores. No mês de janeiro enquanto o aquecedor a lenha teria um gasto de
R$2657,67 o aquecedor a diesel gastaria R$5160,00 quase o dobro do preço
(94% mais caro). No mês de julho, as economias do aquecimento para o caso
da utilização da lenha, foram ainda maiores. No aquecimento a lenha, o custo
foi de R$ 8571,75 enquanto no aquecimento a diesel o valor foi de R$20640,00
(aumento em cerca de 140%).
Além da economia mensal, no ponto de vista ambiental, a utilização da
lenha também levaria vantagem. O processo de combustão dessa biomassa,
para a geração de calor iria provocar menos emissões indesejadas, do que a
combustão do diesel, já que esse é um combustível fóssil, derivado do
petróleo, e assim viria a causar maiores impactos negativos ao meio ambiente.
A grande vantagem da utilização do sistema a diesel, esta relacionado à
praticidade que este sistema apresenta se comparado ao aquecimento à lenha.
O aquecedor a diesel possui uma tecnologia bem superior, com grandes
vantagens, como a regulagem automática da temperatura, e uma potência de
80
funcionamento bem maior, assim o aquecedor viria a ficar ligado durante um
tempo bem menor do que o aquecedor a lenha (2 horas e meia a menos), para
realizar o mesmo aquecimento. Pelo fato de o aquecedor a lenha ser mais
rústico, seria necessária a utilização de funcionários, para manusear e
monitorar o abastecimento deste sistema, conforme as variações de
temperatura, colocando mais ou menos lenha no equipamento.
A lenha apresenta uma grande dificuldade de estocagem, é necessário
ter um grande espaço para armazená-la e ainda um enorme cuidado, com a
umidade do local (principalmente em épocas de chuva), uma vez que o seu
poder calorífico real de combustão tem a diminuir muito com o aumento da
umidade.
Pode-se verificar também, que para aquecer uma área muito grande de
piscinas, como no caso do clube, o sistema solar, chegaria a um grande grau
de complexidade. Para a utilização do aquecedor solar reciclável, a sua
aplicação seria considerada inviável, pois além de uma imensa área necessária
para a instalação dos coletores, o número de materiais a serem utilizados,
alcançou valores fora do padrão (mais de 700 mil garrafas pet), o que
dificultaria muito a sua instalação e principalmente a manutenção deste
sistema.
A tabela 19 apresenta os dados que foram analisados destes três
sistemas de aquecimento para piscinas.
81
Tabela 19. Dados comparativos - sistemas de aquecimento das piscinas.
Sistema
Potência do
sistema (Kcal/h)
Utilização média no mês* (hrs)
Emissão gases
poluentes
Gasto mensal
(R$) Vantagem Desvantagem
Diesel 450.000 232,5 elevada 12.900,00
-Praticidade de operação
-Emissão de CO2
-Potência elevada
-Gastos elevados
Lenha 180.000 488,25 baixa 5.614,71 -Energia renovável
-Dificuldade de estocagem e
manuseamento da lenha
Solar - - baixa -
-Energia renovável
-Dependência de dias com sol
-Sem gastos com
combustíveis em dias de
sol
-Grande área necessária
para os coletores
Fonte: Autor, 2008. (*) média do tempo de utilização dos meses de janeiro e julho.
4.4.2 ANÁLISE DO CONSUMO RESIDENCIAL.
Através dos cálculos apresentados, pode-se notar a grande diferença do
custo de um banho de 5 minutos para o de 15 minutos, e que o costume de
banhos demorados das pessoas, aumenta de forma significativa os gastos
mensais de uma família, em qualquer uma das três formas de aquecimentos
apresentadas.
O sistema de aquecimento elétrico, que possui fácil instalação, e baixo
preço para sua aquisição, pode se tornar um sistema caro, se não for utilizado
de forma racional.
Os gastos obtidos dos aquecedores a gás, foram maiores que o gasto do
chuveiro elétrico. A maioria dos consumidores que utilizam essa forma de
aquecimento está à procura de um banho mais confortável, pois este sistema
apresenta uma melhor vazão em relação ao sistema elétrico e uma melhor
82
regulagem de temperatura, o que o torna mais atrativo, principalmente para
baixas temperaturas, em invernos mais rigorosos. Para diminuir o custo deste
sistema, poderia ser utilizado um aquecedor mais simples, de valor de mercado
mais barato, e que apresentasse um menor consumo de gás. Ainda, em casas
residenciais, poderia ser usado o botijão comum de 13 kg (P-13), que possui o
subsídio do governo Lula para que seu valor não sofra grandes variações
(R$31,40 em julho de 2008, segundo a ANP, no estado do Paraná).
