UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA “JÚLIO DE MESQUITA FILHO”
FACULDADE DE CIÊNCIAS AGRONÔMICAS
CÂMPUS DE BOTUCATU
ANÁLISE COMPARATIVA DA VIABILIDADE ECONÔMICA
DA UTILIZAÇÃO DE COLETORES SOLAR
PARA AQUECIMENTO DE ÁGUA
WAGNER APARECIDO ISMANHOTO
Orientador: Prof. Dr. Ângelo Cataneo
Dissertação apresentada à Faculdade de
Ciências Agronômicas da UNESP – Câmpus
de Botucatu, para obtenção do título de Mestre
em Agronomia – Área de Concentração em
Energia na Agricultura.
BOTUCATU-SP
Dezembro – 2004
0
A minha família, que compreendeu a importância desta fase na minha
vida acadêmica.
Aos amigos, que sempre estiveram presentes nesta caminhada.
DEDICO
1
AGRADECIMENTOS
Ao meu Orientador, Prof. Dr. Ângelo Cataneo, pela dedicação,
credibilidade e apoio ilimitado, principalmente nos momentos mais difíceis;
Aos meus colegas da Faculdade de Ciências Econômicas de Bauru,
pelo incentivo e pela disponibilidade em colaborar quando solicitados.
Ao Prof. Ms. Ítalo Alberto Gatica Ríspoli, Engenheiro Civil,
doutorando na FEC-UNICAMP , pela inestimável colaboração no fornecimento de dados
para a preparação deste trabalho.
A DEUS, fonte de toda a inspiração e a quem me apeguei,
principalmente, nos momentos mais complicados.
2
SUMÁRIO
LISTA DE QUADROS ........................................................................................................... IV
LISTA DE FIGURAS ............................................................................................................... V
1. RESUMO .............................................................................................................................. 1
SUMMARY ............................................................................................................................... 3
2. INTRODUÇÃO .................................................................................................................... 5
3. REVISÃO DA LITERATURA ............................................................................................ 8
3.1 Alternativas econômicas ................................................................................................. 8
3.2 Análise de decisão ......................................................................................................... 11
3.3 A estrutura e as etapas de um projeto ........................................................................... 15
3.4 Introdução ao risco nas decisões de investimento ........................................................ 16
3.4.1 Fundamentos básicos de probabilidade .............................................................. 16
3.4.2 Medidas estatísticas para o estudo do risco ........................................................ 17
3.5 Os métodos de Análise de investimento ....................................................................... 19
3.6 Fontes energéticas ......................................................................................................... 21
3.6.1 O sol como alternativa econômica ...................................................................... 23
3.6.2 Aproveitamento térmico...................................................................................... 26
3.6.3 O efeito estufa ..................................................................................................... 28
3.7 Os coletores solar ......................................................................................................... 30
3.7.1 O rendimento global .......................................................................................... 31
3.7.2 A aplicação doméstica ........................................................................................ 32
3.8 A análise econômico-financeira da alternativa ............................................................. 33
3.8.1 Métodos de análise de investimento ................................................................... 33
3.8.1.1 Prazo de retorno (pay-back) ................................................................... 34
3.8.1.2 Taxa interna de retorno (TIR) ................................................................ 34
3.8.1.3 Valor presente líquido (VPL) ................................................................. 36
4. MATERIAL E MÉTODOS ................................................................................................ 37
4.1 Material ......................................................................................................................... 37
4.1.1 Aquecedor de água por energia solar em plástico ............................................... 38
3
4.1.1.1 Características técnicas do equipamento ................................................ 38
4.1.1.2 Funcionamento ....................................................................................... 39
4.1.1.3 Abastecimento ........................................................................................ 40
4.1.1.4 Instalação do equipamento ..................................................................... 40
4.1.1.5 Um sistema convencional ...................................................................... 42
4.1.1.6 Detalhamento dos componentes do equipamento .................................. 42
4.1.1.7 custo de aquisição do equipamento ........................................................ 44
4.1.2 Aquecedor solar de baixo custo (ASBC) ............................................................. 44
4.1.2.1 Características técnicas do equipamento ................................................ 44
4.1.2.2 Funcionamento ....................................................................................... 46
4.1.2.2.1 Reservatório ............................................................................ 47
4.1.2.2.2 Coletor ..................................................................................... 48
4.1.2.2.3 Misturador de água quente e sistema de apoio térmico .......... 49
4.1.2.2.4 Sistema hidráulico ................................................................... 49
4.1.2.3 Manufatura dos componentes ................................................................ 49
4.1.2.4 Custo para a montagem do equipamento ............................................... 53
4.1.3 Chuveiro elétrico . ................................................................................................ 53
4.2 Métodos ......................................................................................................................... 54
4.2.1 Análise comparativa.............................................................................................. 55
4.2.1.1 Quilowatt hora (KWh) ............................................................................. 55
4.2.1.2. Quilo caloria (Kcal) ................................................................................ 55
4.2.1.3. Relação entre KWh e Kcal ...................................................................... 57
4.2.2 Prazo do retorno do investimento (pay-back) ...................................................... 57
4.2.2.1 Comparação do prazo de retorno do investimento
com a vida útil do bem ......................................................................... 58
4.2.3 Taxa interna de retorno (TIR) .............................................................................. 59
4.2.4 Valor presente líquido (VPL) ............................................................................... 61
5. RESULTADOS E DISCUSSÃO ........................................................................................ 63
5.1 Taxa mínima de atratividade (TMA) ............................................................................. 63
5.2 Custos do aquecedor de água por energia solar em plástico .......................................... 65
5..2.1 Análise do custo de aquisição do aquecedor de água por energia
4
solar em plástico ............................................................................................... 66
5.3 Custos do aquecedor solar de baixo custo (ASBC) ....................................................... 69
5.3.1 análise do custo de aquisição do aquecedor solar de baixo
custo (ASBC) ................................................................................................... 69
5.4 Análise comparativa da eficiência dos dois modelos apresentados ............................... 71
5.5 Custos da aquisição e manutenção do sistema convencional
(chuveiro elétrico) ............................................................................................ 76
5.6 Análise da viabilidade econômica da substituição do sistema convencional
(chuveiro elétrico) pelo aquecedor solar de baixo custo (ASBC) .................... 76
5.6.1 Prazo de retorno (pay-back) ................................................................................ 80
5.6.2 Taxa interna de retorno ....................................................................................... 80
5.6.3 Valor presente líquido ......................................................................................... 82
6. CONCLUSÕES .................................................................................................................. 84
7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................ 87
APÊNDICE .............................................................................................................................. 90
5
LISTA DE QUADROS
Quadro
Página
1 – Distribuição de probabilidades dos fluxos de caixa previstos ........................................... 17
2 – Fontes energéticas realizadores de trabalho ....................................................................... 22
3 – Propriedades de alguns revestimentos seletivos ................................................................ 30
4 – Modelos disponíveis de aquecedor de água por energia solar em plástico ........................ 44
5 – Quantidade de coletores solar de acordo com a região ...................................................... 50
6 – Ferramentas e complementos necessários para a montagem do ASBC ............................ 51
7 – Peças e complementos necessários para a montagem de um reservatório térmico ........... 52
8 – Média ponderada de alguns indicadores financeiros ......................................................... 64
9 – Custo de aquisição do aquecedor de água por energia solar em plástico .......................... 65
10 – Custos de aquisições dos componentes para a montagem do aquecedor solar
de baixo custo (ASBC) ................................................................................................ 70
11 – Comparação entre o aquecedor de água por energia solar em plástico e o
aquecedor solar de baixo custo (ASBC) – temperatura em graus Celsius ................... 71
12 – Comparativo de custo por gradiente de temperatura ....................................................... 75
13 – Custo de aquisição e manutenção do sistema convencional (chuveiro elétrico) ............. 76
14 – Custos para implementação de alternativas para o aquecimento de água ....................... 77
15 – Fluxo líquido de caixa ...................................................................................................... 79
6
LISTA DE FIGURAS
Figura
Página
1 – Dinâmica de ações ao longo do ciclo de vida de um projeto ..............................................12
2 – Ciclo de correlação entre necessidades, soluções e requisitos do projeto ......................... 13
3 – Dinâmica do método de Kepner e Tregoe ..........................................................................14
4 – Distribuições de probabilidades das alternativas de investimentos ................................... 19
5 – Conversão direta da energia solar em energia elétrica ........................................................25
6 – Placa coletora ......................................................................................................................27
7 – Uma variante do efeito estufa .............................................................................................28
8 – Coletor solar .......................................................................................................................31
9 – Sistema doméstico de aquecimento ....................................................................................32
10 – Efeito do termo-sifão ........................................................................................................33
11 – Metodologia de cálculo da taxa interna de retorno (TIR) .................................................35
12 – Metodologia de cálculo do valor presente líquido (VPL) .................................................36
13 – Características técnicas do equipamento ..........................................................................39
14 – Sistema de abastecimento do equipamento .......................................................................40
15 – Posicionamento quanto a inclinação .................................................................................41
16 – Modelo de instalação convencional ..................................................................................42
17 – Componentes do aquecedor de água por energia solar em plástico ..................................43
18 – Reservatório térmico em isopor e filme PVC .................................................................. 45
19 – Operação de um aquecedor solar de baixo custo (ASBC) ............................................... 47
20 – Montagem da placa coletora em um aquecedor solar de baixo custo (ASBC) ................ 48
21 – Fluxo de caixa para aquisição do aquecedor de água por energia solar em plástico ....... 66
22 – Influência da hora do dia na temperatura de água dos reservatórios térmicos ................ 72
23 – Comparação da gradiente de temperatura entre os dois modelos analisados .................. 73
24 – Influência da hora do dia na gradiente de temperatura entre as águas dos
reservatórios térmicos e o ambiente ............................................................................. 73
25 – Fluxo de caixa – aquecedor solar de baixo custo ............................................................. 78
26 – Fluxo de caixa – chuveiro elétrico ................................................................................... 78
27 – Fluxo líquido de caixa ...................................................................................................... 79
7
LISTA DE FIGURAS
Figura
Página
1 – Dinâmica de ações ao longo do ciclo de vida de um projeto ..............................................12
2 – Ciclo de correlação entre necessidades, soluções e requisitos do projeto ......................... 13
3 – Dinâmica do método de Kepner e Tregoe ..........................................................................14
4 – Distribuições de probabilidades das alternativas de investimentos ................................... 19
5 – Conversão direta da energia solar em energia elétrica ........................................................25
6 – Placa coletora ......................................................................................................................27
7 – Uma variante do efeito estufa .............................................................................................28
8 – Coletor solar .......................................................................................................................31
9 – Sistema doméstico de aquecimento ....................................................................................32
10 – Efeito do termo-sifão ........................................................................................................33
11 – Metodologia de cálculo da taxa interna de retorno (TIR) .................................................35
12 – Metodologia de cálculo do valor presente líquido (VPL) .................................................36
13 – Características técnicas do equipamento ..........................................................................39
14 – Sistema de abastecimento do equipamento .......................................................................40
15 – Posicionamento quanto a inclinação .................................................................................41
16 – Modelo de instalação convencional ..................................................................................42
17 – Componentes do aquecedor de água por energia solar em plástico ..................................43
18 – Reservatório térmico em isopor e filme PVC .................................................................. 45
19 – Operação de um aquecedor solar de baixo custo (ASBC) ............................................... 47
20 – Montagem da placa coletora em um aquecedor solar de baixo custo (ASBC) ................ 48
21 – Fluxo de caixa para aquisição do aquecedor de água por energia solar em plástico ....... 66
22 – Influência da hora do dia na temperatura de água dos reservatórios térmicos ................ 73
23 – Comparaçao da gradiente de temperatura entre os dois modelos analisados .................. 74
24 – Influência da hora do dia na gradiente de temperatura entre as águas dos
reservatórios térmicos e o ambiente ............................................................................. 74
25 – Fluxo de caixa – aquecedor solar de baixo custo ............................................................. 79
26 – Fluxo de caixa – chuveiro elétrico ................................................................................... 79
27 – Fluxo líquido de caixa ...................................................................................................... 80
1
1. RESUMO
O grande problema que a sociedade moderna deverá equacionar, sem
dúvida, é a questão do abastecimento energético.
A questão do crescimento e desenvolvimento econômico da
humanidade passa, necessariamente, pelo desafio prático e material de buscar criar fontes
energéticas alternativas que possam garantir a existência da indústria, nossos meios de
transporte, a vida urbana e até mesmo a agricultura.
Durante anos, a humanidade conseguiu sobreviver com fontes
energéticas com base no trabalho braçal e de animais. A criação de fontes de energia
inanimadas, como rodas hidráulicas e moinhos de vento, significaram um importante aumento
na produtividade.
O sol pode ser a solução para a questão do abastecimento energético
no futuro. Estudos revelam que somente este ano, o sol lançará sobre o globo terrestre, 4.000
vezes mais energia que consumiremos.
O presente estudo tem como objetivo analisar propostas, e fazer um
estudo da viabilidade econômica de alguns sistemas para o aproveitamento desta fonte de
energia limpa, inesgotável e gratuita, em se tratando de aquecimento de água para fins
domésticos, principalmente como forma alternativa de propiciar às pessoas mais afastadas dos
centros economicamente desenvolvidos, uma melhor qualidade de vida e fazer uma
comparação com os sistemas tradicionais de aquecimento de água.
2
Considerando que o homem do campo, por questões técnicas,
geográficas e econômicas, foi ao longo do tempo sendo privado de alguns benefícios que são
comuns nas cidades, mas não tão comuns a eles, e que estas privações têm impacto direto em
sua qualidade de vida e na produtividade, se torna importante encontrar alternativas simples de
geração de energia que possa ser difundida de forma a propiciar que cada cidadão construa de
forma barata, através de materiais reciclados, utilizando elementos que lhe são familiares,
instrumentos que permitam captar e transformar a energia mais abundante da terra: a energia
solar.
O presente estudo analisa a viabilidade econômica da implantação de
sistemas alternativos de aquecimento de água, através da energia solar, principalmente para os
indivíduos que não possuem o serviço de fornecimento de energia elétrica, recomendando a
implantação do aquecedor solar de baixo custo (ASBC), considerando o seu bom desempenho
técnico e seu custo menor se comparado a outra alternativa (aquecedor de água por energia
solar em plástico).
Quanto à comparação dos sistemas de aquecimento solar – aquecedor
solar de baixo custo (ASBC) – com o sistema tradicional de aquecimento de água (chuveiro
elétrico) - fica provado que, economicamente, o valor investido para a montagem do sistema
alternativo é recuperado em um prazo reduzido (aproximadamente 15 meses), mesmo
considerando o uso complementar do sistema de aquecimento tradicional (chuveiro elétrico)
por aqueles pessoas que tem esta outra alternativa.
Considerando a vida econômica da alternativa selecionada de 6 anos, o
retorno do capital investido em 15 meses, pode-se concluir pela viabilidade econômica da
alternativa apresentada (aquecedor solar de baixo custo).
3
ANALYZE COMPARATIVE OF THE ECONOMIC VIABILITY OF THE SOLAR USE OF
COLLECTORS FOR HEATING OF WATER.
Botucatu, 2004. 94p. Dissertação (Mestrado em Agronomia / Energia na Agricultura) Faculdade de Ciências Agronômicas, Universidade Estadual Paulista.
Author: WAGNER APARECIDO ISMANHOTO
Adviser: ANGELO CATANEO
SUMMARY
The biggest problem that society should solve, unquestionably, is the
matter of energetic supply.
The question of economic and development growth of mankind go
necessarily through practical and material challenge of trying to create alternative energetic
sources, which may guarantee the industry existence, our means of transportation, the urban
life and even the agriculture.
For many years the mankind has managed to survive with energy
sources based on country work and on animal traction. The creation of inanimate energy, such
as hydraulic wheels and windmills, meant an important increase in the productivity.
The sun may be the solution for the matter of energetic supply in the
future. Studies show that only this year, the sun will throw out 4,000 times more energy on the
Earth that we will consume.
This study aims to analyze proposals and also to study economic
viability of some systems in order to make the most of this clean, inexhaustible and free
energy. By dealing with water heating for household use, mainly, as an alternative way to help
people living far from economically well-developed centers, a better life quality and also to
compare the existing and traditional water heating system.
Whereas the country man, for technical, geographic and economic
reasons, has been foregone from some benefits which are common in the city, but not so
common to them, and these privations have direct impact on their life quality and also on their
4
productivity, this becomes important to find simple alternatives of generating energy that can
be spread in order to help each citizen build cheaply through recycled material, by using
familiar elements, instruments that can collect and transform the most plentiful energy on the
Earth: the solar energy.
