UNIÃO DINÂMICA DE FACULDADES CATARATAS
FACULDADE DINÂMICA DAS CATARATAS
CURSO DE ENGENHARIA AMBIENTAL
EFICIÊNCIA TÉRMICA DE COLETORES SOLARES DE
BAIXO CUSTO EM FOZ DO IGUAÇU,PARANÁ.
MARCELO CARBONERA
FOZ DO IGUAÇU
2012
2
MARCELO CARBONERA
EFICIÊNCIA TÉRMICA DE COLETORES SOLARES DE
BAIXO CUSTO EM FOZ DO IGUAÇU, PARANÁ.
Trabalho de Conclusão de Curso,
apresentado à banca examinadora da
Faculdade Dinâmica das Cataratas –
UDC, como requisito parcial para
obtenção de grau de Engenharia
Ambiental.
Profª. Orientadora:
Panazzolo
FOZ DO IGUAÇU – PR
2012
Ms.
Francieli
3
TERMO DE APROVAÇÃO
UNIÃO DINÂMICA DE FACULDADES CATARATAS
EFICIÊNCIA TÉRMICA DE COLETORES SOLARES DE BAIXO CUSTO EM FOZ
DO IGUAÇU, PARANÁ.
TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO PARA OBTENÇÃO DO GRAU DE
BACHAREL EM ENGENHARIA AMBIENTAL
Aluno: Marcelo Carbonera
Orientadora: Prof. MSc. Francieli Panazzolo
Nota Final
Banca Examinadora:
Profº. ANGELO GABRIEL MARI
Prof.º JORGE OSCAR DARIF
Foz do Iguaçu,10 de julho 2012.
4
DEDICATÓRIA
A Deus, que sempre me deu forças e me iluminou para que pudesse vencer os
obstáculos com coragem e dedicação .
Aos professores do Curso de Engenharia Ambiental da Faculdade Dinâmica das
Cataratas, que transmitiram seus conhecimentos para a minha formação acadêmica.
A minha orientadora Professora Ms.Francieli Panazzolo, pela atenção, estímulo,
disponibilidade e colaboração com seus conhecimentos e experiências durante este
curso.
Aos meus pais Osvaldo Adelino Carbonera e Amélia Guzzo Carbonera, pelo apoio e
incentivo que sempre tiverem para que eu chegasse ao final do curso.
Aos meus irmãos, que sempre me incentivaram e demonstraram interesse no
andamento das atividades do curso.
Aos meus colegas de curso, pelo companheirismo, colaboração e troca de
experiências em todos os momentos ao longo da caminhada.
Aos meus amigos, que contribuíram para concluir mais uma fase da minha vida.
5
CARBONERA, Marcelo. Eficiência térmica de coletores solares de baixo custo em
Foz do Iguaçu, Paraná. Foz do Iguaçu, 2012. Projeto de Trabalho Final de
Graduação – Faculdade Dinâmica de Cataratas.
RESUMO
Existem diferentes fontes alternativas para a substituição da energia elétrica sem
impactar o meio ambiente, uma delas é o aproveitamento de energia solar térmica,
através da instalação de aquecedores solares produzidos a partir de produtos
reciclados, o que tem sido uma solução economicamente viável para os problemas
de redução do consumo de energia elétrica no setor residencial brasileiro. O
aquecedor solar com recicláveis constitui o que já é uma necessidade dupla,
economia de energia e reciclagem de lixo. Produzido a partir do que antes se
destinava a lixões, esses materiais ganharam um novo destino e se transformaram
em aquecedores de baixo custo, que poderão ser usados por toda a sociedade. O
objetivo do presente estudo foi de realizar um teste para comparação de rendimento
e bem como custos de montagem de dois painéis, para aquecimento de água, sendo
um deles feito com garrafas Pet e embalagens tetra Pak e outro com placas PVC
modular, comparando os mesmos com painéis industriais encontrados no comércio.
Nos resultados obtidos com relação a temperatura observou-se que o painel solar
feito com garrafas Pet e embalagens tetra Pak teve melhor desempenho, com
temperatura de até 55º C, enquanto o painel de PVC chegou a 52º C, mas ambos
tiveram rendimento inferior ao industrial que pode chegar a 70º C. Com relação ao
custo de montagem, o painel feito a partir de garrafas Pet apresentou melhor
viabilidade com custo total de R$ 218,22 e no caso do painel feito a partir de placas
de PVC o custo foi de R$ 349,80. Custos estes inferiores ao industrial que pode
chegar a R$ 3.300,00 sendo assim o coletor de garrafas Pet e embalagens tetra Pak
o mais viável para ser instalado em residências de pequeno e médio porte.
Palavras-Chave: Energia solar, produtos reciclados, energia renovável.
6
CARBONERA, Marcelo. Thermal efficiency of low-cost solar collectors in Foz do
Iguaçu, Paraná. Foz do Iguacu, 2012. Project to Completion of Course Work Faculdade Dinâmica de Cataratas.
ABSTRACT
There are various alternative sources for the replacement of electrical energy without
impacting the environment, one of them is the production of solar thermal, by
installation of the solar heating produced from recycled products, which has been an
economically viable solution to the problems of reducing energy consumption in the
residential sector of Brazil.The solar heater is recyclabe with what is already a double
need, saving energy and recycling. Produced from what was intended before the
dumps, these materials have gained a new destination and turned into low cost
heaters, that can be used throughout society.The objective of this study was to
perform a test to compare performance and assembly costs as well as two panels
income and costs and assembling two panels,one being made with Pet bottles and
Tetra Pak packs and another with modular PVC plates, comparing the same with
industrial panels found in the commerce. The results obtained the temperature it was
observed that the solar panel made from Pet bottles and Tetra Pak packaging had
better performance with temperature up to 55º C PVC panel has alredy reached 52º
C, but both had income below the industry which may reach 70º C. With regard to the
cost of assembling the panel made from Pet bottles showed a better viability with a
total cost of R$ 218,22, and in the case of the panel made from PVC plates the cost
of R$ 349,80, these costs less than the industry which may reach R$ 3.300,00 being
thus the collector Pet bottles and Tetra Pak packaging the most feasible to be
installed in the homes of small and medium businesses.
Keywords: Solar energy, recycled products, renewable energy.