Ao compararem-se os aquecedores a gás, os gastos mensais estivaram
próximos, com uma pequena margem de economia, ao se utilizar o gás GLP. O
consumidor pode optar por um ou outro, conforme as vantagens que eles
apresentam. O gás natural vem da rede de distribuição direto do encanamento,
com o fornecimento sem interrupção, assim não é necessário ter uma rede
central no condomínio, ou um botijão dentro da residência, como no caso da
utilização do GLP. A dificuldade em se utilizar esse gás é que ele esta
disponível em apenas algumas cidades no país (no caso do estado do Paraná
ele pode ser consumido pelo gasoduto Brasil/Bolívia nas seguintes cidades:
Curitiba, Ponta Grossa, Palmeira, Balsa Nova, Araucária, Campo Largo e São
José dos Pinhais).
A temperatura alcançada pelo aquecedor solar reciclável se manteve
dentro de uma boa margem de aceitação, de forma que a água pudesse
aquecer o suficiente para ser utilizada no banho, nos dias em que o sol esteve
presente. Para um melhor resultado em relação à temperatura da água,
poderia ser utilizado um reservatório com um melhor isolamento, o que
conservaria quente a água por mais tempo. Outra forma de melhorar os
83
resultados seria aumentar o tamanho do coletor, o que aumentaria a
quantidade de água aquecida no reservatório.
A tabela 20 mostra os dados discutidos e comparados entre os
aquecedores residenciais, em banhos de 10 minutos (média dos tempos de
banho utilizados no trabalho).
Tabela 20. Dados comparativos - sistemas de aquecimento residenciais.
Sistema Preço
equipamento (R$)
Gastos mensais p/ 4 pessoas(*)
(R$)
Vantagem Desvantagem
elétrico 50,00 38,78
-Fácil instalação -Vazão limitada
-Baixo preço de aquisição
-Utilização de energia elétrica
Gás- glp 649,00 110,00 -Boa Vazão -Risco de
vazamento Gás - gn 649,00 115,20
Solar reciclável
74,00** -
-Sem custo de aquecimento
em dias de sol
-Constante acionamento
de um sistema auxiliar, em
dias sem sol.
Fonte: Autor, 2008. (*) banhos de 10 minutos. (**) considerando apenas o valor do coletor (são necessários 5 módulos de R$ 14,80, como consta nos resultados).
84
5 CONCLUSÕES
Neste trabalho foi verificada a utilização de fontes renováveis de energia
em aplicações objetivas e práticas ao cotidiano. Através de estudos, e da
busca por informações atuais, pode-se aprimorar o conhecimento em relação a
essa área. Assim, tornou-se realizável a montagem do aquecedor, e a
elaboração de métodos de pesquisa, para obtenção de dados que serviram
como base para comparações entre os diferentes sistemas de aquecimento de
água. Dessa forma foi possível verificar até que ponto, o uso das fontes
alternativas de energia, pôde ser favorável.
No caso da utilização residencial o aquecedor solar reciclável,
apresentou-se, simples, prático, e vantajoso, como pode ser visto nos
resultados do trabalho. Se a este aquecedor, for inserida uma fonte auxiliar de
energia, os índices de economia obtidos, deverão ser satisfatórios em relação
aos gastos mensais em uma residência. O mesmo sucesso não ocorreria caso
esse aquecedor solar fosse usado para aquecer as piscinas do clube. A obra
atingiria grandes proporções, com um grande número de materiais utilizados
para sua confecção, o que dificultaria muito a sua manutenção. Vale lembrar
que as comparações em relação ao sistema de aquecimento solar deste
trabalho, foram baseadas no aquecedor solar de materiais recicláveis, portanto
se ao invés do aquecedor com materiais recicláveis, construído neste trabalho,
fosse instalado um aquecedor similar (comercial), com materiais de melhor
qualidade, mais compacto e com maior eficiência (que aquecesse a água sem
85
que fosse necessária uma área tão grande de painéis solares), a realização do
aquecimento solar para as piscinas do clube, talvez fosse plausível. Neste
caso, uma análise sucinta em relação a outro tipo de equipamento deveria ser
feita, para tornar viável a aplicação de aquecedor solar comercial.
A utilização da biomassa foi vantajosa financeiramente, porém com uma
dificuldade maior em ser operada, em relação ao sistema convencional que
utiliza combustível fóssil (diesel). Além da economia apresentada, essa energia
é considerada limpa, com baixa taxa de emissão de gases nocivos ao meio
ambiente. É importante ressaltar, que a lenha, para ser utilizada é necessária
ser regulamentada pelo IBAMA, e muitas vezes não é isso que ocorre.
Dependendo do grau de irregularidade, ao invés de se colaborar com a
redução das emissões de carbono, estaríamos colaborando com o
desmatamento de grandes áreas, o que pode acarretar em problemas
ecológicos ainda maiores. Isso deixa claro que os problemas ambientais
relacionados ao aquecimento global, devem ser solucionados de maneira
racional, visando minimizar as emissões de carbono gradualmente.
Ao utilizar um simples aquecedor de material reciclável, já foi possível
obter resultados satisfatórios, tanto financeiramente, como no âmbito ecológico
ao se gerar energia limpa. Assim pode-se concluir que com os incentivos
governamentais, e financeiros sobre pesquisas de energias alternativas (que
vêm ocorrendo), deverão impulsionar o crescimento tecnológico desta área, e
se essas energias forem usadas de forma racional, sem exageros, elas farão
cada vez mais parte do nosso dia a dia, e irão colaborar com um
desenvolvimento sustentável.