The present study analyzes the economic viability of the implantacion
of alternative systems of heating of water, through the solar energy, mainly for the individuals
that don't possess the service of supply of electric energy, recommending the implantacion of
the solar heater of low cost (ASBC), considering its good acting technician and its smaller if
compared cost the other alternative (heater of water for solar energy in plastic).
With relationship to the comparison of the systems of solar heating - solar heater of low cost
(ASBC) - with the traditional system of heating of water (electric shower) - it is proven that,
economically, the value invested for the assembly of the alternative system is recovered in a
reduced period (approximately 15 months), same considering the complement use of the
system of traditional heating (electric shower) for those people that he/she has this other
alternative.
Considering the economic life of the 6 year-old selected alternative, the
return of the capital invested in 15 months, it can be concluded by the economic viability of
the presented alternative (solar heater of low cost).
5
2. INTRODUÇÃO
O novo desafio da humanidade é encontrar formas alternativas de
geração de energia. Muitos estudos estão sendo realizados na tentativa de encontrar uma fonte
de energia que seja tecnicamente e economicamente viável. Porém, uma nova restrição está
determinando estes estudos: a preocupação ecológica.
Nesses novos tempos, onde as fontes convencionais de geração de
energia estão se tornando cada vez mais raras e portanto caras, no sentido inverso, aumenta a
importância do estudo na determinação de fontes alternativas baratas, renováveis e de baixo ou
nenhum impacto ambiental.
Até hoje, não se conhece nenhuma alternativa energética tão poderosa
quanto a energia solar. Embora os estudos e o desenvolvimento tecnológico estejam apenas no
início, é perfeitamente possível vislumbrar que a médio e longo prazo, esta será, sem dúvida, a
fonte de energia que ditará e impulsionará o funcionamento da economia mundial.
Por ora, se observa a utilização desta fonte de energia em atividades
específicas e preliminarmente pode ser observada uma eficiência significativa, tanto do ponto
de vista técnico quanto econômico.
Portanto, uma fonte de energia, ecologicamente correta, deve ser
popularizada. Faz-se necessário desenvolver tecnologia de captação de energia solar de baixo
custo que possa levar a todas as pessoas, principalmente aquelas, para as quais as fontes de
energias convencionais não são disponíveis, seja por questões geográficas, técnicas ou
econômicas, uma melhor qualidade de vida.
6
Este estudo propõe a análise de alternativas técnicas e econômicas,
representadas pela utilização de materiais de baixo custo, que possam propiciar condições de
aproveitamento da energia solar, como forma alternativa para melhorar o conforto térmico das
pessoas e a utilização para fins de produção.
Atualmente, existem alternativas de substituição de fontes de energia
por um tipo de energia inesgotável e relativamente barata: a energia solar.
Pode-se observar que para fins residenciais, a energia solar está sendo
encarada como uma alternativa interessante na melhoria do conforto térmico, via aquecimento
de água.
Porém, em função dos preços praticados pelo mercado, a tecnologia
ainda não pode ser popularizada, pois apresenta um alto custo de implantação.
Portanto, o objetivo deste estudo é analisar a viabilidade econômica da
utilização de coletores solar de baixo custo para aquecimento de água, como instrumento para
promover conforto térmico àquelas pessoas que hoje não são atendidas por fontes de energia
que possam propiciar o aquecimento de água, ao mesmo tempo em que investiga a viabilidade
econômica, via redução substancial nos custos para os indivíduos que hoje dispõem do sistema
tradicional de aquecimento de água para fins domésticos.
Este segundo fator, pode ser mensurado, considerando pesquisas feitas
por companhias de fornecimento de energia elétrica dos estados brasileiros, que indicam que o
chuveiro elétrico corresponde por até 65% do consumo de energia elétrica de uma residência.
Evidente está que esta afirmação depende das regiões diversas, sendo
que, em regiões mais quentes o ar condicionado pode representar um custo ainda maior.
Tomando por base os dados solarimétricos do Brasil, há regiões que
proporcionarão 65% de economia e outras regiões, as mais quentes, poderão atingir até 80%
de economia anual, na geração de água quente com a substituição das fontes convencionais de
geração de energia pelo aproveitamento da energia solar.
A simples questão econômica já justificaria a proposta do presente
estudo; porém, soma-se a ela o fato de que a energia solar é ecologicamente correta, limpa,
inesgotável e gratuita, contribuindo, também para reduzir o aquecimento do globo terrestre,
via substituição de outras fontes de energia, que na maioria das vezes, são escassas e, portanto,
caras.
7
Como
simples
comparação
que
corrobora
as
observações
anteriormente enumeradas, a utilização da energia solar como fonte alternativa no
aquecimento de água para abastecer uma família composta de 4 pessoas, poderia promover a
economia de 55 kg de GLP/ano, 66 litros de diesel/ano, 215 kg de lenha/ano e a não inundação
de cerca de 56 m2 para a geração da energia elétrica.
Dentre as várias aplicações da energia solar térmica, que contempla o
aquecimento de piscinas, banheiras, cozinhas, vestiários, caldeiras, etc., o presente estudo visa
criar alternativas para o aproveitamento desta fonte de energia no aquecimento de água para
uso pessoal ou para utilização em procedimentos de produção.
Neste novo milênio, devemos voltar os nossos olhos ao sol, que
independente de receber várias definições – de deus a centro de nosso sistema planetário, é
sem sombra de dúvida, a fonte de energia alternativa do futuro.
Porém, os métodos de captação e conversão da energia solar devem ser
melhorados do ponto de vista técnico e econômico. Os preços dos equipamentos não
estimulam o aproveitamento da energia solar, não permitindo que o sistema se torne popular,
inibindo desta forma a melhoria na qualidade de vida, daquelas pessoas que estão distante dos
centros mais desenvolvidos.
O presente trabalho busca analisar a utilização de equipamentos, no
interior do Estado de São Paulo, que tem como objetivo coletar a energia solar, com custo de
aquisição mais baixo, verificando a sua viabilidade econômica se comparada com outros
equipamentos convencionais para aquecimento de água.
Diante
da
nova
conjuntura
energética
mundial,
desenvolver
alternativas, economicamente viáveis, para promover o uso mais racional da energia elétrica,
via sistemas alternativos, como fonte para o crescimento econômico de todas as nações, é
mais do que uma questão puramente econômica, mas sim, uma questão de sobrevivência e
que,
sem
dúvida,
vai
criar
uma
nova
geografia
econômica
no
planeta.
8
3. REVISAO DE LITERATURA
3.1 Alternativas econômicas
A análise da viabilidade técnica, econômica e financeira da utilização
de materiais alternativos na montagem de captadores de energia solar para redução de custos e
popularização do sistema na agricultura, envolve além dos métodos convencionais de análise
de investimento, avaliações de utilidades e possibilidades de adequação do comportamento das
pessoas envolvidas a essa nova tecnologia.
Faz-se necessário avaliar as alternativas para a possível tomada de
decisão. E neste sentido, a utilização da engenharia econômica, de acordo com Hirschfeld
(1986), pode ser aplicada seus conhecimentos e alternativas oriundas de fatores técnicos,
financeiros e sociais, procurando encontrar aquela que forneça a otimização de recursos.
Segundo Hirschfeld (1986), alternativas são os vários cursos que uma
ação pode tomar para alcançar objetivos. Entre os vários objetivos a serem alcançados existem
os benefícios tangíveis e os benefícios intangíveis.
Benefícios tangíveis são aqueles que podem ser expressos em valores
econômicos. Assim, imaginemos a construção de uma edificação que constituirá um
empreendimento imobiliário. De acordo com as técnicas a serem utilizadas, poderão surgir
diferentes alternativas econômicas que ensejarão possibilidades de discussão com a finalidade
de ser selecionada a alternativa mais conveniente.
9
Benefícios intangíveis são aqueles que não podem ser expressos em
termos econômicos. Entre tais benefícios, poderíamos citar os de interesse social ou político e
os de segurança, considerados por ocasião do exame de alternativas, e que têm por escopo, o
objetivo desejado.
Estudos provam que em grande parte dos casos, um mesmo projeto
pode se compor de benefícios tangíveis e intangíveis, sendo ambos analisados quando do
estudo de viabilidade do empreendimento.
O estudo de viabilidade de um projeto, pode ser resumido como uma
busca incessante de informações para verificar seus objetivos, analisando as informações
existentes sobre o mesmo e dividindo o seu estudo em algumas áreas. Analisar as alternativas
econômicas em busca da decisão a ser tomada constitui o grande desafio de quem realiza os
estudos.
A decisão é uma alocação de recursos a uma das alternativas
econômicas; possibilitando sua execução. É necessário tomar muito cuidado no julgamento
das alternativas econômicas, pois a alocação de recursos inicia um processo de execução, o
qual, na maior parte das vezes, é irreversível. A alternativa julgada mais conveniente necessita
estar bem lastreada em bases seguras, para não incorrer em erros irreparáveis que o tempo se
encarregará de demonstrar.
Ainda, segundo Hirschfeld (1986), há que considerar também o risco,
que expressa uma probabilidade de obter resultados insatisfatórios mediante uma decisão.
Existem decisões que são completamente subjetivas e os riscos nelas contidos podem ser
enormes. Entretanto, muitas decisões que, aparentemente, dependem de fatores subjetivos,
podem ser equacionadas por meio de técnicas adequadas, de forma a serem visualizadas
alternativas econômicas que auxiliarão, imensamente, as tomadas de decisões, isentas em
grande parte, de fatores pessoais.
Além da definição dos objetivos, as decisões devem levar também em
consideração os eventos qualitativos não quantificáveis monetariamente.
A seleção de alternativas econômicas, segundo Hummel & Taschner
(1995), requer que as possíveis diferenças entre alternativas sejam claramente especificadas.
Sempre que possível, essas diferenças devem ser quantificáveis numa unidade comum
(geralmente unidade monetária), para fornecer uma base para a seleção dos investimentos. Os
10
eventos não quantificáveis devem ser, entretanto, claramente especificados a fim de que os
responsáveis pela tomada de decisão tenham todos os dados necessários relacionados de forma
a poder tomar a sua decisão.
O fato de selecionar alternativas para a tomada de decisão envolve, em
última análise, a pré-disposição para correr riscos nas decisões de investimento.
Segundo Martins & Assaf Neto (1986), na prática, normalmente, as
decisões financeiras de uma empresa não são tomadas tendo-se total certeza com relação a
seus vários resultados. Na verdade, por estarem tais decisões fundamentalmente voltadas para
o futuro, é imprescindível que se introduza a variável incerteza como um dos mais
significativos aspectos do estudo. Por exemplo, os fluxos de caixa definidos para as decisões
de investimentos são valores previstos de ocorrer ao longo de determinado período de tempo,
não devendo ser dissociada, no processo de análise, da natural incerteza gerada por essa
expectativa.
O conceito básico de probabilidade refere-se à possibilidade (ou
chance), expressa normalmente em porcentagem, de ocorrer determinado evento. (MARTINS
& ASSAF NETO, 1986)
Parece lógico que todos os projetos de certa organização sejam
convergentes em relação a um objetivo geral e permanente de longo prazo. Algumas vezes,
entretanto, esse objetivo de longo prazo não está suficientemente claro para todas as pessoas
que compõem a organização. Quando isto acontece, projetos são concebidos com objetivos
pessoais, mesmo que suas justificativas descrevam resultados positivos para a organização. As
empresas familiares são mais suscetíveis a esse tipo de projeto, porque nelas os objetivos
pessoais são mais facilmente confundidos com os objetivos da empresa. Esse quadro de
objetivos confusos e enviesados tende a permanecer porque os projetos raramente são
avaliados e, portanto, em geral não se sabe ao certo sobre seus impactos causados sobre a
rentabilidade, a qualidade, a produtividade e os custos. (CLEMENTE, 2002)
Outro conceito importante para o tomador de decisão é o de custo de
oportunidade. Para ilustrar esse conceito considere-se, inicialmente, um contexto
determinístico, sem risco. Admita-se que fosse possível ordenar todas as oportunidades
relevantes da aplicação do capital disponível de acordo com alguma medida do ganho
associado a cada uma delas. Segundo Clemente (2002), sendo 1, 2, ..., n as oportunidades de
11
investimento ordenadas de acordo com os ganhos e g1, g2, ... gn esses ganhos, se a decisão for
a melhor possível, essa ordem será rigorosamente seguida, de forma que as “k” oportunidades
contempladas serão as primeiras da ordenação, ou seja, as mais lucrativas. Nesse caso, não se
pode falar de custo de oportunidade, ou pelo menos de custo de oportunidade positivo, uma
vez que a última oportunidade escolhida apresenta ganho pelo menos igual ao da primeira não
escolhida.
3.2 Análise de decisão
A questão central quando se analisam algumas alternativas econômicas
para a implantação de um novo projeto, reside na dificuldade em se tomar decisões,
considerando que muitas são as variáveis que, necessariamente, devem ser contempladas para
tanto.
Estudos revelam que existem muitos mecanismos de análise de
alternativas e tomada de decisão. Várias técnicas podem ser empregadas como instrumento de
redução do risco de insucesso.
Estudos realizados por Menezes (2003), define que todo projeto finito,
apresenta um ciclo de vida. Em determinado momento, ele se inicia, desenvolve durante um
certo período de tempo definido e é finalizado quando seus objetivos fixados são alcançados.
Também é importante destacar que todo projeto possui a sua vida
econômica, ou seja, o período de tempo em que a sua utilização pode ter o benefício
econômico desejado.
Portanto, quando se concebe uma nova alternativa econômica, se torna
necessário fixar a sua vida útil para que seja possível fazer a análise econômica-financeira,
identificando a sua viabilidade dentro de um período pré-determinado.
Várias são as formas que demonstram a dinâmica que envolve a
implementação de uma nova alternativa econômica, buscando mensurar a importância de
todas as fases que envolvem a concepção e implementação.
Desta forma, a dinâmica que domina o ciclo de vida de um projeto, está
apresentada na Figura 1.
12
Necessidades
Seleção
Planejamento
Implementação
Controle do projeto
Avaliação
Avaliação
Avaliação
Conclusão
Figura 1 – Dinâmica de ações ao longo do ciclo de vida de um projeto.
Como pode ser observado, o processo se inicia com a definição da
necessidade, que induz a um desencadeamento de busca de alternativas e análise.
Pode ser observado que a seleção da melhor alternativa é um processo
contínuo de planejamento, implementação, controles e avaliações constantes na busca da
aceitação da melhor alternativa.
Considerando que todo o processo é iniciado a partir do momento que é
identificada a real necessidade de propostas para a solução de um determinado problema ou
busca de oportunidades, importante é, compreender corretamente a real necessidade. A Figura
2 mostra a concepção de Menezes (2003), sobre este ciclo.
13
Figura 2 – Ciclo de correlação entre necessidades, soluções e requisitos do projeto.
A partir do momento em que se identifica a necessidade, analisam-se as
alternativas disponíveis, para verificar as suas viabilidades técnicas e econômicas, a fim de se
tomar a decisão quanto a implementação ou não de uma destas propostas.
O método paramétrico para tomada de decisão se traduz em um
instrumento prático e eficaz.
Desenvolvido por dois consultores norte-americanos, um deles chamado
Kepner e o outro, Tregoe, esse método estimula bastante o emprego do brainstorming em
todo o processo ou em parte dele.
Menezes (2003), define que a partir do momento que um conjunto de
soluções (projetos) que deve ser priorizado, ou identificado qual deles deve ser conduzido,
parte-se para o estabelecimento dos critérios de decisão, e segundo o autor citado, existem dois
tipos:
14
a) os must ou deveres: aqueles que estabelecem limites para as soluções alternativas
apontadas; deveres que, se as alternativas não atenderem, não serão considerados na etapa
seguinte, e
b) os wishes ou desejos: critérios que permitirão aos envolvidos no processo de seleção,
diferenciar qualitativamente as alternativas participantes.
A Figura 3 apresenta a dinâmica do método desenvolvido por Kepner e
Tregoe, estudados por Menezes (2003).
Identifique a
avaliação
Estabeleça
critérios de decisão
Desejos
Limites ou deveres
Identifique e avalie as
soluções alternativas
Identifique se
“pára” ou “continua”
Continua
Peso dos “desejos”
Totalização dos
pontos das alternativas
Considerar a pontuação
mais elevada
Faça uma análise
mais avançada
Selecione a melhor
alternativa
Figura 3 – Dinâmica do método de Kepner e Tregoe.