7
LISTA DE FIGURAS
Figura 1: Placa de forro de PVC usada na construção de coletores..........................24
Figura 2: Método do corte da garrafa PET.................................................................24
Figura 3: Método para dobrar as embalagens tetra Pack..........................................25
Figura 4: Encaixe das embalagens tetra Pack nas garrafas......................................26
Figura 5: Encaixe das garrafas Pet nos tubos de PVC..............................................26
Figura 6: Painéis após encaixe com gargalos............................................................27
Figura 7: Funcionamento do aquecedor de garrafa Pet.............................................29
Figura 8: Localização da residência onde foi implantado o sistema..........................31
Figura 9: Embalagem tetra Pack sendo pintada........................................................34
Figura 10: Embalagens devidamente dobradas com auxilio de um molde...............34
Figura 11: Amostra de garrafa pronta com molde utilizado no corte..........................35
Figura 12: Amostra de encaixe das conexões aos tubos de PVC.............................36
Figura 13: Base superior com tubos 20 mm recebendo tinta preta............................36
Figura 14: Montagem do painel, tubo por tubo...........................................................37
Figura 15: Painel com todos os tubos montados; base inferior a ser encaixada.......38
Figura 16: Painel com montagem completa...............................................................38
Figura 17: Base para reservatório de água e painel em seu local definitivo..............39
Figura 18: Sistema montado com os tubos de entrada e saída de água...................40
Figura 19: Placa modular PVC recebendo pintura preto fosco..................................42
Figura 20: Placas com pintura completa....................................................................42
Figura 21: Placas sendo encaixadas no tubo PVC marrom 32 mm...........................43
Figura 22: Painel devidamente colado e pronto para ser instalado...........................44
Figura 23: Sistema aquecedor solar com placas PVC sendo montado.....................44
Figura 24: Sistema de tubos, saída de água do painel, entrada no reservatório.......45
Figura 25: Gráfico mostrando as variações de temperaturas no painel com Pet.......47
Figura 26: Gráfico mostrando as variações de temperatura no sistema com PVC....48
Figura 27: Gráfico mostrando as variações de temperatura e comparando os dois
painéis........................................................................................................................49
8
LISTA DE QUADROS
Quadro 1: Materiais utilizados no painel com Pet e seus respectivos valores...........34
Quadro 2: Materiais utilizados no painel de PVC e seus respectivos valores............43
Quadro 3: Temperaturas medidas no painel montado com garrafas Pet...................48
Quadro 4: Temperaturas medidas no painel com placas modulares de PVC............50
9
SUMÁRIO
Página
RESUMO.....................................................................................................................V
ABSTRACT................................................................................................................VI
LISTA DE FIGURAS.................................................................................................VII
LISTA DE QUADROS..............................................................................................VIII
1 INTRODUÇÃO ....................................................................................................... 11
2 REFERENCIAL TEÓRICO ..................................................................................... 13
2.1 ENERGIA ............................................................................................................ 13
2.2 GERAÇÃO DE ENERGIA NO MUNDO............................................................... 14
2.3 GERAÇÃO DE ENERGIA NO BRASIL ............................................................... 14
2.4 GERAÇÃO DE ENERGIA NA NOSSA REGIÃO ................................................. 16
2.5 ENERGIAS RENOVÁVEIS.................................................................................. 17
2.6 ALGUNS TIPOS DE ENERGIAS RENOVÁVEIS ................................................ 18
2.6.1 Energia Hidráulica .......................................................................................... 18
2.6.2 Energia Solar .................................................................................................. 19
2.7 AQUECEDOR SOLAR ( TIPOS) ......................................................................... 21
2.8 AQUECEDOR SOLAR DE BAIXO CUSTO ......................................................... 22
2.8.1 Coletor solar em PVC ..................................................................................... 23
2.8.2 Coletor solar feito a partir de produtos reciclados ..................................... 24
2.9 DIMENSIONAMENTO DE UM AQUECEDOR SOLAR ....................................... 28
2.9.1 Funcionamento de um aquecedor solar....................................................... 28
2.9.2 Vantagens e restrições do sistema...........………………………………...…...29
2.9.3Comparação
de
custos
de
sistemas
convencionais
e
recicláveis.................................................................................................................30
3 MATERIAL E MÉTODOS……. .............................................................................. 32
3.1 CARACTERIZAÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO .................................................... .32
3.2 DIMENSIONAMENTO DO SISTEMA .........................................................….….33
3.3 MATERIAIS UTILIZADOS NO SISTEMA COM GARRAFAS PET……………….34
3.3.1 Preparação dos materiais utilizados…………………………………….……...35
3.3.2 Montagem do sistema……………………………………………………....……..37
3.4 MATERIAIS UTILIZADOS NO SISTEMA COM PLACAS PVC…………….……..42
3.4.1 Preparação dos materiais utilizados……………………………………….…...43
10
3.4.2 Montagem do sistema……………...……………………………………….……..45
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO..............................................................................48
5 CONSIDERAÇÕES FINAIS....................................................................................54
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.........................................................................55
11
1 INTRODUÇÃO
A busca por novas e eficientes fontes de energia, tem se tornado uma
tarefa desafiadora para os países em desenvolvimento como o Brasil, pois vários
fatores têm influenciado nessa busca acelerada, entre eles os fatores ambientais,
econômicos e políticos. Além disso, a busca incessante por novas fontes de energia
também é impulsionada pelo próprio crescimento populacional elevado, o qual irá
exigir uma oferta energética maior.
Esse aumento na demanda energética tem trazido efeitos diretos sobre
os recursos naturais, os quais estão sofrendo com a exploração intensiva para suprir
as necessidades energéticas da sociedade moderna. Dessa forma, alternativas
começaram a surgir no mercado e, entre elas, as fontes de energias renováveis.
Pode-se dizer que as fontes de energias renováveis são pouco ou nada poluentes,
além de serem formas de energia descentralizadas.
Dentre as formas de energia renovável, cabe destacar a energia solar.
Pesquisadores a consideram como principal e mais importante fonte de energia, pois
a partir dela se originam a maioria das outras formas de energia renovável. Além
disso, a energia solar está disponível em todas as regiões do mundo, apesar de
existir diferenças de radiação entre as regiões e nas diferentes épocas do ano.
Apesar de ser fundamental a transição para o uso de energias
renováveis, é um grande desafio que vem sendo enfrentado pelos países na busca
da redução da dependência de combustíveis fósseis, os quais há muito tempo
dominam o mercado.
Teoricamente, a utilização das energias renováveis deveria trazer
uma grande redução dos custos energéticos, pois a utilização da maioria dos
recursos renováveis é gratuita (sol, vento, geotermia, hídrica, oceanos) ou
mais barata (biomassa). Porém, na prática, o sistema não é tão simples e
barato, devido principalmente ao elevado custo inicial da implantação de
sistemas de produção de energia renovável. Além disso, os sistemas
associados aos combustíveis fósseis tiveram muitos anos de grande
desenvolvimento e de utilização generalizada, enquanto os sistemas que
utilizam energias renováveis ainda são pouco conhecidos e testados,
provocando ainda insegurança na sociedade, o que impede um crescimento
12
dessas tecnologias renováveis. Outro fator que deve ser considerado é que
boa parte da matéria prima utilizada na confecção de coletores solar, por
exemplo, não são de fabricação brasileira, agregando mais valor ainda ao
sistema e aumentando o custo final do produto.
Dessa forma, desenvolver sistemas alternativos para a utilização de
energias renováveis é a tendência do mercado. Entre eles, podem-se
destacar os coletores solares de baixo custo confeccionados com materiais
recicláveis, como embalagens de politereftalato de etileno (garrafas Pet),
embalagens tetra Pak e tubos de PVC.
Assim sendo, o presente estudo teve por objetivo realizar um teste
de captação de energia solar para aquecimento de água através de painéis
solares de baixo custo produzidos a partir de produtos reciclados.
Através do monitoramento diário, com auxílio de termômetro,
observou-se a variação da temperatura, onde avaliou-se qual painel obteve
maior temperatura de aquecimento através da energia solar. Além disso,
comparou-se os custos de montagem de cada painel, com os valores de
painéis industriais oferecidos no comércio em geral.
13
2 REFERENCIAL TEÓRICO
2.1 ENERGIA
Existem algumas de conceituar energia, hoje pode-se definir energia
como capacidade de realizar um trabalho. Esclarecendo, o calor não pode ser
convertido totalmente em trabalho, mas continua sendo uma forma de energia. O
desenvolvimento de máquinas movidas a vapor no século XVIII proporcionou a
associação de trabalho, calor e movimento, dando o passo inicial às pesquisas para
criação das leis da termodinâmica, ciência que estuda as transformações de energia
(RAVEM, EVERT & EICHHORN, 2001).
Segundo Cavalcanti (2008), o desenvolvimento da humanidade, em geral, e a
melhoria da qualidade de vida do ser humano estão diretamente ligadas à utilização
de energia. Assim, a energia é um elemento de extrema importância na vida do
homem, tendo em vista que todas as suas atividades, doméstica, agropecuária,
agroindustrial ou industrial dependem do uso da energia.
O uso de energia em uma economia está fortemente ligado a inúmeras
questões sociais, incluindo a diminuição da pobreza, o crescimento populacional, o
grau de urbanização, etc. Ainda que estas questões afetem a demanda de energia,
a relação se dá nos dois sentidos: a qualidade e quantidade dos serviços de energia
e a maneira pelas quais os mesmos são atingidos, têm também efeito nas questões
sociais ( GOLDEMBERG, 2000 apud SCHAEFFER et al., 2003).
Para se ter uma idéia, em 1998, o consumo médio de energia por
habitante, nos países em desenvolvimento, era em torno de 5.900 kWh por ano, o
que corresponde à meia tonelada em equivalente de petróleo. Já para o ano de
2050, a previsão é de que esse consumo praticamente triplique, atingindo 17.600
kWh hab.-1 ano-1 o que corresponderá a uma tonelada e meia em equivalente de
petróleo (CAVALCANTI, 2008).
14
2.2 GERAÇÃO DE ENERGIA NO MUNDO
A crescente demanda mundial de energia, o progressivo esgotamento
das fontes de energia não renováveis e problema ambiental, que se apresenta como
uma questão cada vez mais importante para o futuro da humanidade, colocam a
energia solar como uma alternativa promissora e que, seguramente ocupará um
lugar de destaque este milênio (ALVARENGA,2001).