86
REFERÊNCIAS
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CTGAS. Dados de unidades de conversão. Disponível em: <http://www.ctgas.com.br/informacoes/publicacoes/dados_unidade_conversao.pdf>. Acesso em: 12 set. 2008.
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87
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EXAME. Edição especial: negócios & sustentabilidade. São Paulo: Editora Abril. mar. 2008.
FOLHA DE LONDRINA. Uso da água da chuva reduz conta do condomínio. Folha de Londrina. Londrina, 3 jun. 2007. Imobiliária & Cia.
GHISI, Enedir; GUGEL, Eloir Carlos. Instalações Prediais de Água Quente. Disponível em: <http://www.labeee.ufsc.br/arquivos/publicacoes/ecv5317_agua-quente_04_2005.pdf>. Acesso em: 25 mar. 2008.
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88
MINIPA. Fabricação e distribuição de instrumentos de medição. Disponível em: <http://www.minipa.com.br>. Acesso em: 01 de set. 2008.
MINISTÉRIO de minas e energia. Balanço energético nacional. Disponível em: <http://www.mme.gov.br>. Acesso em: 29 abr. 2008.
PAMPLONA, Nicola. Governo vai incentivar a energia solar. O Estado de São Paulo, São Paulo, 26 agosto 2007. Disponível em: <http://www.estadao.com.br/estadaodehoje/20070826/not_imp41038,0.php>. Acesso em: 19 jul. 2008.
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PORTAL DA PREFEITURA DA CIDADE DE SÃO PAULO. Energia Solar: Novos prédios terão que instalar aquecedores na cidade. Disponível em: <http://www2.prefeitura.sp.gov.br/noticias/sec/habitacao/2008/02/0008>. Acesso em: 19 jul. 2008.
TEKENGE ENGENHARIA. Aproveitamento da Água da Chuva. Londrina, 2008. Palestra proferida no auditório do CREA-PR.
UMA VERDADE INCONVENIENTE. Produção de Lawrence Bender, Scott Burns, Scott Z. Burns, Laurie David, direção de Davis Guggenheim, estrelando Al Gore. Barueri/Sp: Paramount Pictures Brasil, 2006. 1 DVD Video (96min): Widescreen, Ntsc, Dolby Digital 5.1, col., legendado. Documentário.
WALISIEWICZ, Marek. Energia Alternativa. São Paulo: Publifolha, 2008.
89
ANEXOS
ANEXO A
Aquecedor a diesel para piscinas da marca CWL modelo AT900.
Este equipamento possui as seguintes especificações:
a) Capacidade: para piscinas de até 920m³.
b) Queimadores: possui dois queimadores automáticos que trabalham em
paralelo. A proteção do queimador é feita pela fotocélula. Possui programador
para assegurar a seqüência operacional. Constituídos de dois tubos flexíveis,
uma flange de amianto, dois niples para tubos flexíveis, um jogo para
articulação fotocélula, bomba de óleo, programador, turbina, pistão, resete,
sinalização de alarme, regulagem de combustão, garfo eletrodo, três filtros de
óleo e um bico motor da turbina.
c) Parte interna do aquecedor:
• Caixa de fogo: é também conhecida por caixa de queima, é constituída
de tubo shedeller de 2” por 4mm de espessura, com chapa de aço de
1/2” para fechamento.
• O design da caixa é apropriado para adaptação dos queimadores.
• É constituídos de 8 tubos para sua limpeza, quando necessário.
• Contem dois visores para análise e queima.
• Saída bilateral da chaminé.
90
d) Serpentinas (trocador de calor):
• Fabricados em tubos de cobre classificação A.
• Uma unidade por ambiente aquecido (piscina de natação, piscina de
hidroginástica e piscinas de biribol).
e) Termostato:
• Cada equipamento possui um termostato mecânico para controle de
temperatura interna.
• Um termostato digital para cada serpentina, podendo assim controlar
varias temperaturas em um único aquecedor.
f) Caixa de expansão:
• Encontra-se em cima do aquecedor feita em chapa de ferro.
• Contem uma bóia de alimentação.
• Grande ponto de segurança, pois mesmo que a água entre em ebulição
não há o perigo de compressão, pois a pressão pode sair pelo vaso de
expansão.
g) Chaminé: Chaminé de ferro para saída de gases.
h) Acabamento:
• Protegido termicamente com mantas de lã de vidro.
• Acabamento externo de chapas galvanizadas e cantoneiras de alumínio.
• Pintura externa em preto fosco vinilico.
91
i) Quadro de Comando:
• 1 caixa de aço
• 4 termostatos digitais
• 4 chaves automático/digital
• Disjuntor mestre
• Disjunto proteção
• Contactora auxiliar
• Proteção do sistema