15
3.3 A estrutura e as etapas de um projeto
Segundo Woiler & Mathias (1996), um projeto pode ser entendido
como um conjunto de informações, que são coletadas e processadas, de modo que simulem
uma dada alternativa de investimento para testar sua viabilidade.
Os aspectos econômicos envolvidos são: mercado, localização, escala;
os aspectos técnicos envolvem as considerações referentes à seleção entre os diversos
processos de produção, à engenharia do projeto, ao arranjo físico dos equipamentos na fábrica
e outros aspectos. Os aspectos financeiros poderão compor o capital, financiamentos, capital
de giro. Os aspectos administrativos dizem respeito à estrutura organizacional que será
necessária para a implantação e para a operação do projeto. Os custos destas estruturas serão
alocados ao projeto no caso do custo operacional e no caso do custo de implantação (custo este
que poderá ser amortizado quando da operação do empreendimento). Os aspectos jurídicos e
legais tendem a apresentar uma relação indireta para com o projeto. Os aspectos do meio
ambiente, supõe vislumbrar os problemas associados à degradação do meio ambiente pela
população, pelos órgãos públicos e pelas empresas privadas (WOILER & MATHIAS, 1996).
De acordo com Buarque (2001), cada setor produtivo e cada projeto
apresenta características próprias de engenharia. Isso obriga os tecnólogos a utilizarem
diferentes metodologias e diferentes formas de apresentação da engenharia conforme o
projeto. Entretanto, em geral, essas metodologias seguem um processo que consiste
basicamente em quatro etapas:
a) ensaios e investigações preliminares;
b) seleção e especificação do processo e dos equipamentos (seleção
de tecnologia);
c) projeto de construção civil e infra-estrutura, e
d) análise de rendimentos.
Para que essas etapas sejam apresentadas de uma maneira clara e
completa na análise da engenharia deve constar:
a) descrição do processo de produção;
b) definição dos equipamentos e da infra-estrutura necessários, e
16
c) quantificação de todas as variáveis envolvidas no processo de
produção.
Alguns fatores devem ser ponderados na estrutura de um projeto, como
a inovação tecnológica que pode se traduzir, segundo Maximiamo (2002), a capacidade de um
projeto de pesquisa e desenvolvimento, produzir resultados comercializáveis. A idéia de
inovação tecnológica está associada a novo produto que chega ao mercado e não simplesmente
ao fato de atingir algum resultado técnico relevante.
3.4 Introdução do Risco nas decisões de investimento
Sempre a análise de um novo projeto exige um exercício de futurologia.
Segundo Martins & Assaf Neto (1986), a análise é feita no presente, porém, tais decisões,
fundamentalmente, são voltadas para o futuro, e desta forma é necessário que se introduza a
variável incerteza como um dos mais significativos aspectos do estudo.
Toda vez que a incerteza associada à verificação de determinado evento
possa ser quantificada, através da atribuição de probabilidades aos diversos
resultados
previstos, diz-se que a decisão está sendo tomada sob uma situação de risco. Dessa maneira, o
risco refere-se basicamente à capacidade de mensurar o estado de incerteza através do
conhecimento das probabilidades associadas à ocorrência de determinados resultados ou
valores.
3.4.1 Fundamentos básicos de probabilidade
Quando se trabalha com probabilidades, para a tomada de decisão de
investimento, o fato de atribuí-la, não se resume, normalmente, a um único resultado (evento)
esperado, mas de acordo com Martins & Assaf Neto (1986), à vários valores possíveis de
ocorrer. O raciocínio básico é dividir os fluxos de caixa (elemento de incerteza de decisão) em
intervalos de valores possíveis, e identificar, em cada um deles, uma probabilidade de
ocorrência.
Ainda de acordo com os autores, uma probabilidade é definida como
objetiva quando se adquire uma experiência passada sobre a qual não resta dúvida de que se
17
repetirá. Por exemplo, a probabilidade de que um artigo saia defeituoso do processo produtivo,
pode ser obtida historicamente através da relação entre o número de vezes que o produto foi
rejeitado pelo controle de qualidade e o número de unidades terminadas em certo período. De
outra forma, a probabilidade subjetiva decorre de eventos novos, sobre os quais não se tem
nenhuma experiência prévia relevante.
3.4.2 Medidas estatísticas para o estudo do risco
Ilustrativamente, são apresentados por Martins & Assaf Neto (1986), os
valores esperados entre dois projetos (A e B). Considerando que é necessário avaliar o risco de
implementação entre estas duas alternativas econômicas e baseando-se em experiências
anteriores em projeções econômicas, formulou-se a seguinte distribuição de probabilidades
dos fluxos de caixa previstos em cada um dos próximos quatro anos:
Quadro 1 – Distribuição de probabilidades dos fluxos de caixa previstos.
____________________________________________________________________________
Alternativa A
Fluxos de Caixa
Probabilidades
Alternativa B
Fluxos de Caixa
Probabilidades
R$ 600,00
0,10
R$ 300,00
0,10
R$ 650,00
0,15
R$ 500,00
0,20
R$ 700,00
0,50
R$ 700,00
0,40
R$ 750,00
0,15
R$ 900,00
0,20
R$ 800,00
0,10
R$ 1.100,00
0,10
____________________________________________________________________________
Fonte: MARTINS & ASSAF NETO, 1986.
18
n
R = ∑ Pk .Rk
k =1
Tomando por base a demonstração, fruto do estudo de Martins & Assaf
Neto (1986), a primeira etapa a ser desenvolvida no estudo do risco é a mensuração do valor
esperado de cada distribuição de probabilidades considerada. Essa medida representa uma
média dos vários resultados esperados, ponderada pela probabilidade atribuída a cada um
desses valores, sendo o seu cálculo processado através da multiplicação das diversas
estimativas pelas respectivas porcentagens (probabilidades de ocorrência) associadas:
Onde: R = retorno (valor) esperado;
Pk = probabilidade de ocorrência de cada resultado;
Rk = valor de cada resultado considerado
Substituindo a expressão para os projetos acima, tem-se:
Valor esperado da Alternativa A:
RA = (0,10 x R$ 600,00) + (0,15 x R$ 650,00) + (0,50 x R$ 700,00) +
(0,15 x R$ 750,00) + (0,10 x R$ 800,00)
RA = R$ 60,00 + R$ 97,50 + R$ 350,00 + R$ 112,50 + R$ 80,00
RA = R$ 700,00
19
Valor esperado da Alternativa B:
RB = (0,10 x R$ 300,00) + (0,20 x R$ 500,00) + (0,40 x R$ 700,00) +
(0,20 x R$ 900,00) + (0,10 x R$ 1.100,00)
RB = R$ 30,00 + R$ 100,00 + R$ 280,00 + R$ 180,00 + R$ 110,00
RB = R$ 700,00
A Figura 4, apresentada por Martins & Assaf Neto (1986), demonstra
graficamente as distribuições de probabilidades das duas alternativas exemplificadas.
Figura 4 – Distribuições de probabilidades das alternativas de investimentos.
3.5 Os métodos de análise de investimento
Segundo Martins & Assaf Neto (1986), basicamente os métodos
quantitativos de análise econômica de investimentos podem ser classificados em dois grupos:
20
aqueles que não levam em conta o valor do dinheiro no tempo, e os que consideram essa
variação através do critério do fluxo de caixa descontado. Em função do maior rigor conceitual
e da importância para as decisões de longo prazo, dá-se atenção preferencial para os métodos
que compõem o segundo grupo. Exceção deve ser feita, no entanto, ao método do tempo de
retorno do investimento (período de pay-back), o qual, apesar de ser formalmente enquadrado
no primeiro grupo, tem grande importância decisória e permite, ainda, o seu cálculo em termos
de valor atualizado.
O método da taxa interna de retorno (TIR) representa, a taxa de
desconto que iguala, em determinado momento de tempo (geralmente utiliza-se a data de
início do investimento – momento zero), as entradas com as saídas previstas de caixa. Para a
avaliação de propostas de investimentos, o cálculo da TIR requer, basicamente, o
conhecimento dos montantes de dispêndio de capital (ou dispêndios, se o investimento previr
mais de um desembolso de caixa), e dos fluxos de caixa incrementais gerados exclusivamente
pela decisão. Considerando que seus valores ocorrem em diferentes momentos, pode-se
afirmar que a TIR, ao levar em conta o valor do dinheiro no tempo, representa na verdade a
rentabilidade do projeto expressa em termos de uma taxa de juros equivalente periódica .
Ainda, segundo Martins & Assaf Neto (1986), o valor presente líquido
(VPL) é obtido pela diferença entre o valor dos benefícios líquidos de caixa previstos para
cada período do horizonte de duração do projeto e o valor presente do investimento.
Porém, algumas características de dados econômicos devem ser
consideradas, pois, segundo Hill & Griffiths & Judge (1999), as relações econômicas
raramente estão livres de choques ou perturbações e os dados econômicos dificilmente estão
isentos de erros de especificação ou mensuração. Em um modelo econométrico, podemos ser
bem precisos quanto a definição de nossas variáveis, ajustamento e grau de agregação, mas,
infelizmente, é raro haver coerência entre os modelos teóricos e os dados econômicos
utilizados em uma análise empírica.
Em uma avaliação social, o projeto é analisado sob o ponto de vista do
seu impacto sobre toda a sociedade e não sobre indivíduos em particular. (EHRLICH, 1986)
A contabilização dos custos e dos benefícios é feita em termos da
sociedade. Assim, em uma sociedade que julgue ser indiferente se propriedades pertencem a
um grupo de indivíduos ou outro, um projeto de desapropriação de uma atividade produtiva
21
das mãos de cidadãos nacionais para o governo, não tem valor algum, pois o resultado líquido
é nulo.
Somente projetos que adicionam algo à sociedade como um todo é que
interessam. A diferença entre avaliações financeiras e econômicas reside em como contabilizar
e valorizar os benefícios e os custos correspondentes.
Ao avaliarmos um projeto, mesmo no contexto mais amplo dos
objetivos sociais, podemos indagar se ele se justifica a “preços e condições de mercado
vigentes”. Se a resposta for positiva, o projeto sustenta sua razão de ser, mesmo que se
respeite uma situação existente – quer ela seja desejável, quer não. De fato, se um projeto se
sustentar a preços vigentes, os responsáveis pela sua operação não necessitarão pedir
constantes subsídios – o que os tornaria vulneráveis do ponto de vista político (em vista desta
dependência).
Ainda, segundo Ehrlich (1986), quando se conclui que os valores
econômicos não conseguem refletir os verdadeiros objetivos sociais, arbitram-se “preços” com
o intuito de avaliar projetos por meio das técnicas tradicionais (valor atual, taxa de retorno,
etc...). É, por exemplo, o caso no qual se valorizam mais bens de produção que bens de
consumo. Isto reflete uma preferência revelada por um consumo futuro, em detrimento de um
consumo no presente.
Segundo Hoji (1999), os riscos e as incertezas incorporam qualquer
projeto. O risco existe em todas as atividades. Tudo o que é feito hoje, visando a um resultado
no futuro, está sujeito a algum grau de risco.
3.6 As fontes energéticas
O aumento pela demanda, cada vez maior, por abastecimento energético
tem-se mostrado como uma constante no mundo moderno. O desafio de suprir as indústrias,
meios de transporte, agricultura, comércio, as próprias pessoas de forma direta e o mundo
como um todo, tem motivado a busca de fontes alternativas que sejam, ao mesmo tempo,
tecnicamente possíveis e economicamente viáveis.
Segundo Fernandes & Guaronchi (2001), por milhares de anos a
humanidade sobreviveu com base no trabalho braçal e animal. As primeiras fontes de energia
22
inanimadas, como rodas hidráulicas e moinhos de vento, significaram um importante
incremento quantitativo do regime de trabalho – ou potência – mas o salto qualitativo só se
produziu a partir dos séculos XVII e XVIII.
Quando se analisa o Quadro 2, verifica-se que, ao longo do tempo, a
humanidade sempre buscou aperfeiçoar suas formas de geração de energia, evoluindo para
fontes energéticas cada vez mais aperfeiçoadas e que provocasse uma relação custo/benefício
cada vez melhor.
Quadro 2 – Fontes energéticas realizadores de trabalho.
____________________________________________________________________________
Fonte energética
Homem
Potência
Observações
80 W
Até 300 W durante período
Burro
180 W
Mula
370 W
Boi
500 W
Cavalo
750 W
Moinho de Água
1,5 – 1,8 kW Roda de alimentação com diâmetro superior a 5 m
Moinho de vento
1,5 – 6,0 kW Moinho de vento típico
Máquina a vapor
5,2 – 7,5 kW Tipo estacionário antigo
Automóvel de 1000cc
45 – 60 kW
Turbina a vapor
até 100 MW
____________________________________________________________________________
Fonte: FERNANDES & GUARONCHI, 2001.
O desenvolvimento do motor de combustão interna e de diversas
turbinas, incrementaram tanto a potência das diversas unidades de produção como o número
total de unidades existentes, e portanto, aumentaram a capacidade de produção do homem e
seu consumo de combustível. O crescimento exponencial desse consumo se iniciou com a
revolução industrial do século XVIII.
23
Necessário é, considerar que os combustíveis fósseis, que representam
hoje 98% da energia produzida no mundo, nas suas várias formas: carvão, petróleo e gás
natural, são limitadas e não renováveis, e considerando o aumento exponencial no consumo de
energia, a interrupção no fornecimento é algo impensável.
Soma-se a isso a questão de que o petróleo, grande fonte energética,
também é importante matéria prima para a indústria química e a sua utilização, reduz a sua
oferta e eleva-se os preços.
A sociedade moderna, mais informada e instruída, preocupada com a
preservação do meio ambiente e a questão da redução do custo de vida, tem levado a
humanidade a refletir melhor sobre a manutenção de nossas reservas esgotáveis de energia e
do desenvolvimento tecnológico no setor de aproveitamento de fontes de energias alternativas.
3.6.1 O sol como alternativa econômica
Por mais de 5 bilhões de anos, o sol, brilha e calcula-se que assim se
manterá por, pelo menos, mais 6 bilhões de anos, lançando anualmente sobre a terra, 4.000
vezes mais energia do que consumimos. Esta irradiação solar em algumas cidades do Estado
de São Paulo, pode ser visualizada no Apêndice 1.
Em um planeta, onde se discutem alternativas energéticas, desprezar
esta fonte de energia, seria insensatez. O sol representa a fonte de energia ideal para o mundo
moderno, considerando tratar-se de uma energia limpa, inesgotável e gratuita.
A terra recebe energia radiante do Sol a um regime de 173x1015 W,
emitindo uma quantidade idêntica. Alguns parâmetros devem ser considerados:
Área projetada da Terra = (6.3 x 106 )2 x 3,14 = 124 x 1012 m2 ;
Constante Solar = 1395 W/m2;
Energia recebida = 124x1012 x 1395 = 173x1015 W
Wolfgang (1981), destaca que esta é uma condição do equilíbrio. A
emissão depende da temperatura da Terra, ou seja, a temperatura do planeta qual o
conhecemos é a temperatura de equilíbrio na qual a admissão é igual à emissão de radiação.
Assim, se a admissão mudasse por qualquer razão, a temperatura de equilíbrio também se
modificaria.
24
Estudos realizados por Ríspoli (2001), revelam que algo em torno de
30% da radiação entrante se reflete sem mudança na amplitude de onda. Cerca de 47% é
absorvida pela atmosfera e pela superfície terrestre, provocando um aumento de temperatura,
que novamente irradia-se para o espaço. Apenas os 23% restantes penetram no sistema
terrestre e provocam os ventos, ondas, correntes, gera o ciclo das águas e define o nosso clima.
De forma indireta, também volta a ser irradiado ao espaço.
Uma quantidade muito pequena desta radiação, algo em torno de 0,02%
(40x1012 W) através da fotossíntese, penetra no sistema biológico das plantas e em outros
organismos.
Desta forma, é perfeitamente possível compreender a formação de
nossas reservas de combustíveis fósseis, que representam apenas uma parte pequena de
energia armazenada como energia química em plantas e tecidos de corpos animais que, por
milhões de anos, sob condições geológicas favoráveis, transformaram-se na forma de carvão e
óleos minerais.
Portanto, Szokolay (1978), conclui que se desejarmos evitar um
esgotamento de nossas reservas de combustíveis fósseis, em função de que o ritmo de
formação de combustíveis é mínimo em comparação com o ritmo de consumo, devemos
desviar o fluxo destas importantes quantidades de energia provenientes do sol e fazer com que
elas trabalhem para nós, antes que se dissipem e sejam irradiadas novamente ao espaço.