Alternativas energéticas estão disponíveis para suprir algumas das
necessidades humanas e a cada dia se tornam mais importantes dentro da matriz
energética de muitos países. Podemos citar o crescente uso da biomassa, energia
eólica, energia solar térmica e energia solar fotovoltaica (ABRAVA, 2008).
A utilização da energia solar térmica para o aquecimento de água tem
sido de importância considerável para o contexto atual da sociedade devido a sua
importância ambiental, social e econômica. Além disso, a abundância do recurso
solar em todas as regiões do planeta é um fator importante para as pessoas
passarem a utilizar sistemas de aquecimento solar para água (REDE BRASIL,
2008).
Segundo Svem (2008), as fontes limpas têm capacidade hoje de gerar
50% da energia necessária para o planeta. Um investimento pesado em renováveis
poderia resultar numa indústria poderosa, com faturamento de US$ 360 bilhões por
ano.
2.3 GERAÇÃO DE ENERGIA NO BRASIL
Para Zanin et al., (2002), a energia elétrica encontra-se em destaque em
todos os setores da economia mundial e é de extrema importância para o
desenvolvimento de qualquer país. Sua conservação, em cadeias produtivas, diminui
o custo de produção. De acordo com os autores acima, o planejamento inadequado
da produção e do consumo energético leva a impactos ambientais que podem
comprometer
o
desenvolvimento.
No
Brasil,
a
produção
de
energia
é
predominantemente hídrica, e a escassez de chuvas nos períodos secos deixa em
crise este setor.
15
Para Souza, Mauad & Leme (2003), só a partir de 1883 com a
implantação da usina hidroelétrica do Ribeirão do Inferno, na bacia do
Jequitinhonha, município de Diamantina, então província de Minas Gerais, é que
teve início a geração de energia elétrica no Brasil, a partir de recursos hídricos. Esse
aproveitamento pioneiro constituiu-se em um dos maiores do mundo na época, com
um desnível de 5 m, construindo-se a mais longa linha de transmissão para a época:
2 km.
De acordo com o Balanço Energético Nacional (2009), publicado pelo
Ministério de Minas e Energia, o consumo total de energia no Brasil, agregando
todas as fontes energéticas, cresceu 5,6 % em 2008 em frente a 2007 e a oferta de
energia renovável representou 45,3% do total da oferta de energia em 2008, caindo
de 45,9% em 2007. A oferta de energia de fontes não renováveis aumentou para
54,7% do total em 2008 de 54,1% em 2007.
Tiago Filho et al., (2003) afirma que, de acordo com os dados da Agência
Nacional de Energia Elétrica (ANEEL), no Brasil, somam-se um total de 2837,77 MW
para aprovação e um total de 4478,37 MW aprovados, totalizando 7316,14 MW para
construção de novos projetos de pequenas centrais hidroelétricas, mostrando, desta
forma, um mercado promissor para novos investimentos.
Conforme Furtado (2005), para sustentar um crescimento do Produto
Interno Bruto (PIB) na faixa de 3,5% anuais, será preciso aumentar pelo menos 4,5%
ao ano a produção brasileira de energia elétrica. Apesar dos reservatórios que
abastecem as usinas hidrelétricas estarem cheios, isso não basta para assegurar
que haverá energia elétrica suficiente para atender a expansão da economia,
embora ajudem a diminuir substancialmente as ameaças de racionamento. Segundo
a autora, calcula-se que será necessário investir 20 bilhões de reais por ano para
assegurar a oferta de eletricidade ao país, e a maior parte dos recursos deverá vir da
iniciativa privada.
Por outro lado, há ainda, no Brasil, uma grande exclusão elétrica que,
segundo Gomes & Cohen (2006), é um fenômeno essencialmente regional e rural,
sendo que 63,9% dos domicílios sem acesso à energia elétrica estão situados na
região Nordeste e 81,6% dos domicílios sem acesso à energia elétrica estão
situados na zona rural. Mais de 60% dos domicílios sem acesso à energia elétrica
apresentam renda per capita inferior a meio salário mínimo.
16
O suprimento de energia a todos os cidadãos é fator indispensável ao
bem-estar social e ao desenvolvimento econômico de qualquer nação. No caso do
Brasil, esse suprimento é ainda deficitário seja pela falta de acesso do cidadão, seja
pela precariedade do atendimento. Quando a energia é suprida, as barreiras
econômicas muitas vezes impedem que segmentos significativos da sociedade
possam fazer uso desta energia para o atendimento até mesmo de suas
necessidades mais básicas (SCHAEFFER et al, 2003).
2.4 GERAÇÃO DE ENERGIA NO OESTE DO PARANÁ
A usina de Itaipu é, atualmente, a maior usina hidrelétrica do mundo em
geração de energia. Com 20 unidades geradoras e 14.000 MW de potência
instalada, fornece 16,99% da energia consumida no Brasil e abastece 72,91% do
consumo paraguaio (ITAIPU, 2012).
Itaipu produziu em 2011 um total de 92.245.539 megawatts-hora (92,24
milhões de MW/h).O recorde histórico de produção de energia ocorreu em 2008,
com a geração de 94.684.781 megawatts-hora (MW/h). O recorde anterior foi em
2000, quando Itaipu gerou 93.427.598 MW/h (ITAIPU, 2012).
A Itaipu Binacional produz energia elétrica com base na energia hidráulica,
ou seja, pelo aproveitamento da energia potencial gravitacional da água contida em
uma represa elevada. Essa energia está presente na natureza em fluxos de água,
como rios e lagos, e pode ser aproveitada em desníveis acentuados ou quedas
d’água (ITAIPU, 2012).
Para a Itaipu Binacional (2012), as energias renováveis têm características
exclusivamente regionais. As fontes que são importantes em uma região podem não
ser em outras.Assim, o planejamento energético com fontes renováveis, para que
gere todos os benefícios que se pretende, deve respeitar as características locais,
especialmente os solos, o clima, a biodiversidade e as atividades humanas.
2.5 ENERGIAS RENOVÁVEIS
As fontes de energia renováveis são aquelas que não se esgotam, como
o vento, águas fluviais e maremotriz e a radiação solar. Segundo Almeida & Rigolin
(2002), as fontes de energia renováveis são consideradas também fontes
17
alternativas de energia, porque contribuem para diminuir a dependência de fontes de
energia não renováveis e, de acordo com Tolmasquin (2003), terão uma participação
cada vez mais relevante na matriz energética global nas próximas décadas, podendo
chegar a 10% em 2020. Os recursos energéticos renováveis oferecem muitas
vantagens, pois podem ser usados de muitas maneiras, gerando poucos problemas
ambientais e podem ser controlados com tecnologias já disponíveis.
De acordo com Hirichs & Kleinbach (2003), as fontes renováveis de
energia fornecem, aproximadamente, 9% da energia mundial, aumentando para
22%, se incluídos todos os usos da biomassa. A energia eólica é o recurso
energético cuja utilização tem aumentado mais rapidamente. Em seguida vem a
energia fotovoltaica, com 24% de crescimento por ano. Para esses autores, há
indicações de que as fontes renováveis devem aumentar sua participação para 30%
a 40% do total em 2050, analisando os esforços globais em termos de políticas
voltadas às questões ambientais, especificamente voltadas ao clima.
2.5.1 Energia Hidráulica
De acordo com Hinrichs & Kleinbach (2003) a energia hidráulica tem
sido utilizada para que a água gere trabalho útil, como moer grãos, serrar madeira e
fornecer energias para outros benefícios. A força da água é transferida para
determinadas máquinas de movimento rotatório por meio de eixos, roldanas, polias,
cabos e engrenagens. Os gregos já utilizavam rodas d’água de eixo vertical em 85
a.C. e de eixo horizontal, por volta de 15 a.C. Além do vento, a força das águas foi a
única fonte de energia mecânica disponível até o desenvolvimento do motor a vapor
no século XIX.
Para Branco (2004) muito antes de conseguir utilizar a energia calorífica,
o homem controlou e utilizou a energia das águas, que têm caminho certo e mais ou
menos inviável. Esta alternativa de obtenção de energia foi resolvida com a
construção de barragens. O represamento da água em barragens e seu uso na
movimentação de rodas para moinhos datam da Idade Média. Moinhos já existem
desde 60 a.C. A primeira barragem com finalidade de regularizar vazões foi
construída no século XII, no rio Garonne, no sul da França.
18
A construção de barragens também influencia algumas mudanças no
perfil do sistema de um rio e na formação de novos padrões dentro do sistema
aquático (BARBOSA & ESPÍNOLA, 2003).
De Filippo et al., (1999), afirma que as variações mais diretas da
construção de um reservatório estão relacionadas ao estoque e a retirada da água.
A permanência de água estocada promove a retenção e estratificação de materiais e
calor, e retirada de água incide na exportação e a mistura de calor e matéria. A
alternância desses processos é que caracteriza o reservatório como um sistema
considerado intermediário entre o rio e lago.
De acordo com Tolmasquim (2003), a energia hidroelétrica, que fornece
19% da energia consumida no planeta, tem-se mostrado a mais atrativa, pois,
apesar de inconveniente dos danos ambientais e sociais e dos custos de
implantação e de distribuição, após o início da operação, pode ter a geração
adequada ao consumo de maneira ágil e eficiente. É considerada limpa, pois não
emite poluentes nos processos de produção e distribuição. A energia hidroelétrica
possui um grande potencial que ainda não foi explorado, o aproveitamento da
metade desse potencial poderia reduzir o lançamento de gases de efeito estufa em
cerca de 13% por evitar a construção de outras maneiras de produção de energia
elétrica a partir de combustíveis fósseis.
2.5.2 Energia Solar
Segundo Nascimento et al., (2003), a energia solar é a forma de energia
primária mais abundante na terra, mas é também uma das mais dispersas e
intermitentes quanto a sua utilização. É uma alternativa importante para geração de
eletricidade
que
oferece
vantagens
econômicas
e
ecológicas,
dentro
de
determinadas condições. Entre essas vantagens estão as seguintes características:
ser inesgotável, permitir uma geração de eletricidade renovável e livre de emissão
de gases poluentes e reduzir os níveis de poluição a valores aceitáveis.
A energia solar é responsável pelo surgimento da grande maioria das
formas de energia. O aproveitamento direto dessa fonte de energia gerada pelo sol é
uma das melhores opções da atualidade, para enfrentar os possíveis problemas
relacionados a produção de energia. Pois esta é ilimitada na escala terrestre de
19
tempo, e seu aproveitamento não gera impactos ambientais negativos (OLIVEIRA et
al., 2008).
Para Trigoso (2000), uma das principais aplicações da energia solar
fotovoltaica é a energização rural de residências de baixa renda, isoladas e distantes
da rede de distribuição de energia elétrica.
A aplicação mais simples da energia solar é a produção de calor a baixas
temperaturas. O aquecimento de água por meio do emprego de coletores é de
ampla aplicação nos mais diversos setores, destacando-se o residencial, industrial,
agropecuário e o de serviços. O uso dos coletores planos em substituição aos
chuveiros elétricos demonstra ser uma excelente alternativa, já que os investimentos
totais necessários são normalmente inferiores aos despendidos para o aquecimento
elétrico da água. (ALVARENGA, 2001).
O sistema de aquecimento de água por energia solar tem sua maior
importância na substituição do chuveiro elétrico, uma outra grande vantagem do
sistema de aquecimento de água por energia solar é reduzir o consumo de energia
no horário de pico, pois o que se vê nas residências, entre 17 e 21 horas, é um
grande aumento de demanda em decorrência do hábito das pessoas tomarem
banho com chuveiro elétrico nesse horário do dia. Os chuveiros elétricos de menor
potência tem 4.500 watts, mas existem chuveiros com potência muito maior. No
horário de pico, o hábito do banho leva a um aumento da curva de demanda e as
distribuidoras de energia tem que disponibilizar energia suficiente para cobrir esse
pico (BRANCO, 2004)
Com o aquecimento de água por energia solar pode-se minimizar esse
pico de demanda e colaborar com as distribuidoras de energia. A situação
geográfica do nosso país permite, com o nível de insolação que temos que a energia
solar seja utilizada praticamente em todas as regiões e sem qualquer problema, sem
contar o aspecto da preservação ambienta (FRANCO, 2002).
Cavalcanti (2008) relata que dentre as fontes de energia renováveis, a
energia solar, em especial, representa um elevado potencial de utilização, em função
da grande disponibilidade e das inúmeras vantagens que se encontram associado a
ela. Isso acontece, porque o sol funciona como um imenso reator à fusão, gerando
energia constantemente, e lançando-a no nosso planeta. Por isso, a combinação da
20
busca por recursos naturais e o elevado custo de manutenção da energia
convencional vem tornando, cada vez mais viável, o uso da tecnologia que permite
aproveitar a energia solar.
Segundo Rodrigues (2002), a energia solar é a fonte mais significativa
presente em nosso mundo. Ele afirma ainda que a energia proveniente dos raios
solares seja uma forma ideal de energia alternativa, por possuir características
expressivas como: ter em grande quantidade, constante e renovável.
Atualmente, há grande preocupação relacionada às fontes de energia
que podem ser utilizadas pelo homem. Para Netto (2006) as energias renováveis
são provenientes de ciclos naturais de conversão da radiação solar, que é a fonte
primária de quase toda energia disponível na Terra, por isso são praticamente
inesgotáveis e não alteram o balanço térmico do planeta. As formas ou
manifestações mais conhecidas são: energia solar, energia eólica, biomassa e
hidroenergia. Portanto, todas as fontes de energia renováveis derivam da energia
solar.
2.6 AQUECEDOR SOLAR
O aproveitamento da energia solar térmica, através de instalações de
aquecimento solar de pequeno, médio e grande porte, tem se mostrado como uma
solução técnica e economicamente viável para os problemas de redução do
consumo de energia elétrica no setor residencial brasileiro. Nesse sentido, sua
utilização intensiva em substituição aos chuveiros elétricos, largamente utilizados no
país, pode ser entendida como geração virtual de energia elétrica (PEREIRA, 2003).
A radiação solar pode ser absorvida por coletores solares, principalmente
para aquecimento de água, a temperaturas relativamente baixas, normalmente
inferiores a 100º C. A disponibilidade de radiação solar depende da latitude local e
da posição no tempo (hora do dia e dia do ano). Isso se deve à inclinação do eixo
imaginário em torno do qual a Terra gira diariamente (movimento de rotação) e à
trajetória elíptica que a Terra descreve ao redor do sol (translação e revolução).
Desse modo, a duração solar do dia varia, em algumas regiões e períodos do ano,
de zero hora a 24 horas (ANEEL, 2009).
Os sistemas foto térmicos mais difundidos são compostos por coletores
solares planos e reservatório térmico. O movimento da água no sistema ocorre por
21
diferença de densidade. A água fria, sendo mais densa, impulsiona a água quente,
que é menos densa, realizando a circulação (DAMASIO & STEFFANI, 2007).
A aplicação de aquecimento solar de água em habitações populares é
um processo ativo de geração de energia térmica. As instalações solares térmicas
residenciais podem ser projetadas para cada família, em edifícios e condomínios
residenciais. O aquecimento de água para uso doméstico, com o aproveitamento de
energia solar, é considerado uma tecnologia simples que pode ser instalado por um
técnico de nível médio (ARAÚJO et al., 2002).
2.7 AQUECEDOR SOLAR DE BAIXO CUSTO
Sistemas de baixo custo para aquecimento de água têm basicamente o
mesmo principio de funcionamento de sistemas tradicionais de aquecimento solar de
água, diferenciando dos mesmos pelo tipo de material utilizado na construção e pela
possibilidade de autoconstrução pelo próprio usuário do sistema (SOCIEDADE DO
SOL, 2009).
A utilização conjunta dos materiais de baixo custo com o aproveitamento
das instalações hidráulicas residenciais permite o retorno do investimento em 4 a 8
meses (SOCIEDADE DO SOL, 2009).
O aproveitamento da energia solar em residências necessita da redução
do preço dos equipamentos de montagem do sistema. O uso de aquecedores
solares de água vem aumentando, mas o seu custo elevado, ainda impede que a
tecnologia seja casa vez mais difundida, principalmente em comunidades de baixa
renda. Os projetos que utilizam uma energia gratuita para a população mais carente,
parece uma ótima alternativa para políticas sociais, além de ser ambientalmente
correto (SPRINGER, 2007).