Quando são estudadas as formas possíveis de captação de energia solar,
necessário é, classificá-las em três níveis: conversão química, conversão elétrica e térmica.
As formas mais importantes de conversão química da energia solar são
os processos foto-bioquímicos. Os organismos biológicos classificados como produtores
sintetizam carbohidratos a partir de água e dióxido de carbono, absorvendo energia solar e a
armazenando em forma de ligações químicas.
A conversão direta da energia solar em energia elétrica através da
conversão termoelétrica e a conversão fotovoltaica, sendo que a mesma pode se apresentar sob
várias formas.
Quando se aquece um eletrodo, alguns de seus elétrons
adquirem
suficiente energia para escapar. Converte-se em um emissor de elétrons, um cátodo. Outro
eletrodo colocado próximo a este cátodo, se está suficientemente frio, receberá bem os elétrons
25
emitidos, convertendo-se num ânodo. Se o ânodo se conecta ao cátodo mediante a um circuito
que contenha uma carga externa, circulará uma corrente e poderá ser produzida ação. Uma
corrente elétrica significativa, no entanto, só se pode produzir a temperaturas muito altas.
Em circuitos que consistam de dois condutores diferentes, se as duas
uniões se mantém a temperaturas diferentes, também será gerada uma corrente elétrica, ou
uma diferença de potencial, quando uma das uniões permanece aberta. Estes “termopares”
podem igualmente ser utilizados para produzir ação útil. Quando vários deles são ligados em
série, forma-se a chamada pilha termoelétrica. A união quente pode ser aquecida através de
um coletor solar de placa plana.
A combinação de alguns materiais semicondutores com outros
elementos similares, com um elétron a mais ou um elétron a menos gera a eletricidade.
Define-se como semicondutor tipo N, quando, por exemplo, é
combinado silício + arsênio com um elétron a mais, ou semicondutor tipo P, quando, por
exemplo se combina silício + boro com um elétron a menos.
A Figura 5 demonstra como se processa a conversão direta da energia
solar em energia elétrica.
Figura 5 – Conversão direta da energia solar em energia elétrica.
26
Envolvendo difusão, absorção de fótons, aceleração de elétrons,
múltiplas colisões, condução, convecção, o método de conversão térmica da energia solar se
caracteriza pela absorção da energia radiante por uma superfície negra que produz o
aquecimento e se transforma em calor. O movimento das moléculas provoca um incremento
na temperatura. O coeficiente de absorção de vários tipos de absorventes negros varia entre 0,8
e 0,98, sendo que os 0,2 ou 0,02 restantes se refletem.
Através da condução deste calor, que na verdade nada mais é do que o
movimento molecular, se transmite a outras partes do corpo, sendo que uma parte é novamente
emitida ao meio ambiente mediante processos convectivos e radiantes. Observa-se uma
situação de temperatura de equilíbrio quando o regime de admissão de calor radiante é
igualado ao de perda de calor.
3.6.2 Aproveitamento térmico
Quando são utilizados coletores obtendo-se o calor, podemos aproveitar
esta forma de energia na aplicação em vários segmentos.
Segundo Ríspoli (2001), os sistemas de aquecimento solar residenciais
de água, no Brasil, estão instalados em sua quase totalidade em moradias de classe alta, outra
parcela menor em classe média, porém, em número muito insignificante em moradias
populares e no meio rural. Na realidade, as classes sociais inferiores ficam restritas aos
projetos de estudos e tentativas de buscar um meio mais econômico para fazer o aquecimento
de água, utilizando a energia solar.
A técnica empregada é da utilização de placas absorvedoras, usualmente
pintadas de preto fosco, cujo objetivo é concentrar o calor. Combinado com vidro ou material
similar que auxilia a retenção e recupera parte da radiação emitida pela superfície negra,
consegue-se converter a energia radiante em energia térmica no coletor.
A utilização de materiais alternativos na confecção dos componentes
destes equipamentos, pode propiciar uma redução significativa dos custos de fabricação.
De acordo com Woelz (2004), o Brasil é conhecido como um país que
usufrui de uma excelente irradiação solar, que se estende praticamente pelos 365 dias do ano.
27
Vários estudos estão sendo realizados, com o objetivo de desenvolver
alternativas técnicas que possam também ser economicamente viáveis.
A Figura 6, apresenta um modelo simplificado, onde pode ser observada
a utilização de tubos, combinado com cobertura de vidro mais a chapa de absorção e a câmara
térmica, fazendo a conversão da energia solar em calor, para o fim específico de aquecimento
de líquido.
Ha que se observar que o modelo trabalha com materiais convencionais
que possuem um bom rendimento e eficiência.
Figura 6 – Placa coletora.
Para aplicação nas quais se deseja obter temperaturas da ordem de 60ºC,
o custo do sistema solar já é bastante competitivo.
Cavalcanti (2003), detalha que a radiação solar que atinge a superfície
terrestre é composta da radiação direta e da radiação difusa. Segundo o autor, nos dias sem
28
nuvens e de céu claro, a radiação solar que atinge a terra, é basicamente (90%), de radiação
direta. De outra forma, nos dias nublados e chuvosos, a claridade vem apenas da radiação
difusa. De qualquer forma o sol emite radiação como um corpo negro cuja temperatura
superficial esta por volta de 5700o C .
3.6.3 O efeito estufa
Considera-se que um efeito estufa eficiente é possível apenas abaixo de
500oC. Porém, a menos que a concentração da radiação solar esteja combinada com o efeito de
estufa, as temperaturas de equilíbrio são muito inferiores porque na prática, a temperatura de
equilíbrio é ainda mais reduzida por perdas de calor da chapa negra, devido a condutividade
térmica e convecção no ar. (FERNANDES & GUARONGHI, 2001)
A utilização do plástico substitui o vidro, quanto a emissão
infravermelha que é absorvida pela colméia e parcialmente irradiada de volta. A eficiência do
sistema está diretamente proporcional ao diâmetro das células da colméia e com sua altura. A
Figura 7, desenvolvida por Fernandes & Guaronghi (2001), apresenta uma variante do efeito
estufa.
Figura 7 – Uma variante do efeito estufa.
29
Outro
tipo
de
efeito
de
estufa
existe,
e
pode
ser
usado
independentemente ou combinado com a estufa do tipo de chapa negra / vidro comum.
Este efeito se baseia em superfícies seletivas. Tais superfícies têm um
elevado coeficiente de absorção na parte visível e infravermelha do espectro.
Diferente do corpo negro, porém, têm um baixo coeficiente de emissão,
ε = 0,02 para o infravermelho, além de um comprimento de onda de 2 µ m, aproximadamente.
Logo, uma superfície seletiva sozinha, sem uma chapa de vidro aquecer-se-á à luz do Sol
como uma estufa de chapa negra / vidro comum.
Os revestimentos seletivos são obtidos pela deposição de películas de
vários metais, por exemplo níquel negro eletrólito ou berílio; óxidos metálicos, como óxido de
cobre obtido quimicamente, sobre alumínio polido, óxido de cobalto ou óxido de níquel, ou
camadas de: Fe2O3, MgF2,SiO,SiN, depositadas a vapor, de modo a obter um efeito de
interferência na luz.
O silício e outros semicondutores, com sua alta absortância na faixa
visível e transmitância no infravermelho, são também materiais seletivos.
É importante combinar uma alta absortividade com uma elevada relação
de absortância/emitância.
No quadro a seguir, são mostrados alguns tipos de películas que podem
ser utilizados para melhorar a relação de absortância/emitância, tornando o sistema mais
eficiente.
O Quadro 3 mostra algumas propriedades de alguns revestimentos
seletivos.
30
Quadro 3 – Propriedades de alguns revestimentos seletivos.
___________________________________________________________________________
Película
Absortância
Solar α
Emitância
Solar ε
Fator de Desempenho α / ε
Tungstênio dentítrico
0,96
0,26
3,7
Silício sobre
0,76
0,06 (773 K)
12
Níquel Negro
0,90
0,08 (573 K)
11
Cromo Negro
0,98
0,19 (573 K)
5,1
Cromo Negro sobre níquel
prateado
0,93
0,19 (573 K)
4,8
Zr Ny
sobre prata
0,85
0,03 (600 K)
24
Prata
___________________________________________________________________________
Fonte: FERNANDES & GUARONGHI, 2001.
3.7 Os coletores solar
O sistema utilizado nos coletores solar pode ser entendido da seguinte
forma: os tubos são fixados e passam a integrar a chapa receptora. Por estes tubos um líquido
circula , transportando o calor ao consumidor. Esta montagem (chapa receptora + tubos) é feita
sobre um material com baixa condutividade térmica.
Uma chapa de vidro ou material similar deve ser utilizada, porque a sua
colocação no sistema, não só irradia de volta metade da radiação térmica, mas também isola a
chapa aquecida da convecção aérea.
A Figura 8 , demonstra de forma simplificada este processo.
31
Figura 8 – Coletor solar.
A eficiência deste processo pode ser aumentada, significativamente, se
for reduzida a perda de calor, devida a convecção aérea. Isto é possível se a quantidade de ar
entre a chapa de vidro e a de absorção for reduzida ou evacuada. Este procedimento permite a
elevação da temperatura do regime de forma significativa.
3.7.1 O rendimento global
Como o sol é a principal fonte de energia para o bom funcionamento
deste mecanismo, a posição geográfica e a localização são determinantes para a apuração de
seu rendimento.
Nas regiões onde a maior parte do tempo a intensidade solar é
adversamente afetada por nuvens, neblinas e outros tipos de absorção atmosférica, o
rendimento médio pode ser substancialmente inferior aos climas ensolarados; pode mesmo
mostrar-se impraticável o uso do aquecimento solar durante parte do ano.
32
Portanto, para se determinar o rendimento/eficiência do mecanismo,
necessário se faz um estudo detalhado do local, além de uma análise cuidadosa, das condições
climáticas onde o mesmo será instalado.
3.7.2 A aplicação doméstica
A circulação de água através do coletor é garantida pelo efeito de
termo-sifão, provocado pela convecção por gravidade, ou seja, havendo sol, o fluído aquecido
no coletor se desloca para cima, pois sua densidade é inferior à do fluído não aquecido. O
circuito estando fechado, o fluído quente por sua vez é substituído pelo frio que, então, é
aquecido no coletor e se desloca para cima. A circulação continuará esquentando o coletor que
continua sob a ação da radiação do sol. A velocidade com que ocorre a circulação do líquido
está diretamente proporcional a intensidade da insolação.
A Figura 9, apresentada em Comptons Interactive Encyclopedia (1995),
apresenta um sistema doméstico de aquecimento.
Figura 9 – Sistema doméstico de aquecimento.
33
Para que seja possível compreender a dinâmica do processo de
aquecimento do líquido, A Figura 10, mostra o fluxo do líquido provocado pela convecção por
gravidade, configurando o efeito do termo-sifão.
Figura 10 – Efeito do termo-sifão.
Para compensar os períodos “sem sol”, mantendo a produção
permanente de água quente, é possível agregar ao mecanismo um sistema de aquecimento
auxiliar, convencional.
3.8 A análise econômico-financeira da alternativa
3.8.1 Métodos de análise de investimentos
Os métodos quantitativos de análise econômica de investimentos podem
ser classificados em dois grupos: aqueles que não levam em conta o valor do dinheiro no
tempo, e os que consideram essa variação através do critério do fluxo de caixa descontado. Em
função do maior rigor conceitual e da importância para as decisões de longo prazo, dá-se
34
atenção preferencial para os métodos que compõem o segundo grupo. (MARTINS & ASSAF
NETO, 1986)
3.8.1.1 Prazo de retorno (pay-back)
Este método consiste na determinação do tempo necessário para que
o dispêndio de capital (valor do investimento) seja recuperado através dos benefícios líquidos
(fluxos de caixa) promovidos pelo investimento.
Resumidamente, existem duas metodologias de cálculo do período
de pay-back: médio e efetivo.
Ha que se considerar que ambos os métodos não contemplam a
variável tempo de forma eficiente, sendo que no primeiro método (pay-back médio) o valor
encontrado distorce ainda mais a realidade.
Esta observação é pertinente, pois se a composição do fluxo de
caixa concentrar valores maiores no final do mesmo, pelo critério da média, poder-se-ia
concluir por um retorno do investimento muito antes do que na prática se observaria.
De outra forma, o pay-back efetivo contempla, ainda que de forma
parcial a variável valor/tempo no fluxo de caixa. Porém, no fluxo de caixa anual, quando se
determina a fração do ano necessário para amortizar o investimento inicial, o problema se
torna idêntico ao método anterior, pois trabalha-se novamente com a média (fluxo de caixa
ano/12). Evidente está que, quanto mais diminuta a fração do tempo apresentada no fluxo de
caixa, menor a possibilidade de distorções nos resultados neste segundo método.
Em termos de decisão de aceitar ou rejeitar determinado
investimento, o período de pay-back obtido deve ser confrontado com o padrão-limite
estabelecido pela empresa. Para exemplificar, pode-se definir em três anos o tempo de retorno
máximo de seus investimentos, a empresa não deverá acionar determinado projeto se o
período de pay-back exceder o limite considerado aceitável.
3.8.1.2 Taxa interna de retorno (TIR)
O método da taxa interna de retorno (TIR) representa a taxa de
desconto que iguala, em determinado momento de tempo (momento zero – investimento
35
inicial), as entradas com as saídas previstas de caixa. Para a avaliação de propostas de
investimentos, o cálculo da taxa interna de retorno (TIR) requer, basicamente, o conhecimento
dos montantes de dispêndio de capital e dos fluxos de caixa incrementais gerados
exclusivamente pela decisão. (MARTINS & ASSAF NETO, 1986)
Necessário é definir que a taxa interna de retorno (TIR) quando
encontrada, reflete apenas um resultado com base nos fluxos de caixa esperados pela
alternativa econômica escolhida.
A aceitação ou rejeição de determinada proposta de investimento é
decidida em função do processo de comparação da taxa interna de retorno obtida com a
rentabilidade mínima exigida pela empresa para seus investimentos.
Esta rentabilidade mínima, também definida como taxa mínima de
atratividade (TMA), deve contemplar algumas variáveis a serem consideradas quando do
estudo de uma determinada alternativa econômica.
Esta taxa mínima de atratividade deve contemplar a correção
monetária esperada no período analisado, além do custo de oportunidade, do risco pela
implementação do projeto e do lucro desejado para a aceitação desta alternativa, ou mesmo
defini-la como sendo a taxa de juros média reinante no mercado.
A Figura 11, apresentada por Martins & Assaf Neto (1986), mostra
como pode ser expressa a metodologia de cálculo da taxa interna de retorno (TIR).
Figura 11 – Metodologia de cálculo da taxa interna de retorno (TIR).
36
3.8.1.3 Valor presente líquido (VPL)
Martins & Assaf Neto (1986), definem que o valor presente líquido
(VPL) é obtido pela diferença entre o valor presente dos benefícios líquidos de caixa, previstos
para cada período do horizonte de duração do projeto, e o valor presente do investimento.
A Figura 12, montada por Martins & Assaf Neto (1986), demonstra
a fórmula de cálculo do valor presente líquido:
Figura 12 – Metodologia de cálculo do valor presente líquido (VPL)
Onde FCj representa o fluxo de caixa (benefício e/ou custo) do período;
I0 o investimento processado no momento zero; Ij o valor do investimento previsto em cada
período subseqüente; K a taxa de desconto do projeto, sendo representada pela rentabilidade
mínima – taxa mínima de atratividade (TMA) .
Comparativamente ao método da taxa interna de retorno (TIR), o valor
presente líquido (VPL) exige a definição prévia da taxa de desconto a ser utilizada nos vários
fluxos de caixa. O valor presente líquido (VPL) não prevê diretamente a mensuração da
rentabilidade do projeto; ao descontar todos os fluxos de entradas e saídas de caixa de um
investimento, por uma taxa de desconto mínima aceitável pela empresa (definida por K na
formulação), o valor presente líquido (VPL) expressa, em última análise, o seu resultado
econômico atualizado.
37
4. MATERIAL E METODOS
4.1 Material
Para o presente estudo, foram utilizados como materiais para análise,
dois modelos de aquecedores solar de baixo custo. O primeiro, produzido por uma indústria
nacional do interior do estado de São Paulo e que é uma das pioneiras na fabricação de
aquecedor de água por energia solar em plástico; e o segundo, trata-se de uma alternativa de
aquecedor solar de baixo custo (ASBC) desenvolvido por uma organização, denominada
Sociedade do Sol, mantida pela USP, através do CIETEC (Centro Incubador de Empresas
Tecnológicas)..