Um problema quanto ao uso do sistema térmico solar de aquecimento de
água é que tem que ser bem dimensionado, de preferência projetado junto com a
obra da habitação. O aquecedor solar não é como chuveiro elétrico ou o aquecedor
a gás que pode ser ligado na hora que se tem vontade de tomar banho e a água
aquecida simultaneamente. Nem tampouco permite que se fique uma hora no
banho. É preciso dimensioná-lo, de acordo com os hábitos das pessoas, para que a
água atenda às suas necessidades (FRANCO, 2002).
22
O custo de investimento é um dos principais fatores analisados para
viabilização de qualquer instalação que envolva tecnologia de aquecimento solar. O
valor do investimento inicial para instalação de aquecedores convencionais solares
de água é elevado, pois na sua montagem são utilizados materiais nobres
(SOCIEDADE DO SOL, 2009).
2.7.1 Coletor solar em PVC
Segundo
Araújo et al, (2002), os coletores planos abertos e
manufaturados em PVC funcionaram satisfatoriamente no estado de Sergipe, região
Nordeste do Brasil. Os equipamentos foram submetidos a condições extremas de
uso, com forte exposição ao vento e sem utilização de isolamento térmico e
atingiram a temperatura média diária de 50º C. Contudo, deve ser ressaltado que a
temperatura média na região é de aproximadamente 28º C.
A tecnologia desenvolvida com canos de plásticos (PVC) oferece
temperatura de até 75ºC para um banho. O sistema foi desenvolvido pelo
engenheiro eletrônico Agustín Woelz (2000) fundador da ONG Sociedade do Sol. O
projeto está à disposição de qualquer pessoa ou entidade pela internet (DIAS, 2004).
Figura 1: Placa de forro de PVC usada na construção de coletores
Fonte: SOCIEDADE DO SOL, 2009
2.7.2 Coletor Solar feito a partir de Produtos Reciclados
Com a intenção de diminuir custos, utilizam-se placas de absorção
térmica que são compostas por tubos e conexões de PVC, menos eficiente do que
os tubos de cobre ou alumínio aplicados nos coletores convencionais; garrafas Pet e
23
caixas tetra Pak, substituem a caixa metálica, os painéis de absorção térmica e o
vidro utilizado nos coletores convencionais ( ALANO, 2004).
O aquecedor solar de água de garrafa Pet é montado em placas de
aproximadamente 1 m2. As garrafas são cortadas com o auxílio de um gabarito, um
tubo de PVC 100 mm que serve como régua, exemplificado o método na Figura 2,
de forma que se encaixem perfeitamente umas nas outras, em fileiras de 5 garrafas.
É sugerido utilizar garrafas cinturadas, (tipo coca-cola) pois se nota que há fuga de
calor entre as garrafas lisas e totalmente retas não limitam o encaixe, o que não
ocorre com o coletor feito com garrafas cinturadas (ALANO, 2004).
Figura 2: Método do corte da garrafa PET
Fonte: ALANO, 2004
Como a cor verde absorve mais o calor
recomenda-se não utilizar
garrafas Pet da cor verde, pois a degradação da garrafa ocorre mais rapidamente,
comprometendo a eficiência do aquecedor (SEMA, 2008).
Dentro das garrafas, são encaixadas embalagens tetra Pak, dobradas,
conforme mostra a figura 3. As embalagens de leite devem ser pintadas de preto
para absorver melhor o calor. Não é recomendado usar tinta com brilho, pois poderá
comprometer o desempenho do coletor, uma vez que em parte os raios solares são
refletidos. As caixas de leite se localizam logo abaixo dos canos de PVC de tamanho
20 mm, que também devem ser pintados de preto para absorver o calor, pois a água
circula pelo sistema (SEMA, 2008).
Alano, (2004) relaciona as etapas para preparo das embalagens tetra
Pack.
1- Com a caixa de leite montada, descolar as orelhas (a) dos quatro cantos.
24
2- Em seguida pressione a caixa para que ela amasse e fique planificada, corte
com 22,5 cm de comprimento e dobre as laterais, nos vincos (b) existentes na
caixa.
3- A caixa com as laterais dobradas.
4- Dobre as pontas (d) em diagonal para ajustá-la ao desenho da garrafa e
também as duas pontas da parte inferior (e) no corte de 7 cm, para o encaixe
da próxima garrafa.
Figura 3: Método para dobrar as embalagens tetra Pack
Fonte: ALANO, 2004
Figura 4: Encaixe das embalagens tetra Pack nas garrafas.
Fonte: ALANO, 2004
Ao encaixar as garrafas e embalagens de leite nos tubos PVC, é notado
que mesmo com as cinco garrafas Pet, sobra um pequeno pedaço do tubo PVC, no
qual será necessário apenas o gargalo de uma 6º garrafa para vedar o fundo da 5º
garrafa, como mostram as figuras na sequência (ALANO, 2004).
25
Figura 5: Encaixe das garrafas Pet nos tubos de PVC
Fonte: ALANO, 2004
Figura 6: Painéis após encaixe com gargalos
Fonte: ALANO, 2004
O coletor solar de baixo custo deve ser posicionado no telhado da
residência, ou em uma área que receba o sol diretamente, e sem incidência de
sombra de árvores, ou prédios, casas, estando com uma inclinação em graus
exatamente igual ao número de graus da latitude da local onde será instalado para
que possa captar o máximo de energia solar durante o ano todo(SEMA, 2008).
26
2.7.3 Coletor Solar Industrial com Tubo de Vácuo.
Painéis solares com tubos de vácuo são constituídos por um coletor de cobre
inserido numa peça única de lã de vidro prensada dentro de uma estrutura de
proteção em alumínio (SOLAR FOZ, 2012).
Mencionado por Marla Energias, (2012) os painéis com tubo a vácuo
apresentam uma ótima eficiência com baixa radiação mesmo no inverno,
suportando cargas térmicas com mais eficiência do que os outros modelos de
aquecedores; atinge elevadas temperaturas chegando a 70º C, possibilitando a
utilização em sistemas de ar condicionado e produção de vapor; coletores de tubos
de fluxo direto podem ser montados horizontalmente em uma superfície ou em um
telhado plano, providenciando menores perdas térmicas, devido ao vento e menores
custos de instalação evitando-se a remoção de material do telhado e mantendo a
sua estrutura intacta.
A estrutura de um tubo de vidro de parede dupla consiste em dois tubos,
um dentro do outro, concêntricos transparentes, essa estrutura é o principal
componente do coletor solar, capaz de resistir a altas temperaturas bem como ao
impacto de pedras de granizo de até 25 milímetros (MARLA ENERGIAS, 2012).
Cada placa é composta de 20 tubos coletores. Cada tubo coletor é
formado por dois tubos, com sua parte externa composta por vidro de borossilicato,
que é transparente e extremamente resistente. Para que o vácuo seja formado, o ar
é aspirado do espaço entre os dois tubos de vidro. O vácuo, por sua vez, elimina a
condução e a perda de calor. Com o principal objetivo de manter o vácuo entre duas
camadas de vidro, utiliza-se um condutor de bário, que durante sua fabricação é
exposto a altas temperaturas para que uma camada de puro bário seja formada.
Esta camada absorve qualquer gás, ajudando a manter o vácuo, enquanto sua cor
prata muda para branco se o vácuo for perdido, facilitando a constatação do
funcionamento devido da placa. Um painel com 20 tubos é suficiente para atender a
demanda em uma residência onde habitam 2 pessoas e o custo médio para a
implantação de um sistema completo é de aproximadamente R$ 3.300,00 (SOLAR
FOZ,2012)
27
2.8 DIMENSIONAMENTO DE UM AQUECEDOR SOLAR
Conforme Melo & Azevedo Neto (1988) dimensiona-se um aquecedor
solar de baixo custo para uma residência após determinar o volume de água
necessário, dado volume segue a expressão.
A = V.(tf-tm).[176,6.(I+0,219tm+0,634)]-1
Em que:
A = área de coletores em m2;
V = volume consumido em L.dia-1;
I = insolação em h.dia-1;
tm = temperatura média do ar em °C;
tf = temperatura que se deseja a água.