Estes equipamentos estão dimensionados para atender a uma residência
com quatro pessoas para uma média de um banho de 8 a 9 minutos cada (considerando uma
vazão de 3,0 a 3,5 litros por minuto, conforme NBR 12089 – Norma Brasileira conferida pela
ABNT- Associação Brasileira de Normas Técnicas).
Na fabricação destes equipamentos são utilizados materiais alternativos
que permitem uma redução, substancial, no custo final.
A eficiência dos equipamentos, é parte integrante deste estudo, onde
busca-se determinar a viabilidade econômica das alternativas, considerando a sua redução de
custo, confrontando com a sua eficiência.
38
4.1.1 Aquecedor de água por energia solar em plástico
A primeira alternativa é produzida 100% em termoplástico de
engenharia, aditivado com anti U.V., e monobloco, ou seja, coletor, reservatório, serpentina e
suas interligações em uma única peça.
A capacidade do reservatório térmico é de 110 litros, pintados na cor
cerâmica, que permite uma maior integração visual às telhas de barro, convencionais na
cobertura de residências.
Este sistema permite a popularização da utilização da energia solar
como fonte alternativa para o aquecimento de água, fazendo com que o sistema deixe de ser
privilégio de poucos em função do custo de aquisição.
Esta proposta permite que se economize energia elétrica em um país
que recebe grande incidência solar; paralelamente, também há que se considerar que esta fonte
energética é gratuita, renovável e fundamental na preservação do meio ambiente, e o mais
importante, nos permite transformá-la em benefícios para as pessoas que estão afastadas dos
grandes centros e privadas da utilização de equipamentos que permitam um maior conforto
térmico , desta forma propiciando uma melhor qualidade de vida.
4.1.1.1 Característica técnicas do equipamento
O produto é fabricado com plástico especial de engenharia,
possuindo um reservatório térmico com capacidade de 110 litros e com peso de 38 Kg sem
água e 148 Kg com água, além de possuir dois sistemas de entrada de água fria (tipo bóia),
sendo um mecânico e outro com controlador eletrônico de nível.
A Figura 13 apresenta as demais características técnicas do
equipamento.
39
Figura 13 – Características técnicas do equipamento.
Onde:
A = 32 cm (altura máxima do equipamento)
B = 1,05 m (largura máxima do equipamento)
C = 2,30 m (comprimento máximo do equipamento)
4.1.1.2 Funcionamento
Á água, ao entrar na serpentina, será aquecida, e por diferença de
densidade, subirá para a parte superior, sendo depositada no reservatório térmico, que assegura
a manutenção da temperatura com certa perda, devido ao isolamento existente. Este
movimento da água se repetirá enquanto houver sol, fazendo com que a sua temperatura seja
elevada continuamente. Nos dias de chuva ou de pouca luminosidade, este processo será
interrompido, sendo necessário, se possível, a utilização de mecanismos auxiliares.
40
4.1.1.3 Abastecimento
O abastecimento do reservatório térmico é possível através da rede
pública de abastecimento de água ou através de uma caixa d’água quando elevada. A pressão
de entrada deve estar numa faixa de 0,50 a 40 m.c.a (metros de coluna d’água).
A Figura 14 mostra como se processa o abastecimento de água no
equipamento, através de reservatório auxiliar (caixa d’água).
Figura 14 – Sistema de abastecimento do equipamento.
4.1.1.4 Instalação do equipamento
A correta instalação do equipamento é observada quando o mesmo está
fixado em um ponto onde exista maior exposição aos raios solares, ou seja, voltada para a face
norte. O posicionamento em outro ponto diminui a eficiência do sistema.
Quanto à inclinação de instalação deve ser observada a região onde o
mesmo está sendo implantado.
41
Recomenda-se, para um maior aproveitamento dos raios solar,
considerando que seu comprimento é de 2,30 metros, que o equipamento tenha uma inclinação
do pé até o topo do aquecedor de:
REGIÕES SUDESTE, CENTRO-OESTE, NORTE E NORDESTE
De 0,80 a 1,10 metros
REGIÃO SUL
De 1,10 a 1,40 metros
Esta inclinação deve bucar, considerando o local do estudo, uma
latitude de 15o. A Figura 15 demonstra o posicionamento quanto a inclinação a ser observada,
onde “X” depende da região onde o equipamento está sendo instalado.
Figura 15 – Posicionamento quanto a inclinação.
42
4.1.1.5 Um sistema convencional
A Figura 16 apresenta um modelo de instalação convencional, aonde se
observa a utilização do sistema de alimentação de água para o reservatório térmico feito
através do abastecimento da rede pública.
Figura 16 – Modelo de instalação convencional.
4.1.1.6 Detalhamento dos componentes do equipamento
Este equipamento se compõe de materiais alternativos, dispostos em um
monobloco.
A Figura 17 apresenta um detalhamento dos componentes do
equipamento.
43
Figura 17 – Componentes do aquecedor de água por energia solar em plástico.
Onde:
01 – corpo do aquecedor
11 – Isolante inferior
02 – cobertura transparente
12 – Cabo de aço 3/16”
03 – isolamento superior
13 – Grampo p/ cabo de aço 3/16”
04 – capa do aquecedor
14 – Eletrodo de nível
05 – abraçadeiras
15 – Válvula solenóide
06 – bico conector
16 – Módulo eletrônico de nível
07 – conexão de saída p/ água quente
17 – Bóia mecânica (opcional)
08 – Mangueira conectora
09 – Perfil de aço 1050
10 – perfil de aço 2300
44
4.1.1.7 Custo de aquisição do equipamento
Através de pesquisa de mercado, foi apurado o custo de aquisição do
equipamento para aquecimento de água, através da energia solar, apresentado no Quadro 9.
Os modelos disponíveis no mercado estão apresentados no Quadro 4,
onde é possível determinar as características técnicas básicas de cada um deles.
Quadro 4 – Modelos disponíveis de aquecedor de água por energia solar em plástico.
_________________________________________________________ __________________
modelo
capacidade
tipo de bóia
acessório
1
110 litros ..
mecânica
sem misturador
2
110 litros
mecânica
com misturador
3
110 litros
eletrônica
sem misturador
4
110 litros
eletrônica
com misturador
____________________________________________________________________________
O modelo escolhido é aquele que apresenta um menor custo de
aquisição (modelo 1 – capacidade de 110 litros – com bóia mecânica – sem misturador), tendo
em vista o objetivo de analisar alternativas para popularizar o sistema.
4.1.2 Aquecedor solar de baixo custo (ASBC)
4.1.2.1 Características do equipamento
Essa proposta se baseia num conceito mecânico extremamente
simples, composto de coletores solar, reservatório térmico, sistema de apoio e sistema
hidráulico.
45
Por coletores solar se entende o coração do aquecedor. Cada coletor é
manufaturado a partir de forro alveolar branco de PVC, aquele que se usa em escritórios e
tetos de postos de gasolina. Os condutores de entrada e saída de água são dutos de PVC de
água fria. A união dos condutores as chapas de forro são feitas com o uso de adesivos
especiais. O enegrecimento do coletor é realizado com esmalte preto sintético fosco
diretamente aplicado ao PVC. O fundo do coletor pode ser reforçado e/ou isolado
termicamente para atender a situações especiais. A capacidade de sobrevida as intempéries é
reforçada pelos aditivos brancos do PVC somados à proteção dada pela cobertura negra.
O reservatório térmico pode ser manufaturado a partir de grande
número de caixas de água existentes no mercado. Nunca pressurizado, exige isolamentos
térmicos que podem incluir as econômicas folhas de jornal, sapé, e outros, terminando nos
isolamentos tradicionais como lã de vidro, polietileno expandido, chapas de isopor, etc.
A opção de grandes caixas de isopor é boa, pois evita a aplicação
adicional de isolamentos térmicos, conforme pode ser visualizado na Figura 18.
Figura 18 – Reservatório térmico em isopor e filme PVC.
46
O sistema hidráulico é sempre montado em dutos de PVC. Os dutos
expostos à intempéries são cobertos com o esmalte usado nos coletores, reforçando a
resistência aos raios ultravioletas.
4.1.2.2 Funcionamento
A eficiência do aproveitamento da energia solar incidente no
aquecedor solar de baixo custo (ASBC) depende quase que exclusivamente da temperatura da
água no início do dia e da temperatura máxima ambiente deste mesmo dia. Admitindo, só para
efeito de demonstração de temperatura da água no início do dia de 20º Celsius, temperatura
final, 53º Celsius, temperatura máxima do dia de 30º Celsius, volume 200 litros, 2 m2 de
coletores solar, irradiação solar de 5,5 KWh / m2 / dia. Após os cálculos, encontraremos uma
eficiência, relacionando a energia adicionada á água com a irradiação incidente nos coletores,
de 69,7%.
Mantendo as variáveis acima, mas iniciando com uma temperatura de
água de 30º Celsius, a eficiência baixa para 48,6% uma redução de 30,3%. Fica transparente
que a eficiência do aquecedor solar tipo baixo custo, tem uma relação pouco significativa com
a energia solar irradiada. O que viabiliza o aquecedor solar de baixo custo é a alta temperatura
ambiente presente no momento da máxima irradiação solar.
O funcionamento do ASBC se inicia quando a energia solar irradiante,
luz e infravermelho, incide sobre a superfície preta dos coletores. A energia absorvida
transforma-se em calor e aquece a água que está no interior dos coletores. A água aquecida
diminui a densidade começa a se movimentar em direção a caixa, dando início a um processo
natural de circulação da água, chamado de termo-sifão. Para tanto o reservatório deve estar
mais alto que os coletores. Esse processo é contínuo, enquanto houver uma boa irradiação
solar ou até quando toda água do circuito atingir a mesma temperatura.
A água aquecida fica armazenada num reservatório termicamente
isolado que evita perda de calor para o ambiente. No ASBC o sistema de apoio térmico é
formado por um chuveiro elétrico ligado em série com um dimmer, que permite um ajuste fino
na elevação da temperatura da água do banho. A tubulação que interliga os coletores, o
47
reservatório e o chuveiro elétrico pode ser montada com os dutos tradicionais de PVC
utilizados normalmente em instalações hidráulicas residenciais.
A operação do sistema ASBC pode ser explicada com maior facilidade
dividindo-se todo o sistema em quatro partes fundamentais, que podem ser visualizados
através da Figura 19:
1- Reservatório
2- Coletores
3- Chuveiro elétrico com misturador e dimmer para apoio térmico
4- Sistema geral de dutos
.
Figura 19 – Operação de um ASBC (aquecedor solar de baixo custo) residencial.
4.1.2.2.1 Reservatório
Tem a função de armazenar, no decorrer de um dia,
a água aquecida pelo coletor solar. Em seu interior existem duas bóias que controlam a entrada
e saída de água. Além dessas duas bóias, existe um dispositivo que é utilizado para levar a
48
água fria proveniente da rede para o fundo do reservatório, diminuindo sua velocidade,
evitando turbulência e a mistura quente/frio. Além da tradicional torneira de bóia que libera a
entrada de água da rede, existe outra bóia chamada de pescador. Sua finalidade é levar para o
chuveiro a água aquecida que estiver com maior temperatura. Normalmente, a água com maior
temperatura, está na parte mais alta do volume armazenado.
Além da caixa de água tradicional, outros recipientes industrializados
tais como; o tambor de plástico ou a caixa de EPS (isopor) revestido com filme plástico,
podem servir como reservatório. Independente do tipo de recipiente utilizado todos devem
receber um isolamento térmico externo para minimizar as perdas de calor nas laterais e na
tampa superior.
4.1.2.2.2 Coletor
O coletor solar, Figura 20, tem a função de aquecer
a água. Com a incidência da luz solar em sua superfície exposta ao sol, a água armazenada em
seu interior aquece e diminui de densidade, tornando-se mais leve que a água fria. Assim, a
água presente no interior dos coletores se movimenta para o reservatório, e simultaneamente a
água estocada no reservatório flui em direção ao coletor, conforme pode ser observado na
Figura 19.
Figura 20 – Montagem da placa coletora em um aquecedor solar de baixo custo.
49
4.1.2.2.3 Misturador de água quente e sistema de apoio
térmico
O misturador permite que a água aquecida pela
energia solar chegue ao chuveiro. Caso a água aquecida esteja a uma temperatura abaixo do
desejado o usuário complementa o aquecimento por meio do acionamento de um dimmer
(controlador da energia fornecida pelo chuveiro elétrico). Nos sistemas tradicionais o apoio
térmico normalmente fica instalado no reservatório térmico e o conjunto misturador
tradicional necessita de tubulação prévia quente/fria.
4.1.2.2.4 Sistema hidráulico
A tubulação pode ser feita com dutos comerciais de
PVC marrom, considerando a natural limitação térmica do coletor solar ASBC. Isto evita a
utilização mais complexa e custosa dos dutos de cobre ou da tecnologia CPVC.
4.1.2.3 Manufatura dos componentes
Para montar um sistema de ASBC é necessário manufaturar
algumas peças.
Coletores
Um sistema ASBC (aquecedor solar de baixo custo) pode ser projetado
para aquecer diferentes volumes de água. O presente estudo demonstra a montagem de um
sistema dimensionado para atender um consumo diário de 110 litros de água quente,
quantidade exatamente igual ao primeiro modelo estudado (aquecedor de água por energia
solar em plástico). O Quadro 5, fornece a quantidade de coletores de acordo com a região onde
será instalado o ASBC.
50
Quadro 5 - Quantidade de coletores solar de acordo com a região.
____________________________________________________________________________
Região
quantidade de coletores (para 110 litros)
Sul / São Paulo (capital)
2
Interior do Estado de São Paulo
1
Outras regiões
1
____________________________________________________________________________
Os principais fatores que influenciam na quantidade de coletores a
serem instalados são de ordem climática, tais como poluição, umidade, vento e temperatura de
cada região. Em alguns estados da região Sul sugere-se colar na superfície inferior do coletor
uma placa EPS (isopor), elevando-se assim a temperatura da água do reservatório em
aproximadamente 3 a 4 °C..
O Quadro 6 descreve as peças, as ferramentas e os complementos
necessários para a montagem do coletor solar ASBC. Ao lado de cada item, na coluna
finalidade, aparece um número entre parênteses para facilitar a identificação das peças.
51
Quadro 6 – Ferramentas e complementos necessários para a montagem do ASBC.
____________________________________________________________________________
Qtde.
Coletor
Finalidade
X
Placa de forro de PVC alveolar modular 1,25 x 0,62 m
Componente do coletor (1)
2X
Dutos de PVC marrom 32 mm (φ ext.) e 700 mm de
comprimento ( 2 por coletor)
Componente do coletor (2)
2X
Luvas soldáveis de PVC marrom 32 mm
Para fazer a união entre os coletores (3)
01
Adaptador de PVC marrom 32 mm x 1"
Escoar a água dos coletores ASBC para efeito
de manutenção (4)
02
Joelhos 90° de PVC marrom soldável de 32 mm
Unir os coletores aos dutos de PVC (5)
01
Cap PVC branco com rosca de 1"
Fechar o adaptador da saída de água de
manutenção (6)
03
Caps de PVC marrom de 32 mm
Vedar as pontas do coletor no teste de
vazamento e fechar definitivamente a ponta
superior esquerda do coletor (7)
01
Placa EPS
Isolamento térmico e proteção mecânica(8)
Qtde..
Lista de ferramentas
Finalidade
01
Trena ou metro
Fazer as medidas de corte na placa e nos dutos
01
Ferro de solda ou furadeira
Fazer os furos-guia no duto de PVC marrom de
32 mm
com broca 3 mm p/ aço
01
Pincel 2" ou rolo de 5 cm
Pintar as placas do forro
01
Espátula flexível com ponta arredondada, tipo
misturador de café/açúcar
Aplicar a cola sobre a união duto PVC e placa
de forro
01
Serra de extremidade livre
Abrir rasgo nos dutos
Qtde..
Lista de complementos
Finalidade
01
Lixa 120
Lixar as rebarbas e superfícies
01
Adesivo (bi-componente) Plexus 310 ou Araldite 24h
- 20 gr/ placa
Unir a placa ao duto de 32 mm
01
Fita crepe
Limitar a área de pintura
01
Jornal
Apoiar a placa sobre a superfície de trabalho
01
Esmalte sintético preto fosco (40 ml por coletor)
Pintar as placas do coletor
01
Tábua plana de 80 x 15 cm
Guia para segurar o duto durante o rasgo
08
Pregos de 4 cm
Pressionar o duto sobre a guia de madeira
01
Lápis
Riscar o duto de 32 mm antes de cortá-los
01
Régua de 70 cm ou outra estrutura reta
Guiar o lápis para fazer o risco no duto
52
Reservatório térmico
A manufatura de uma caixa quente se resume em abrir furos nas laterais
e instalar os componentes complementares de PVC que controlam a entrada e saída de água do
reservatório.
O Quadro 7 descreve as principais peças e os complementos necessários
para a montagem de um reservatório térmico. Ao lado de cada item, na coluna da direita, sua
finalidade.
Quadro 7 – Peças e complementos necessários para a montagem de um reservatório térmico.
____________________________________________________________________________
Qtde.
Reservatório
Finalidade
01
Caixa de cimento-amianto, Fiberglass, EPS, outros
Armazenar a água aquecida
02
Adaptadores soldáveis com flanges e anel de 32 mm
Unir os dutos dos coletores á caixa
03
Conjunto de adaptadores com flanges de 25 mm
Torneira da bóia e Montagem do
pescador e do ladrão
01
Torneira de bóia preferencialmente com saída para
mangueira
Repor a água do reservatório
01
Pedaço de duto de 7,5 a 10 cm de diâmetro
Reduzir o turbilhamento na torneira de
bóia
01
Bóia de plástico do pescador
Manter a ponta do eletroduto flexível
flutuando na camada de água mais quente.
XX
Material isolamento térmico – serragem, jornal,
forração, EPS, grama seca picada, etc.
Isolar as laterais e tampa
01
Rolo de barbante / fitilho / fita adesiva
Amarrar o isolamento nas laterais e tampa
01
Eletroduto flexível amarelo de aproximadamente 1 m
Componente do pescador que capta a
água mais quente que estiver na superfície
XX
Filme de PVC (lona de caminhão)
Proteger o isolamento da caixa quando
estiver exposta ao tempo
____________________________________________________________________________
53
4.1.2.4 Custo para a montagem do equipamento
O custo de aquisição dos componentes necessários para a montagem do
aquecedor solar de baixo custo (ASBC), considerando a região do interior do estado de São
Paulo, foi determinado através de pesquisas em lojas de materiais de construções e lojas afins.
Os custos apresentados, correspondem a média dos preços pesquisados
em 4 lojas, onde os valores apresentados, são para pagamento na condição - a vista.
4.1.3 Chuveiro elétrico
O chuveiro elétrico fica ligado, em média, cerca de 34 minutos por dia,
atendendo uma família de 4 pessoas (um banho dia para cada um, com duração de,
aproximadamente, 8,5 minutos).
A potência média do chuveiro é de 4.4 Kw. Desta forma no decorrer de
um ano o chuveiro elétrico é responsável pelo consumo familiar de, aproximadamente, 910
Kw/h (365 dias x 4.4 Kw x 0,5667 horas). Estatísticas atualizadas demonstram que 32.000.000
de famílias brasileiras, utilizam chuveiro elétrico para o seu banho.
O chuveiro elétrico, sob o ponto de vista técnico, é simples,
extremamente barato e já bastante seguro. Apesar de ser o instrumento que permitiu que o
banho quente chegasse até as classes menos favorecidas, fazendo o ato do banho um ato de
cidadania, também a que se ressaltar que representa um grande percentual do total de energia
elétrica consumida no país.
Sua potência é limitada. O máximo usual é de 5.4 KW, ou seja, 5.400
Watt. (APÊNDICE 2)
Com potência limitada, o fluxo de água se auto limita, pois quanto mais
água passa, menor será a temperatura obtida. Portanto, o chuveiro elétrico é um indutor para a
economia de água.
O fluxo de água de um chuveiro elétrico é baixo, em média, de 3,0 litros
a 3,5 litros de água por minuto. Também representa um excelente conversor de energia da
54
eletricidade em calor. Estudos revelam que 95% da energia consumida é transferida como
calor á água.
4.2 Métodos
O presente estudo propõe a análise da viabilidade econômica, através de
duas alternativas: implantação do aquecedor de água por energia solar em plástico ou do
aquecedor solar de baixo custo (ASBC), determinando qual é a melhor alternativa econômica
através dos métodos de investimentos, considerando os custos de implantação e os benefícios
esperados.
Posteriormente, conhecida a melhor alternativa, confrontar o seu custo
com o benefício na redução do consumo de energia elétrica, determinando a sua viabilidade
econômica, enquanto mecanismo de substituição do aquecimento convencional (chuveiro
elétrico).
O presente estudo, toma por base, uma família com 4 pessoas, com um
banho diário de 8 a 9 minutos cada, com consumo médio de 3,0 a 3,5 litros por minuto, o que
determina a capacidade do reservatório de água quente de 110 litros.e a eventual utilização do
sistema convencional (chuveiro elétrico) como complemento ao sistema de aquecimento por
energia solar.
Para o cálculo das duas alternativas quanto ao equipamento -aquecedor
de água por energia solar em plástico ou aquecedor solar de baixo custo (ASBC) - o método
utilizado é do custo atual líquido (CAL).
A outra análise: comparação entre o sistema de aquecimento solar
selecionado com o sistema de aquecimento convencional (chuveiro elétrico), está determinada
através da análise comparativa e na determinação de indicadores de investimento,
considerando os custos envolvidos nos dois modelos, comparado aos benefícios esperados na
substituição do sistema convencional (chuveiro elétrico).
Porém, necessário é, considerar o custo de manutenção e utilização
deste sistema para que seja possível uma comparação com o sistema alternativo da energia
solar.
55
4.2.1 Análise comparativa
4.2.1.1 Quilowatt-hora (Kwh)
Um Quilowatt-hora (Kwh) é igual à quantidade de energia que é
consumida quando uma resistência de 1000 Watt é acionada por uma hora.
Para que seja possível interpretar esta relação em se tratando de
aquecimento domestico de água, poderíamos exemplificar que um chuveiro, na posição
inverno tem uma potência de 5.400 Watt, ou de 5,4 Quilowatt (kw).
Caso este chuveiro fique ligado por 1 hora a energia consumida será de
5,4 Kw x 1 hora = 5,4 Kwh; ou seja, Kw vezes número de horas resulta em Kwh.
Como exemplo, no interior do Estado de São Paulo, o custo é de,
aproximadamente, R$ 0,384 por Kwh (dezembro/2004), preço cobrado pela concessionária
CPFL – Companhia Paulista de Força e Luz (APÊNDICE 3), incluindo a alíquota de 12% de
Imposto sobre Circulação de Mercadorias e Serviços, considerando a classificação normal
bifásico.
Desta forma pode-se fazer o cálculo da despesa pela utilização do
chuveiro elétrico por este período:
5,4 Kw x 1 hora x R$ 0,384 por Kwh Æ R$ 2,07, aproximadamente, só neste banho.
4.2.1.2 Quilo-Caloria (Kcal)
Com esta nova unidade de medida, podemos calcular, de forma igual
para todos, a energia que foi assimilada ou perdida pela água.
56
E(Kcal) = litros de água x ( temperatura final- temperatura inicial)
A título de exemplo, pode-se encher um recipiente com água quente que
vem de um chuveiro elétrico. Simultaneamente, nos interessa saber quantos quilo-calorias
foram adicionadas à água fria, que veio da caixa de água ou da rede pública de abastecimento,
ao passar pelo chuveiro.
Para o cálculo, são necessárias as utilizações de um termômetro e um
recipiente. Analisa-se a temperatura da água fria (antes de passar pelo processo de
aquecimento pelo chuveiro elétrico).
Para fins didáticos vamos assumir que esta temperatura seja de 24º C e
que se considera ser a temperatura inicial.
Posteriormente, aquece-se a água com a utilização do chuveiro elétrico.
Novamente com a utilização de um termômetro e de um recipiente, coleta-se a temperatura
desta água, a qual denomina-se temperatura final, e que para fins ilustrativos assume-se como
sendo de 39º C.
Também é necessário fazer o cálculo de ganho de temperatura por litro
de água. Considerando que um litro de água pesa um quilograma (Kg), é possível determinar a
quantidade de água através do peso, descontando o peso do próprio recipiente.
Exemplificando, se considerar que a quantidade de água analisada for
de 10 litros , tem-se que a energia adicionada á água:
E(Kcal) = 10 litros x ( 39 Graus (temp. final) - 24 Graus (temp. inicial ) =
E(Kcal) = 10 litros x (15 Graus)
E = 150 Kcal
57
4.2.1.3 Relação entre Kwh e Kcal
As bibliografias pesquisadas trazem que , 1 Kwh é igual a 860 Kcal.
Portanto, esta nova informação pode ser aplicada à operação do enchimento do recipiente:
Se o aquecimento da água do recipiente consumiu 150 Kcal, se 860
Kcal é igual a 1 Kwh, então por regra de três, poderemos calcular quantos Kwh foram
consumidos neste aquecimento de água: (150 Kcal x 1 Kwh /860 Kcal )= 0,1744 Kwh
Neste exemplo, pode-se calcular o custo da energia a ser paga por
este aquecimento:
Custo = 0,1744 Kwh x R$ 0,384 por Kwh Æ aproximadamente R$ 0,07
ou seja, aproximadamente, 7 centavos por esta operação, com a utilização de um chuveiro
elétrico, considerando apenas 10 litros de água aquecida.
A metodologia também é aplicada ao aquecimento da água provocado
pelo coletor solar.
4.2.2 Prazo de retorno do investimento (pay-back)
Este método é utilizado para determinar o prazo de retorno que se
considera ser o espaço de tempo necessário para que os benefícios advindos de um
investimento possam cobrir seus custos, considerados a uma adequada taxa de juros.
O prazo de retorno consiste, portanto, na determinação de um prazo “n”
em que os custos “C” igualam-se aos benefícios “B”, ou seja, quando C = B, ou ainda,
quando: C – B = 0
58
Adotando-se a convenção de sinais, em que qualquer despesa (custo)
tem sinal negativo e em que qualquer receita (benefício) tem sinal positivo, pode-se dizer que,
conforme os instantes de tempo considerados para uma comparação de valores entre as
alternativas, a expressão C – B pode equivaler a valor presente líquido (VPL), valor atual
líquido (VAL) ou valor futuro líquido (VFL).
Desta forma, pode-se afirmar que C – B = 0, pode equivaler a VPL = 0,
VAL = 0 ou VFL = 0, conforme o instante considerado para a comparação de alternativas seja,
respectivamente, inicial, periódica ou final.
Quando são analisados os custos (C) e os benefícios (B) no instante
inicial, o prazo de retorno “n” consistirá na determinação de “n” quando VPL = 0.
4.2.2.1 Comparação do prazo de retorno do investimento com a
vida útil do bem
A partir do momento em que se determina o prazo de retorno “n” do
investimento, obtém-se um prazo necessário pelo qual um bem deve ser retido para cobrir os
custos investidos, tomando-se em consideração uma adequada taxa mínima de juros.
Se tal prazo de retorno “n” do investimento for menor que a vida
econômica de um bem, podemos dizer que o bem “se paga” num prazo menor que a sua vida
econômica. Logo, ele deve ser adquirido, se o prazo de retorno do investimento (pay-back) for
menor que a vida econômica.
Se, ao contrário “n” for maior do que a vida econômica do bem,
concluí-se que ele não retorna o capital investido dentro do período compreendido como a sua
vida econômica. Logo, ele não deve ser adquirido se o prazo de retorno do investimento (payback) for maior do que a vida econômica do bem.
Dentro do conceito de vida útil do bem, também é importante analisar
sob duas modalidades: vida útil real e contábil.
Vida útil real, também denominada vida econômica, é o prazo de
duração de um bem até ser alcançado o desgaste físico ou a obsolescência. Assim, dependendo
das características de fabricação de um coletor solar, de acordo com a marca, o modelo e a
59
procedência, poderíamos dizer que, em média, a sua vida útil real seria de, suponhamos, 6
anos.
Vida útil contábil é o prazo de duração de um bem até ser alcançado um
prazo resultante da regulamentação oficial e utilizado para escrituração contábil, como sendo o
do desgaste físico ou da obsolescência.
No presente estudo, considerando uma determinada taxa de juros
reinante, pode-se calcular o valor da anuidade, durante um prazo igual à vida econômica ou
vida útil do bem.
i (1 + i) n
PMT = PV x
________________
(1 + i)n - 1
Também é possível encontrar a anuidade através da representação a
seguir:
PMT = PV (A/P, i, n)
Onde:
PMT = valor da anuidade
PV = valor de aquisição do equipamento
A/P = índice para se encontrar a anuidade, dado o valor presente
i = taxa de juros reinante
n = vida útil ou vida de serviço
4.2.3 Taxa interna de retorno (TIR)
Este método da determinação da taxa interna de retorno (TIR), reflete o
percentual que iguala as entradas com as saídas de recursos ao longo de toda a vida econômica
60
do projeto e que é determinada em certo momento do tempo, sendo usualmente utilizado o
momento zero, ou seja, aquele em que se inicia o projeto.
Para a avaliação de propostas de investimentos, o cálculo da TIR exige
que se conheça o montante de dispêndio de capital e dos fluxos de caixa incrementais gerados
exclusivamente pela decisão. Considerando que esses valores ocorrem em diferentes
momentos, pode-se afirmar que a TIR, ao levar em conta o valor do dinheiro no tempo,
representa na verdade a rentabilidade do projeto expressa em termos de uma taxa de juros
equivalente periódica.
Esta metodologia de cálculo pode ser expressa da seguinte forma:
n
I0 + ∑
j =1
Ij
(1 + r ) j
FC j
n
=∑
j =1
(1 + r ) j
Onde:
Io = montante do investimento no momento zero (início do projeto)
Ij = montantes previstos de investimento em cada momento subseqüente
r = taxa de rentabilidade equivalente periódica (TIR)
FC = fluxos previstos de entradas de caixa em cada período de vida do projeto
(benefícios de caixa)
É evidente que a taxa interna de retorno é uma taxa implícita e está em
função da forma como o fluxo de caixa se configura. Portanto ela reflete apenas uma taxa de
desconto suportável pelo projeto, considerando a sua vida econômica.
Porém, para se decidir pela aceitação ou não da alternativa econômica, é
necessário comparar a taxa interna de retorno (TIR) encontrada pela metodologia apresentada
anteriormente, com uma taxa referencial, a qual se denomina taxa mínima de atratividade
(TMA).
Esta taxa referencial e de comparação, reflete a taxa mínima aceitável
para a decisão de se implementar o projeto. Deve contemplar algumas variáveis econômicas
como: correção monetária, lucro, custo de oportunidade, risco, entre outras.
61
Também é possível considerar a TMA como sendo a taxa de juros
média reinante no mercado e que poderia servir para uma comparação adequada entre dedicarse ao projeto ou, simplesmente, aplicar no mercado financeiro.
Conclui-se pela aceitação ou não do projeto em função da comparação
da taxa interna de retorno (TIR) com a taxa mínima de atratividade (TMA) se:
TIR > TMA –> grande probabilidade de sucesso
TIR < TMA –> grande probabilidade de insucesso
Esta comparação não deve ser feita de forma inflexível, pois como tratase de expectativas, inúmeras variáveis devem ser contempladas e a decisão torna-se mais uma
questão de “feeling”.
4.2.4 Valor presente líquido (VPL)
Quando é necessário analisar uma determinada alternativa
econômica para uma possível tomada de decisão, é possível se utilizar de alguns métodos de
análises, especificamente tratando de valores monetários, como:
a) método do valor presente líquido (VPL)
b) método do valor futuro líquido (VFL)
c) método do valor anual líquido (VAL)
O método do valor presente líquido (VPL), também chamado método
do valor atual líquido, tem como finalidade determinar um valor no instante considerado
inicial, a partir de um Fluxo de Caixa formado de uma série de receitas e dispêndios.
Em virtude de se usar freqüentemente a expressão Desconto ou Valor
Descontado em uma operação onde se determina o Valor Presente Líquido, a taxa mínima de
atratividade ou a taxa de juros envolvida recebe, muitas vezes, o nome de Taxa de Desconto.
62
O valor presente líquido (VPL) pode assim ser determinado:
n
VPL = [∑
j =i
FC j
(1 + K )
n
] − [I 0 + ∑
j
j =i
Ij
(1 + K ) j
]
Se a soma algébrica dos Valores Presentes dos Benefícios mais os
Valores Presentes dos Custos for nula, isto é, se o Valor Presente Líquido do fluxo de Caixa
for nulo, significa que os valores presentes dos benefícios são iguais aos valores presentes dos
custos, ambos obtidos com a aplicação de uma taxa característica de juros que poderia ser, por
exemplo, a Taxa Mínima de Atratividade.