Por outro lado, Alano (2004) afirma que para dimensionar um aquecedor
solar basta saber a quantidade de pessoas que habitam determinada residência e a
partir disso é conhecida a quantidade de materiais a ser utilizada na montagem do
painel solar. A quantidade de material para 1 pessoa é de 60 garrafas Pet
transparente e formato cônico, e 50 embalagens tetra Pak de 1 litro, para uma
residência onde habitam 2 pessoas, basta multiplicar por 2.
O dimensionamento do sistema feito a partir de placas modulares de
PVC, emprega-se o método onde um sistema deve conter 1,5 placas modulares por
pessoa, onde no total de 3 placas são suficientes para garantir o consumo de 2
pessoas, SOCIEDADE DO SOL, (2009).
2.8.1 Funcionamento de um Aquecedor Solar
O princípio de funcionamento por termossifão é o que melhor se adapta à
sistemas simples de aquecimento solar de água. Esse sistema é o mesmo usado
nos aquecedores convencionais encontrados para comercialização, sendo que a
única diferença no projeto são os materiais de baixo custo utilizados no aquecedor
(ALANO, 2004).
28
O efeito termossifão é básico, notado quando o sistema absorve calor da
radiação solar, fazendo com que a água esquente, subindo pelas colunas de
tubulação do aquecedor e voltando para a parte superior do reservatório de água. A
água fria, por ser mais densa, flui para parte inferior do coletor mantendo o
aquecedor sempre cheio e fechando o ciclo de aquecimento, mostrada de forma
mais clara na figura 6 (SEMA, 2008).
Figura 7: Funcionamento do aquecedor de garrafas Pet.
Fonte: SEMA, 2008.
2.8.2 Vantagens e Restrições do Sistema
A radiação solar é uma fonte de energia abundante, renovável, gratuita e
que não impacta o meio ambiente. Estes são alguns dos motivos que ela vem sendo
considerada uma das alternativas energéticas mais promissoras (CAVALCANTI,
2008).
Segundo Cavalcanti (2008) o aproveitamento da energia solar é revertido
na conservação de recursos naturais, uma vez que cada kW/hora de energia
captada do sol significa uma economia desse mesmo valor das fontes convencionais
29
de energia (hidrelétricas, gás natural, lenha, óleo diesel). Isso contribui para a
preservação do meio ambiente.
De acordo com Cavalcanti (2008) a energia solar é limpa, ou seja, não
libera nenhum tipo de poluente ao meio ambiente. Isso se deve ao fato de que sua
geração, a captação, a transformação e o aproveitamento não envolvem nenhum
tipo de poluição.
Se, por um lado, a energia solar oferece inúmeras vantagens, por outro,
pode-se afirmar que o seu aproveitamento apresenta apenas uma restrição, ou seja,
a diminuição ou ausência de radiação solar direta, em dias nublados e chuvosos, em
conseqüência disso, dependendo da intensidade e duração desse período, nos
sistemas térmicos, o aquecimento da água, poderá não acontecer de maneira
adequada (CAVALCANTI, 2008).
2.8.3 Comparação dos Custos de Sistemas Convencionais e Recicláveis
A diferença dos aquecedores convencionais representa-se pelos
materiais utilizados na fabricação, também apresenta outras vantagens, que vai
além da economia na sua construção e de sua facilidade de montagem. Um
aquecedor convencional custa em torno de 3.300,00 reais, pois inclui materiais mais
sofisticados e eficientes e mão de obra especializada para sua instalação; já o
sistema montado com recicláveis necessita aproximadamente de R$ 220,00 para ser
montado, posto que os materiais básicos são garrafas Pet de 2 litros, caixas tetra
Pak longa vida, obtidas após o consumo de refrigerantes e leite, e tubos de PVC,
únicos materiais realmente a serem comprados (SOLAR FOZ, 2012).
A
reciclagem
representa
outra
vantagem
comparada
ao
outro
aquecedor, pois é desenvolvida sem qualquer processo industrial, reduzindo a
quantidade de lixo a ser depositada nos lixões; conseqüentemente, agrega valor de
mercado às matérias-primas que seriam descartados e são utilizados para a
montagem desse aquecedor. A montagem não apresenta nenhuma dificuldade,
porque a partir de algumas técnicas e seguindo o manual qualquer pessoa pode
fazer seu próprio painel solar e instalá-lo em sua residência, o que pode ser feito em
poucos dias ou até mesmo em um final de semana; nesse processo inclui cortar as
garrafas Pet, dobra e pintura das embalagens tetra Pak, corte e pintura dos tubos e
30
adaptação do reservatório de água para receber a água aquecida pelo sistema
(ALANO, 2012).
3 MATERIAL E MÉTODOS
3.1 CARACTERIZAÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO
O presente estudo foi desenvolvido em uma residência localizada no
bairro Jardim Dom Pedro I, Foz do Iguaçu Paraná. O local apresenta como
coordenadas 25° 32’43 56’’ S e 54° 33’ 35 47’’ O. A figura 8 mostra o local da
implantação do sistema, (GOOGLE EARTH, 2012).
Figura 8: Localização da residência onde foi implantado o sistema
Fonte: Google earth, 2012.
31
O município de Foz do Iguaçu esta localizado no extremo oeste do estado
do Paraná com altitude média de 173 metros. Segundo dados da Prefeitura
Municipal de Foz do Iguaçu (2012), o município possui área territorial totalizada em
617,71 km2. A parte do município ocupada pela área urbana totaliza 191,46 km2 e
corresponde 31% do total.
O clima da região é temperado úmido com verão quente, com precipitação
anual em torno de 1800 mm, a cidade tem uma das maiores amplitudes térmicas
anuais do estado, cerca de 11°C de diferença média entre o inverno e o verão, isto
deve-se a uma menor influência da maritimidade do que a que ocorre em outros
municípios. Por isso os verões costumam ser muito quentes, com máximas médias
em torno dos 35°C, por vezes chegando a superar a marca dos 42°C. (PEREIRA,
ALGELOCCI & SENTELHAS, 2002).
3.2 DIMENSIONAMENTO DO SISTEMA
Para dimensionamento do sistema feito a partir de garrafas Pet e
embalagens tetra Pak, adotou-se o método utilizado por Alano (2004) onde um
sistema deve conter 60 garrafas Pet e 50 embalagens tetra Pack para abastecer as
necessidades de uma pessoa, logo no estudo desenvolvido foram utilizadas 120
garrafas Pet e 100 embalagens tetra Pak, pois na residência habitam duas pessoas.
Já o dimensionamento do sistema feito a partir de placas modulares de
PVC, adotou-se o método apresentado por Sociedade do Sol (2009) onde um
sistema deve conter 1,5 placas modulares por pessoa, onde no total de 3 placas são
suficientes para garantir o consumo de 2 pessoas na região onde foi desenvolvido o
projeto.
De acordo com o manual elaborado por Alano (2008), adotou-se a
inclinação de 24 graus, voltado para o norte geográfico, assim o aquecedor terá
maior aproveitamento dos raios solares, além disso o grau de inclinação deve ser de
acordo com a latitude da região, que segundo o mesmo manual, Foz do Iguaçu
possui latitude de 24 graus.
32
3.3 MATERIAIS UTLIZADOS NO SISTEMA COM GARRAFAS PET
Após conhecido as dimensões do sistema foi possível saber a quantidade
de material a serem utilizados, alguns materiais são reciclados como as garrafas Pet
e embalagens tetra Pak, esses materiais foram sendo recolhidos em casas de
amigos, vizinhos e em alguns restaurantes da região. Outros materiais foram
adquiridos no comércio local, em casas de venda de materiais de construção. O
quadro 1, mostra a lista de materiais utilizados para montagem do sistema.
Quadro 1- Materiais utilizados no painel com Pet e seus respectivos valores.
MATERIAL
QUANTIDADE
VALOR R$
Garrafas Pet
140
0,00
Embalagens Tetra Pak
120
0,00
Conexões soldáveis PVC marrom com redução 40
48,00
25 mm x 20 mm
Joelho soldável 20 mm PVC marrom
6
1.92
Tubo PVC marrom 25 mm
1
12.50
Tubo PVC marrom 20 mm
2
17,00
CAP soldável PVC marrom
2
1,00
Caixa d’água 250 litros
1
90,00
Tinta preta fosco
0.5 litro
8,00
Torneira bóia para caixa d’água
1
4,00
Adaptador soldável PVC com flange
2
13,00
Cola adesiva
1
3,00
Fita adesiva auto fusão
1
19,80
Total
Fonte:Dados obtidos em materiais de construção Panorama, 2012.