Embora o resultado nulo desta equação é conseguido com a aplicação
da Taxa Interna de Retorno (TIR) que é a taxa implícita ao fluxo de caixa e que, na condição
de taxa de desconto, iguala, no momento zero (inicial) todos os benefícios a valor presente
com todos os dispêndios, também na mesma base (momento inicial).
63
5. RESULTADOS E DISCUSSÃO
Para a análise comparativa da viabilidade econômica da utilização de
coletores solar para aquecimento de água foram pesquisados os custos envolvendo as três
alternativas selecionadas: aquecedor de água por energia solar em plástico, aquecedor solar de
baixo custo (ASBC) e chuveiro elétrico.
.
Os resultados apresentados a seguir, demonstra a análise dos custos
envolvendo cada uma das alternativas selecionadas para análise, comparando primeiro as duas
alternativas quanto ao aquecimento por energia solar, determinando a melhor opção
econômica e comparando-a ao sistema convencional.
5.1 Taxa Mínima de Atratividade (TMA)
Para análise de alternativas econômicas é necessário comparar a sua
rentabilidade esperada (benefício) com outras disponíveis no mercado e que se considera ser o
custo de oportunidade por implementar uma determinada alternativa econômica em detrimento
a outra.
O critério utilizado foi compor uma cesta de indicadores financeiros e
encontrar uma média ponderada sobre os mesmos.
64
Primeiramente encontra-se uma média aritmética simples entre os
meses de novembro/2004 e dezembro/2004 e aplica-se um índice de ponderação, considerando
a importância do índice na composição final da taxa.
O Quadro 8 apresenta estes indicadores, os índices de ponderação e a
média final ponderada.
Quadro 8 - Média ponderada de alguns indicadores financeiros.
____________________________________________________________________________
INDICADORES
NOV/2004
DEZ/2004
PONDERAÇÃO ÍNDICE PONDERADO
IGP-M (FGV)
0,8200%
0,7400%
15%
0,1170%
IGP-DI (FGV)
0,8200%
0,5200%
15%
0,1005%
INPC (IBGE)
0,4400%
0,8600%
11%
0,0715%
ICV (DIEESE)
0,8300%
0,5400%
11%
0,0754%
IPCA (IBGE)
0,6900%
0,8600%
11%
0,0853%
IPC (FIPE)
0,5600%
0,6700%
8%
0,0492%
POUPANÇA
0,6152%
0,7412%
8%
0,0543%
TR (BACEN)
0,1146%
0,2400%
8%
0,0142%
SELIC (BACEN
1,2500%
1,4800%
13%
0,1775%
__________________________________________________________________________________
MÉDIA PONDERADA
0,7449%
___________________________________________________________________________
Portanto, para fins de cálculos de atualizações de valores será adotada a
Taxa de 0,7449% ao mês, o que corresponde a Taxa de 9,3143% ao ano, ou seja:.
Taxa ao ano = (((((Taxa ao mês/100) + 1)12) – 1) x 100)
Taxa ao ano = ((((0,7449/100) + 1)12) – 1) x 100)
Taxa ao ano = 9,3143%
65
5.2 Custos do aquecedor de água por energia solar em plástico
O Quadro 9 apresenta o custo de aquisição de alguns modelos de
aquecedor de água por energia solar em plástico.
Foram pesquisados equipamentos de similar eficiência e optou-se por
aqueles modelos que apresentaram o menor valor de compra.
A condição de pagamento é de 40% de entrada e o restante em três
pagamentos mensais e iguais sem custo adicional no preço apresentado ou 5% para pagamento
a vista.
Quadro 9 – Custo de aquisição do aquecedor de água por energia solar em plástico.
_________________________________________________________ __________________
modelo
capacidade
tipo de bóia
acessório
custo de aquisição
1
110 litros
mecânica
sem misturador
R$ 779,67
2
110 litros
mecânica
com misturador
R$ 889,26
3
110 litros
eletrônica
sem misturador
R$
4
110 litros
eletrônica
com misturador
R$ 1.031,45
921,86
____________________________________________________________________________
Os estudos foram realizados, tomando por base a alternativa mais
econômica - modelo 1 - considerando o objetivo do presente trabalho que é tornar popular o
sistema de aquecimento por energia solar.
66
5.2.1 Análise do custo de aquisição do aquecedor de água por
energia solar em plástico
Esta primeira análise, através do custo atual líquido (CAL),
busca identificar a melhor opção de compra do equipamento selecionado, considerando a Taxa
Mínima de Atratividade.
A) COMPRA A PRAZO
ENTRADA: R$ 311,88
PARCELA 1,, 2 e 3: R$ 155,93 (mensais)
A Figura 21 apresenta uma demonstração visual, através do
fluxo de caixa da operação.
0
-50
-100
-150
R$
-200
-250
-300
-350
1
2
3
4
FLUXOS DE CAIXA
Figura 21 – Fluxo de caixa para aquisição do aquecedor de água por energia solar em plástico.
67
O método consiste em atualizar todos os custos para o momento do
investimento inicial, ou seja, realizar a análise através do custo atual líquido (CAL).
(1 + i) 1 - 1
(1 + i)n - 1
CAL = - Io - PMT1 x ______________ .- . . . - PMTn x _____________
i (1 + i) 1
i (1 + i) n
onde:
CAL = custo atual líquido
Io = investimento inicial
PMT = anuidades (parcelas) – na base dada
i = taxa de juros reinante - na base dada
n = prazo
Portanto,
(1 + 0,007449)1 -1
CAL = -311,88 - 155,93 x _______________________________
0,007449 (1 +`0,007449)1
(1 + 0,007449)2 -1
- 155,93 x _______________________________
0,007449 (1 +`0,007449)2
(1 + 0,007449)3 -1
- 155,93 x _______________________________ = - 772,78
0,007449 (1 +`0,007449)3
68
É apresentada a seguir, a metodologia utilizada na calculadora
financeira HP12-C, para fins de cálculo do custo atual líquido (CAL), metodologia esta, que
atualiza todos os valores futuros e os traz, considerando a taxa de juros reinante, também
denominada como taxa mínima de atratividade (TMA), para o valor presente:
CAL = 311,88 CHS CFo
155,93 CHS CFj
3 Nj
0,7449 _i_
NPV
CAL = - 772,78
B) COMPRA A VISTA
PREÇO FINAL = R$ 779,67 – 5% = R$ 740,69
Portanto, a melhor opção de compra da primeira alternativa analisada aquecedor de água por energia solar em plástico, é a compra a vista por R$ 740,69.
O presente estudo considera não haver restrição de capital.
Portanto a decisão de qual condição de compra é a mais recomendável,
é tida, tomando por base o melhor preço de aquisição analisado na condição de pagamento a
vista.
69
5.3 Custos do aquecedor solar de baixo custo (ASBC)
Foram pesquisados os preços dos componentes em três lojas de
materiais de construção e casas especializadas, sendo que foi determinado um preço médio.
O levantamento dos componentes foi dividido em três blocos: primeiro
os custos envolvendo os componentes para a montagem dos coletores solar, na seqüência os
custos envolvendo as ferramentas necessárias e os complementos e finalmente os custos que
envolvem a montagem do reservatório.
O dimensionamento do coletor solar foi realizado para que esta
alternativa tivesse a mesma área de coletor do que a primeira apresentada – aquecedor de água
por energia solar em plástico, permitindo desta forma, uma comparação nas mesmas condições
de absorção solar.
5.3.1 Análise do custo de aquisição do aquecedor solar de baixo
custo (ASBC)
Nesta segunda alternativa econômica, como o equipamento estudado –
aquecedor solar de baixo custo (ASBC) – não encontra-se disponível no mercado para ser
adquirido, é necessário fazer um levantamento dos valores que envolvam as aquisições de
componentes necessários para a montagem deste tipo de equipamento.
Por tratarem-se de componentes populares, de baixo custo, é possível
encontrá-los em lojas que comercializam materiais de construções ou em lojas similares.
A proposta da utilização de materiais alternativos visa tornar o
equipamento mais barato e acessível a todos aqueles que buscam formas mais econômicas de
geração de energia para o aquecimento de água.
Quanto a eficiência do equipamento ora analisado, é parte integrante
deste estudo.
O Quadro 10 apresenta os valores envolvidos na aquisição dos
componentes para a montagem do aquecedor solar de baixo custo (ASBC).
70
Quadro 10 – Custos de aquisições dos componentes para a montagem do aquecedor solar de
baixo custo (ASBC).
____________________________________________________________________________
QTDE
0,70m
1,4m
02
01
02
01
03
02
01
01
01
01
01
01
01
02
01
01
08
01
01
01
02
03
01
0,20m
01
1m
2m2
DESCRIÇAO
Placa de forro de PVC alveolar modular 1,25 x 0,62m
Dutos de PVC marrom 32 mm (ext) e 700 mm de comprimento
Luvas soldáveis de PVC marrom 32mm
Adaptador de PVC marrom 32 mm x 1”
Joelhos 90º de PVC marrom soldáveis de 32 mm
Cap PVC branco com rosca de 1”
Caps de PVC marrom de 32 mm
Placa EPS
Metro de bambu
Ferro de solda
Pincel 2”
Espátula flexível com ponta arredondada
Serra de extremidade livre
Lixa 120
Araldite 24h – 20 gr/placa
Fita crepe
Esmalte sintético preto fosco
Tábua plana de 80 x 15 cm
Pregos de 4 cm
Lápis
Régua de 70 cm
Caixa de cimento-amianto 120 lts
Adaptadores soldáveis com flanges e anel de 32 mm
Conjuntos de adaptadores com flanges de 25 mm
Torneira de bóia com saída para mangueira
Duto de 4”
Bóia de plástico do pescador
Eletroduto flexível amarelo
Filme de PVC (lona de caminhão)
TOTAL
PREÇO
R$
R$
R$
R$
R$
R$
R$
R$
R$
R$
R$
R$
R$
R$
R$
R$
R$
R$
R$
R$
R$
R$
R$
R$
R$
R$
R$
R$
R$
20,00
3,80
1,40
0,70
1,70
1,10
2,25
5,50
2,30
21,00
2,00
0,50
2,40
0,80
15,10
5,40
3,50
2,90
0,60
0,40
7,00
42,00
17,00
17,50
5,00
1,20
4,00
1,10
2,80
R$ 190,95
____________________________________________________________________________
71
5.4 Análise comparativa da eficiência dos dois modelos apresentados
Considerando que os custos foram determinados, é necessário calcular a
eficiência apresentada pelos dois modelos. Esta comparação é necessária, considerando que
existe uma grande diferença nos custos de implantação das alternativas.
Utilizando a metodologia da comparação entre os resultados
apresentados pelo aquecedor de água por energia solar em plástico e o aquecedor solar de
baixo custo (ASBC), é possível determinar aquele que apresenta uma melhor eficiência
técnica e desta forma, determinar a melhor relação custo/benefício.
Os resultados apresentados, são médias de várias pesquisas obtidas em
diversas coletas durante os meses de outubro e novembro de 2004, na cidade de Agudos,
interior do Estado de São Paulo, utilizando para tanto um termômetro industrial, marca Alpax,
com escala interna, capilar prismático, corpo de 235+-3 xdiam, de 19,5 mm, fechamento
redondo, com presilha na parte inferior e rolha na superior e haste opcional de 100 mm.
O Quadro 11 mostra os resultados obtidos com o aquecedor de água por
energia solar em plástico e o aquecedor solar de baixo custo (ASBC).
Quadro 11 – Comparação entre o aquecedor de água por energia solar em plástico e o
aquecedor solar de baixo custo (ASBC) – temperaturas em graus Celsius.
____________________________________________________________________________
TIPO
/ HORA
09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00
MÉDIA
aquecedor de água por
energia
solar em plástico
26
29
34
39
41
41
42
41
40
37,00
Gradiente de temperatura
3
5
9
12
14
14
16
15
15
11,44
aquecedor solar de
baixo custo (ASBC)
23
25
29
34
38
38
38
35
33
32,56
Gradiente de temperatura
0
1
4
7
11
11
12
9
8
7,00
23
24
25
27
27
27
26
26
25
25,56
temperatura ambiente
____________________________________________________________________________
72
Os resultados apresentados para as diversas situações durante os meses
de outubro de novembro de 2004, determinam um valor médio de temperatura no reservatório
do aquecedor de água por energia solar em plástico de 37º C, enquanto que para o aquecedor
solar de baixo custo (ASBC) obteve-se 32,56º C, conforme os dados apresentados no Quadro
11, que também traz o gradiente de temperatura relativamente ao ambiente.
As Figuras 22 e 23 mostram para diversas horas do dia a diferença ente
a temperatura da água no interior do reservatório dos modelos pesquisados e a temperatura
ambiente e as suas respectivas gradientes de temperatura em graus Celsius..
45
GRAUS CELSIUS
40
A QUECEDOR
SOLA R EM
P LÁ STICO
35
30
25
A QUECEDOR
SOLA R DE B A IXO
CUSTO
20
15
10
TEM P ERA TURA
A M B IENTE
5
:0
0
17
:0
0
16
:0
0
15
:0
0
14
:0
0
13
:0
0
12
:0
0
11
:0
0
10
09
:0
0
0
HORARIO
Figura 22 – Influência da hora do dia na temperatura da água dos reservatórios térmicos.
73
17:00
16:00
HORARIO
15:00
14:00
13:00
12:00
AQUECEDOR
SOLAR DE
BAIXO CUSTO
11:00
AQUECEDOR
SOLAR EM
PLÁSTICO
10:00
09:00
0
5
10
15
20
GRAUS CELSIUS
Figura 23 – Comparação da gradiente de temperatura entre os dois modelos analisados
A Figura 24 mostra a influência da hora do dia no gradiente de
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
AQUECEDOR
SOLAR EM
PLÁSTICO
17
:0
0
16
:0
0
15
:0
0
14
:0
0
13
:0
0
12
:0
0
11
:0
0
AQUECEDOR
SOLAR DE
BAIXO CUSTO
10
:0
0
09
:0
0
GRAUS CELSIUS
temperatura entre as águas dos reservatórios térmicos e o ambiente.
HORARIO
Figura 24 – Influência da hora do dia na gradiente de temperatura entre as águas dos
reservatórios térmicos e o ambiente.
74
Os resultados obtidos mostram que no início do dia a temperatura da
água no interior do reservatório térmico do aquecedor solar de baixo custo (ASBC),
encontrava-se em equilíbrio com o meio ambiente. Isto porque o isolamento térmico não foi
suficiente para minimizar as perdas do calor durante a noite, fato este que é minimizado no
aquecedor de água por energia solar em plástico, que logo na primeira hora da coleta dos
dados, apresentou em média um gradiente de temperatura de 3º C entre a água no interior do
reservatório e o ambiente.
A partir das dez horas, começa a se observar no aquecedor solar de
baixo custo (ASBC) um gradiente de temperatura na água do reservatório que se intensifica
atingindo um máximo por volta das quinze horas na faixa de 12º C, enquanto que no
aquecedor solar em plástico o gradiente de temperatura chega a um máximo de 16º C no
mesmo horário (quinze horas).
Há que se observar que as curvas de temperaturas registradas nos
reservatórios, tanto do aquecedor de água por energia solar em plástico quanto no aquecedor
solar de baixo custo (ASBC), apresentam, em alguns momentos, o mesmo comportamento,
ainda que defasadas por alguns graus, levando-se em consideração as características técnicas
de cada alternativa estudada.
Também pode ser observado que as últimas coletas demonstram uma
perda de eficiência maior no aquecedor solar de baixo custo (ASBC), justificado pelo seu
sistema de isolamento térmico ser menos eficiente se comparado ao aquecedor de água por
energia solar em plástico.
Portanto o critério para determinação da melhor alternativa, é realizado
considerando o custo de implantação do modelo, comparado à sua gradiente média de
temperatura, levando-se em conta que a vida econômica (6 anos) e os custos de manutenção
das duas alternativas, são absolutamente iguais e a sua eficiência está igual ou acima do
mínimo aceitável pelo usuário.
A vida econômica das alternativas estudadas está fixada de acordo com
as informações técnicas pesquisadas.
O resumo dos dados levantados está apresentado no Quadro 12.
75
Quadro 12 – Comparativo de custo por gradiente de temperatura.