218,22
33
3.3.1 Preparação dos Materiais Utilizados
Com todos os materiais disponíveis, foi possível iniciar a preparação dos
mesmos para a posterior montagem, primeiramente foram
prepararas as
embalagens tetra Pak, onde todas foram cortadas e suas dimensões ficaram em
22,5 cm de comprimento por 15,5 cm de largura, assim foi possível lavar
internamente as embalagens para evitar formação de microrganismos e forte mal
cheiro, posteriormente as embalagens foram achatadas e assim receberam pintura
preto fosco em um dos lados, assim foram dispostas para secagem. A figura 9
mostra a embalagem tetra Pak sendo pintada.
Figura 9: Embalagem tetra Pak sendo pintada
Fonte: Carbonera, 2012.
Após secagem da pintura, as embalagens foram dobradas com o auxilio
de um molde, de modo a serem encaixadas dentro das garrafas Pet. A figura 10
mostra as embalagens dobradas prontas para serem encaixadas.
34
Figura 10: Embalagens tetra Pak devidamente dobradas com auxilio de um molde
Fonte: Carbonera, 2012.
A segunda etapa da preparação dos materiais foi a lavagem e corte das
garrafas Pet, primeiramente as garrafas foram lavadas e seus lacres e tampas foram
retirados, em seguida com auxilio de um molde feito em cano PVC 100mm as
garrafas foram cortadas, todas com dimensões iguais as quais permaneceram com
comprimento de 31 cm. A figura 11 mostra as garrafas pet preparadas para
montagem e o molde utilizado para o corte das mesmas.
35
Figura 11: Amostra de garrafa pronta com molde utilizado no corte.
Fonte: Carbonera, 2012.
3.3.2 Montagem do Sistema
Tendo os materiais que necessitavam de prévia preparação adequados a
instalação, deu-se inicio a montagem do painel solar, primeiramente foi feito o
encaixe com colagem da base superior do painel, utilizando as conexões em formato
“T” de 25 mm com redução para 20 mm, essa base contou com vinte conexões,
entre cada conexão foram utilizados tubos de PVC de 25 mm com 8,5 cm de
comprimento,as saídas de 20 mm foram colados os tubos PVC com 1,05 m de
comprimento e diâmetro de 20 mm onde posteriormente serão encaixados as
garrafas Pet. A figura 12 mostra o encaixe dos tubos e conexões PVC.
Figura 12: Amostra de encaixe das conexões aos tubos de PVC.
Fonte: Alano, 2004.
36
Após encaixe dos vinte tubos em suas respectivas conexões os tubos
receberam pintura no qual foi utilizada tinta preto fosco. A figura 13 mostra os tubos
de PVC encaixados as conexões, recebendo pintura preto fosco.
Figura 13: Base superior com tubos 20 mm recebendo tinta preta.
Fonte: Carbonera, 2012.
Tendo a base superior montada e seus respectivos tubos aptos a receber as
garrafas, deu-se inicio a montagem das linhas de garrafas onde cada linha recebeu
5 garrafas e 5 embalagens Tetra Pak. A figura 14 mostra o início da montagem do
painel, fileira por fileira.
37
Figura 14: Montagem do painel, tubo por tubo.
Fonte: Carbonera, 2012.
As garrafas foram encaixadas uma a uma cuidadosamente passando a
cobrir o tubo de PVC, e a embalagem Tetra Pak ficou posicionada dentro da garrafa
em baixo do tubo com a superfície pintada de preto voltada para cima. Quando
todas a 20 fileiras foram completadas colocou-se a sexta garrafa em cada fileira,
essa com função de “tampar” cada fileira do sistema não tendo no seu interior a
embalagem tetra Pak.
A base inferior do sistema foi montada da mesma maneira que a base
superior, apenas não se utilizou cola nas conexões, pois assim os encaixes podem
ser ajustados para poder ajustar o encaixe final da mesma base. A figura 15 mostra
o painel devidamente montado recebendo o encaixe da base inferior.
38
Figura 15: Painel com todos os tubos montados; base inferior a ser encaixada.
Fonte: Carbonera, 2012.
A figura 16 mostra o painel com sua montagem final completa.
Figura 16: Painel com montagem completa.
Fonte: Carbonera, 2012.
Com o painel devidamente montado, passou-se a etapa da instalação do
sistema o qual foi acomodado no telhado da residência citada na localização da área
de estudos, o reservatório de água acomodado em base de madeira tipo “pallet” os
quais deram uma ótima resistência, em seguida o painel foi acomodado e fixado em
frente ao reservatório para que por fim pudessem ser feitas as conexões de entrada
39
e saída de água do sistema. A figura 17 mostra a base do reservatório sendo
ajustada em seu local definitivo.
Figura 17: Base para reservatório de água e painel em seu local definitivo.
Fonte: Carbonera, 2012.
O sistema conta com uma entrada de água no reservatório a qual é
controlada por uma torneira bóia; uma saída de água a qual vai ao sistema do
painel, que passando pelos tubos de PVC ganha temperatura e se torna menos
densa, com menor densidade a água se torna mais leve assim circula pelo sistema e
chega a parte superior, saindo do mesmo a água retorna ao reservatório na parte
mais alta. A figura 18 mostra o sistema montado com os tubos de entrada e saída de
água .
40
Figura 18: Sistema montado com os tubos de entrada e saída de água.
Fonte: Carbonera, 2012.
A partir do momento que o projeto foi montado iniciou-se o
monitoramento diário da temperatura da água, tanto da entrada como da saída do
coletor no período de maior radiação solar que ocorre entre 10hs e 16hs, para
verificar a variação da temperatura e o desempenho do mesmo, utilizou-se um
termômetro de laboratório da marca INCOTERM modelo L-151/08, no qual as
temperaturas podem ser medidas desde -10° C até 150° C.
3.4 MATERIAS UTILIZADOS NO SISTEMA COM PLACAS DE PVC
Após conhecido o dimensionamento do painel feito a partir de placas de
PVC, as mesmas placas foram adquiridas em outra cidade, neste caso estavam
disponíveis apenas nas capitais de cada estado, por motivos de facilidade de
compra as mencionadas foram compradas na cidade de Porto Alegre- RS,
consequentemente foram adquiridos os demais materiais no comércio local para
poder dar início a montagem do painel. O quadro 2 mostra lista de materiais
utilizados para montar o sistema.
41
Quadro 2- Materiais utilizados no painel de PVC e seus respectivos valores.
MATERIAL
QUANTIDADE VALORES
R$
Placa de PVC modular
3
140,00
Tubo PVC marrom 32 mm
1
32,00
Caixa d’água 250 litros
1
90,00
Tubo PVC marrom 20 mm
2
17,00
Torneira bóia para caixa d’água
1
4,00
Luva soldável PVC 32 mm
2
2,40
Bucha redução soldável PVC marrom 32 mm x 2
1,80
25mm
Bucha redução soldável PVC marrom 25mm x 20 4
2,40
mm
Adaptador soldável PVC com flange
2
Tinta preta fosco
0.5 litros
8,00
Cap soldável 32 mm
2
3.20
Cola soldável para PVC
3
36,00
Total
13,00
349,80
Fonte:Dados obtidos em materiais de construção Panorama, 2012.
3.4.1 Preparação dos Materiais Utilizados
Primeiramente foi dado o devido preparo as placas modulares em PVC, com
dimensões de 1,24 x 0,62 m, cada placa recebeu em suas extremidades um
envolvimento de 1,5 com cm de fita crepe, para evitar que essa parte recebesse
pintura. Consequentemente foram pintadas uma das faces de cada placa com tinta
preta fosca e deixou-se secar. A figura 19 mostra a placa modular PVC recebendo
pintura preta fosco.
42
Figura 19: Placa modular PVC recebendo pintura preto fosco.
Fonte: Carbonera, 2012.
A figura 20 mostra as placas com pintura completa.
Figura 20: Placas com pintura completa.
Fonte: Carbonera, 2012.