____________________________________________________________________________
ALTERNATIVA
CUSTO DE
GRADIENTE DE
CUSTO POR
IMPLANTAÇAO
TEMPERATURA
GRADIENTE
Aquecedor de água por energia
Solar em plástico
R$ 740,69
11,44º C
R$ 64,75
R$ 190,95
7,00º C
R$ 27,28
Aquecedor solar de
baixo custo (ASBC)
____________________________________________________________________________
Conforme se observa o custo por gradiente de temperatura no aquecedor
de água por energia solar em plástico está em R$ 64,75 enquanto que no aquecedor solar de
baixo custo (ASBC) está em R$ 27,28, ou seja 57,87% abaixo do custo apresentado na
primeira alternativa.
Portanto, considerando que o resultado obtido na elevação da
temperatura da água da alternativa do aquecedor solar de baixo custo (ASBC) seja suficiente
para manter o conforto térmico de seus usuários, esta se caracteriza como a que possui a maior
probabilidade de ser a mais econômica entre as duas apresentadas.
A vida econômica da alternativa selecionada (aquecedor solar de baixo
custo – ASBC) está estimada em 6 anos.
Na seqüência, são analisados os custos de aquisição e manutenção do
sistema convencional de aquecimento de água (chuveiro elétrico) para se determinar a
continuidade ou não da viabilidade econômica da alternativa selecionada entre as duas,
preliminarmente, analisadas.
76
5.5 Custos de aquisição e manutenção do sistema convencional
(chuveiro elétrico)
O Quadro 13 apresenta os custos que envolvem a implantação e
manutenção de um sistema convencional para o aquecimento de água (chuveiro elétrico).
Estudos revelam que a vida econômica média de um chuveiro elétrico é
de 620 horas.
Portanto, para 4 pessoas com banho médio diário de 8,5 minutos cada,
durante os 365 dias do ano, tem-se uma vida econômica de 3 anos.
Quadro 13 – Custo de aquisição e manutenção do sistema convencional (chuveiro elétrico)
____________________________________________________________________________
tipo de custo
valor
aquisição (valor médio) de um chuveiro elétrico (5.400 Watt)
R$ 20,00
manutenção anual (910 Kw) x R$ 0,384
R$ 349,44
____________________________________________________________________________
5.6 Análise da viabilidade econômica da substituição do sistema convencional
do aquecimento de água (chuveiro elétrico) pelo aquecedor solar de
baixo custo (ASBC)
Com base nos dados levantados para a implantação dos dois projetos,
demonstrados no Quadro 14, pode-se determinar, através dos métodos de investimentos
definidos, a viabilidade econômica ou não, da substituição do sistema tradicional de
aquecimento de água (chuveiro elétrico) pelo aquecimento solar de baixo custo (ASBC).
Como a eficiência das duas alternativas é diferente, pois o aquecedor
solar de baixo custo (ASBC) possui uma gradiente de temperatura média de 7º C, enquanto
que o sistema de aquecimento tradicional (chuveiro elétrico) é de 16,5º C, foi encontrado um
77
custo adicional no sistema de aquecimento solar de baixo custo (ASBC) de R$ 201,19 que
seria traduzido como o consumo de energia elétrica necessária para igualar a eficiência dos
dois modelos em se considerando a gradiente de temperatura.
Este valor é determinado considerando que a eficiência do aquecedor
solar de baixo custo (ASBC) é, aproximadamente, 58% menor em se tratando da gradiente de
temperatura apresentada pelo sistema tradicional (chuveiro elétrico).
Também pode-se observar que como a vida econômica do chuveiro
elétrico è de aproximadamente 620 horas (3 anos), metade da vida econômica do aquecedor
solar de baixo custo (ASBC), no início do quarto ano, inicia-se o segundo ciclo da outra
alternativa econômica (chuveiro elétrico), sendo registrado o custo pela aquisição de um novo
equipamento (R$ 20,00).
O método utilizado é o do custo/benefício, ou seja, qual o benefício
esperado, através da redução de custo na utilização de energia elétrica, com a implementação
do sistema de aquecimento solar de baixo custo (ASBC)
Quadro 14 – Custos para implantação de alternativas para o aquecimento de água.
____________________________________________________________________________
AQUECEDOR SOLAR DE
CUSTOS
/
BAIXO CUSTO
ELÉTRICO
Investimento inicial
R$ 190,95
R$ 20,00
Ano 1
R$ 201,19
R$ 349,44
Ano 2
R$ 201,19
R$ 349,44
Ano 3
R$ 201,19
R$ 349,44
Ano 4
R$ 201,19
R$ 369,44
Ano 5
R$ 201,19
R$ 349,44
Ano 6
R$ 201,19
R$ 349,44
Valor residual
PROJETO
CHUVEIRO
-
-
____________________________________________________________________________
78
As Figuras 25 e 26 apresentam os fluxos de caixa das duas alternativas
analisadas.
ASBC
-184,00
-186,00
-188,00
-190,00
R$
-192,00
-194,00
-196,00
-198,00
-200,00
-202,00
Io
1
2
3
4
5
6
ANO
Figura 25 – Fluxo de caixa – aquecedor solar de baixo custo (ASBC).
CHUVEIRO
0,00
-50,00
-100,00
-150,00
R$ -200,00
-250,00
-300,00
-350,00
-400,00
Io
1
2
3
ANO
Figura 26 – Fluxo de caixa – chuveiro elétrico.
4
5
6
79
O Quadro 15, resume o fluxo líquido de caixa, quando comparadas as
duas alternativas econômicas.
Quadro 15 – Fluxo líquido de caixa.
____________________________________________________________________________
Investimento Inicial
R$ 190,95
Ano 1
R$ 148,25
Ano 2
R$ 148,25
Ano 3
R$ 148,25
Ano 4
R$ 148,25
Ano 5
R$ 148,25
Ano 6
R$ 148,25
____________________________________________________________________________
A Figura 27 apresenta o fluxo líquido de caixa, base para a comparação
da viabilidade econômica para a substituição do sistema de aquecimento tradicional (chuveiro
elétrico) pelo aquecimento solar de baixo custo (ASBC).
150
100
50
0
R$
-50
-100
-150
-200
Io
1
2
3
ANO
Figura 27 – Fluxo líquido de caixa.
4
5
6
80
5.6.1 Prazo de retorno (pay-back)
Para o cálculo do PB - prazo de retorno (pay-back), se utiliza o fluxo
líquido de caixa comparado ao investimento inicial, determinando em quanto tempo o valor do
investimento inicial é recuperado pela economia realizada pela não utilização de outra
alternativa.
PB Æ Io + FC1 + FC2 + . . . + FCn = 0
PB Æ -R$ 190,95 + R$ 148,25 + (R$ 42,70 / R$ 148,25) = 0
PB = 1,288027 anos
PB = 1 ano, 3 meses e 14 dias
Ou seja, em aproximadamente 16 meses, decorridos 21,5% da vida
econômica da alternativa do aquecedor solar de baixo custo (ASBC), estimada em 6 anos, a
economia realizada pela não utilização da outra alternativa (utilização somente do chuveiro
elétrico) promove o retorno do investimento realizado.
Destaca-se que mesmo com a utilização complementar do chuveiro
elétrico para buscar o equilíbrio entre a gradiente de temperatura entre as duas alternativas, o
prazo de retorno de 21,5% da vida econômica da alternativa do aquecedor solar de baixo custo
é bastante viável.
5.6.2 Taxa interna de retorno
Para o cálculo da taxa interna de retorno, que vai determinar qual é a
rentabilidade que está implícita na alternativa analisada de acordo com o fluxo de caixa
apresentado, a metodologia utilizada está apresentada a seguir.
81
n
I0 + ∑
j =1
Ij
(1 + r ) j
n
=∑
j =1
FC j
(1 + r ) j
Através da calculadora financeira HP-12C, também é possível encontrar
a taxa interna de retorno (TIR), que no teclado desta mesma calculadora é identificada pelas
iniciais IRR – internal return rate:
TIR = 190,95 CHS CFo
148,25 CFj
6 Nj
IRR
TIR = 74,93% ao ano
Esta taxa interna de retorno de 74,93% ao ano, está muito acima do
mínimo esperado e que foi definida como a taxa mínima de atratividade (TMA).
Quando na determinação da taxa mínima de atratividade (TMA) obtevese uma taxa esperada de, no mínimo, 0,7449 ao mês que equivale a 9,3143% ao ano,
considerando o princípio da capitalização (juros compostos)..
Portanto, é uma alternativa que apresenta uma rentabilidade muito
acima do mínimo esperado. Esta conclusão é corroborada pelo retorno rápido do investimento
realizado.
82
5.6.3 Valor presente líquido
Também podemos representar o cálculo para se determinar o valor
presente líquido (VPL) da seguinte forma:
n
VPL = [∑
j =i
FC j
(1 + K )
n
] − [I 0 + ∑
j
j =i
Ij
(1 + K ) j
]
Onde FCj representa o fluxo de caixa (benefício e/ou custo) do período;
I0 o investimento processado no momento zero; Ij o valor do investimento previsto em cada
período subseqüente; K a taxa de desconto do projeto, sendo representada pela rentabilidade
mínima – taxa mínima de atratividade (TMA) .
R$ 148,25
VPL = - R$ 190,95 +
R$ 148,25
_______________ + _______________ +
(1 + 0,093143)1
(1 + 0,093143)2
R$ 148,25
R$ 148,25
_______________ + _______________ +
(1 + 0,093143)3
R$ 148,25
(1 + 0,093143)4
R$ 148,25
_______________ + _______________ = R$ 467,90
(1 + 0,093143)5
(1 + 0,093143)6
83
Utilizando a calculadora financeira HP-12C, através da tecla NPV – net
present value, pode-se calcular o valor presente líquido (VPL):
VPL = 190,95 CHS CFo
148,25 CFj
6 Nj
9,3143
i
NPV
VPL = R$ 467,90
Este valor reflete o resultado financeiro, a valor presente, pela
implementação da alternativa do aquecedor solar de baixo custo se comparado ao sistema
tradicional (chuveiro elétrico).
O valor positivo apresentado é justificado porque a alternativa
econômica analisada retorna o capital investido num curto espaço de tempo e possui uma taxa
interna de retorno muito acima do mínimo esperado.
Deve-se observar que, o resultado financeiro a valor presente, se
considerarmos os 6 anos de vida econômica da alternativa, é de aproximadamente 245% do
capital investido.
Também há que se destacar que o resultado financeiro a valor presente
não será traduzido por um ganho financeiro, mas demonstra a economia realizada, ao longo da
vida econômica da alternativa estudada, pela implementação deste projeto se comparado ao
sistema convencional de aquecimento de água (chuveiro elétrico).
84
6. CONCLUSÕES
Os resultados obtidos através da análise comparativa da viabilidade
econômica da utilização de coletores solar para aquecimento de água, permitiram as seguintes
conclusões:
As curvas de temperaturas observadas nos dois reservatórios dos
sistemas de aquecimento de água por energia solar apresentaram, em média, o mesmo
comportamento, embora fossem observados alguns graus a menos no sistema de aquecimento
solar de baixo custo (ASBC), cuja diferença se acentuava no final do dia.
A análise econômico-financeira entre os dois sistemas de aquecimento,
provou que, embora o aquecedor solar de água por energia solar em plástico seja,
tecnicamente, mais eficiente, tendo uma gradiente média de temperatura de 11,44º C,
enquanto que a outra alternativa – aquecedor solar de baixo custo (ASBC) – apresentou uma
gradiente média de temperatura de 7º C, seu custo de implantação (R$ 740,69) é, significante
maior (288%), comparado ao outro investimento realizado (R$ 190,95).
A maior eficiência quanto à transferência de calor do sistema de
aquecimento de água por energia solar em plástico, em média 63% maior se comparada ao
aquecedor solar de baixo custo, não justifica a diferença do investimento inicial, optando-se
pelo aquecedor solar de baixo custo (ASBC).
85
Para os indivíduos que não possuem serviço de fornecimento de energia
elétrica, recomenda-se a implantação do aquecedor solar de baixo custo (ASBC),
considerando o seu bom desempenho econômico e seu custo menor se comparado a outra
alternativa (aquecedor de água por energia solar em plástico).
Quanto à comparação dos sistemas de aquecimento solar – aquecedor
solar de baixo custo (ASBC) – com o sistema tradicional de aquecimento de água (chuveiro
elétrico) - ficou provado que, economicamente, o valor investido para a montagem do sistema
alternativo é recuperado em um prazo reduzido (aproximadamente 15 meses), mesmo
considerando o uso complementar do sistema de aquecimento tradicional (chuveiro elétrico).
Considerando a vida econômica da alternativa selecionada de 6 anos, o retorno em 15 meses
do investimento realizado, pode ser interpretado como aceitável.
Foi calculada uma taxa interna de retorno (TIR) de 74,93% ao ano, que
garante um retorno muito superior a taxa mínima de atratividade (TMA) definida de 9,31% ao
ano. Esta rentabilidade se traduz no benefício gerado pela substituição parcial do sistema de
aquecimento de água tradicional (chuveiro elétrico) pelo aquecedor solar de baixo custo
(ASBC).
O valor presente líquido (VPL) foi calculado em R$ 467,90 e traduziu
os bons indicadores financeiros apresentados anteriormente. Este valor reflete a economia
realizada ao longo da vida econômica do projeto (6 anos) pela utilização do sistema tradicional
de aquecimento de água (chuveiro elétrico) apenas como complemento para o processo.
Portanto, considerando os resultados obtidos, pode-se concluir que a
instalação de um aquecedor solar de baixo custo (ASBC) se traduz em uma alternativa viável,
tanto para aquelas pessoas que estão afastadas dos centros urbanos e que não possuem o
fornecimento de energia elétrica, quanto para aquelas, que mesmo possuindo o fornecimento
de energia elétrica , podem se utilizar desta alternativa para reduzir, significativamente, seus
custos envolvidos com o aquecimento de água com a finalidade do banho.
86
Desta forma, o uso do aquecedor solar de baixo custo (ASBC), para
aquecimento de água para banho, eventualmente combinado com o sistema tradicional de
aquecimento de água (chuveiro elétrico) é uma boa alternativa econômica. Que justifica a sua
implementação.
87
7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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WOILER, S. & MATHIAS, S. F. Projetos – planejamento, elaboração e análise. 1. Ed. São
Paulo. Editora Atlas S A, 1996.
90
APÊNDICE
1 Irradiação solar em algumas cidades do Estado de São Paulo
Seguem os principais dados da irradiação solar, encontrados em algumas
localidades do Estado de São Paulo, cedidos pela equipe do Procell da Eletrobrás.
Detalhes da Planilha
Lat. = Latitude:
Informação: Latitudes iguais formam linhas paralelas ao equador
A latitude do equador é de zero graus
A latitude do polo sul é de (90,00) graus
E como exemplo, a latitude de S. Paulo é de (23,55) graus
Parênteses ( ) indica que o número é negativo
Latitudes acima do equador são consideradas como positivas.
Latitudes abaixo do equador são consideradas como negativas.
Long. = Longitude.
Informação: Longitudes iguais formam linhas que circundam o planeta,
passando sempre pelos dois pólos, norte e sul. São linhas ortogonais às
linhas representadas pelas latitudes que são sempre paralelas ao
equador.
91
Cada linha de longitude "divide" o planeta em duas metades iguais.
Longitude zero graus é uma linha que cruza a cidade de Greenwich na
Inglaterra.
Os graus das Longitudes crescem partindo de Greenwich à esquerda.
Estes graus dão a volta à terra e quando chegam de novo a Greenwich
totalizam 360 graus.
A Longitude de um local, mantendo-se a Latitude constante, não tem
influência na posição do sol. Isto é, para efeito da análise de posição mais produtiva dos
coletores, a longitude não precisa ser levada em consideração.
A latitude pode dar uma idéia aproximada da irradiação, oferecendo
diretrizes da inclinação dos coletores. A longitude não influencia a energia solar incidente, não
sendo importante para a posição dos coletores. As condições físicas e atmosféricas locais, são
os verdadeiros balizadores da energia solar que poderá ser aproveitada.
A localidade representa a cidade escolhida para a análise da irradiação
local.
As colunas de meses de janeiro a dezembro apresenta sua irradiação
diária, como média mensal, em Kwh por metro quadrado de área plana.
A média é a irradiação média anual (dos meses de janeiro a dezembro),
por dia e por metro quadrado plano
Estas informações de irradiação são os resultados de muitos anos, às
vezes décadas, de cuidadosas medidas em estações meteorológicas.
93
2 Selo de consumo de energia - chuveiro elétrico
94
3 Nota fiscal – conta de energia elétrica – CPFL Companhia Paulista de Força e Luz