A segunda etapa de preparação dos materias foi fazer um corte de 0,62 m
na transversal do tubo de PVC marrom de 32 mm, esse corte teve por finalidade dar
acesso ao encaixe da placa modular PVC e consequentemente ser colada. Foram
43
feitos três cortes para casa cano, sendo que um será a base superior e o outro a
base inferior. A figura 21 mostra as placas sendo encaixadas nos tubos PVC
marrons.
Figura 21: Placas sendo encaixadas no tubo PVC marrom 32 mm.
Fonte: Carbonera, 2012.
3.4.2 Montagem do sistema
Após encaixadas as bases das placas foi iniciado o processo de colagem das
mesmas com os tubos de PVC, foi aplicada cola silicone vermelha para altas
temperaturas, a mesma permaneceu por 8 Hs para devida secagem, isso assegurou
a não ocorrência de vazamentos. A figura 22 mostra o painel devidamente colado e
pronto para ser instalado.
44
Figura 22: Painel devidamente colado e pronto para ser instalado.
Fonte: Carbonera, 2012.
Com o painel devidamente montado foi dado início a montagem do sistema,
foram utilizados suportes do tipo “pallet” para acomodar de maneira segura o
reservatório de água e o painel foi fixado na frente do reservatório. A figura 23
mostra o sistema sendo montado em seu local definitivo.
Figura 23: Sistema aquecedor solar com placas PVC sendo montado.
Fonte: Carbonera, 2012.
45
Com o reservatório e painel devidamente posicionados foram feitas as
ligações de entrada e saída de água no reservatório e entrada e saída de água no
sistema.
Figura 24: Sistema de tubos, saída de água do painel, entrada no reservatório.
Fonte: Carbonera, 2012.
A partir do momento que o projeto foi montado iniciou-se o
monitoramento diário da temperatura da água, tanto da entrada como da saída do
coletor no período de maior radiação solar que ocorre entre 10hs e 16hs, para
verificar a variação da temperatura e o desempenho do mesmo, utilizou-se um
termômetro de laboratório da marca INCOTERM modelo L-151/08, no qual as
temperaturas podem ser medidas desde -10° C até 150° C.
46
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO
Os resultados obtidos a partir do monitoramento diário das temperaturas de
cada sistema dentro do reservatório, além da temperatura ambiente e da
temperatura de entrada da água no sistema são mostrados nos quadros que
seguem.
Quadro 3-Temperaturas medidas no painel montado com garrafas Pet e
embalagens Tetra Pak.
DIA
TEMPERATURA
TEMPERATURA
TEMPERATURA
AMBIENTE
ÁGUA ENTRADA
ÁGUA SAÍDA
07-05-12
27 ºC
22 ºC
52 ºC
08-05-12
28 ºC
23 ºC
52 ºC
09-15-12
32 ºC
25 ºC
51 ºC
10-05-12
24 ºC
23 ºC
27 ºC
11-05-12
23 ºC
22 ºC
49 ºC
12-05-12
24 ºC
24 ºC
30 ºC
13-05-12
30 ºC
24 ºC
55 ºC
14-05-12
28 ºC
24 ºC
39 ºC
15-05-12
25 ºC
23 ºC
45 ºC
16-05-12
26ºC
23ºC
47ºC
17-05-12
25ºC
23ºC
48ºC
18-05-12
26ºC
24ºC
50ºC
19-05-12
24ºC
23ºC
49ºC
20-05-12
23ºC
23ºC
47ºC
21-05-12
25ºC
24ºC
44ºC
22-05-12
24ºC
23ºC
39ºC
23-05-12
25ºC
24ºC
45ºC
24-05-12
24ºC
24ºC
37ºC
25-05-12
26ºC
24ºC
39ºC
26-05-12
28ºC
24ºC
46ºC
27-05-12
24ºC
23ºC
23ºC
28-05-12
26 ºC
23 ºC
35 ºC
47
Para representar melhor as temperaturas obtidas no monitoramento
disponibilizou-se no gráfico que segue:
Figura 25: Gráfico mostrando as variações de temperaturas no painel com Pet.
Pode-se observar o bom desempenho do painel solar feito com Pet onde em
dias ensolarados tivemos temperatura de 55º C como é o caso do dia 13 do referido
mês, já em dias parcialmente nublado as temperaturas atingiram 45º C em média e
em dias totalmente nublado o painel não apresentou um bom desempenho onde as
temperaturas não tiveram alteração como é o caso dos dias 10 e 27 do referido mês.
Quadro 4-Temperaturas medidas no painel montado a partir de placas modulares de
PVC.
DIA
TEMPERATURA
TEMPERATURA
TEMPERATURA
AMBIENTE
ENTRADA
SAÍDA
07-05-12
27 ºC
22 ºC
48 ºC
08-05-12
28 ºC
23 ºC
49 ºC
09-15-12
32 ºC
25 ºC
47 ºC
10-05-12
24 ºC
23 ºC
26 ºC
11-05-12
23 ºC
22 ºC
45 ºC
12-05-12
24 ºC
24 ºC
28 ºC
13-05-12
30 ºC
24 ºC
52 ºC
48
14-05-12
28 ºC
24 ºC
36 ºC
15-05-12
25 ºC
23 ºC
44 ºC
16-05-12
26ºC
23ºC
46ºC
17-05-12
25ºC
23ºC
46ºC
18-05-12
26ºC
24ºC
47ºC
19-05-12
24ºC
23ºC
48ºC
20-05-12
23ºC
23ºC
45ºC
21-05-12
25ºC
24ºC
42ºC
22-05-12
24ºC
23ºC
36ºC
23-05-12
25ºC
24ºC
43ºC
24-05-12
24ºC
24ºC
35ºC
25-05-12
26ºC
24ºC
35ºC
26-05-12
28ºC
24ºC
42ºC
27-05-12
24ºC
23ºC
23ºC
28-05-12
26 ºC
23 ºC
34ºC
Da mesma maneira segue gráfico onde pode se observar o desempenho do painel
solar feito a partir de placas modulares de PVC.
Figura 26: Gráfico mostrando as variações de temperatura no sistema com PVC.
49
No painel desenvolvido com uso de pacas modulares PVC teve um
bom desempenho, apresentando temperaturas em dias ensolarados que chegaram
a 52º C que foi o caso do dia 13 do mês estudado, em dias parcialmente nublados
as temperaturas tiveram média de 42º C, já nos dias totalmente nublados ou com
chuva as temperaturas não tiveram variação que foi o caso do dia 27 do referido
mês.
Citado por Araújo et al, (2002), os coletores planos abertos e
manufaturados em PVC funcionaram satisfatoriamente no estado de Sergipe, região
Nordeste do Brasil, e atingiram a temperatura média diária de 50º C. Contudo, deve
ser ressaltado que a temperatura média na região é de aproximadamente 28º C.
No caso da região onde foi implantado o estudo, a temperatura sofre
variações no decorrer do ano, e a ocorrência de dias nublados e com chuva é maior,
no período em que foram monitoradas, as temperaturas a média da temperatura
ambiente foi de 25º C, sendo esse o motivo do menor desempenho que na região
Nordeste.
Após obter os resultados das temperaturas dos dois painéis, foi possível
organizá-los em um gráfico para uma melhor comparação do desempenho dos
mesmos, a figura a seguir mostra a variação das temperaturas.
Figura 27: Gráfico mostrando as variações de temperatura e comparando os dois painéis.
50
Observa-se que as temperaturas medidas no painel com Pet, tiveram
predominantemente melhor desempenho que o painel com PVC, mas não se
observou uma grande diferença nas temperaturas entre ambas. Entretanto, quando
comparado com os coletores industriais de tubos a vácuo os coletores em estudo
apresentaram valores inferiores aos painéis comercializados. Essa diferença se
explica pelo fato de os painéis de tubo a vácuo serem produzidos com materiais com
alta capacidade de isolação térmica.
Observou-se que as temperaturas dos painéis estudados demonstraram
bons resultados, com valores entre 50º C e 55º C, se comparados ao estudo
realizado por Araújo et al. (2002), que obteve média de 50º C. Por outro lado os
valores obtidos apresentaram menor eficiência do que os painéis industrializados
comercializados por empresas como Solar Foz (2012) que apresentam temperatura
que podem chegar a 70º C.
Da mesma maneira conforme Solar Foz ( 2012) observou-se que os custos
de montagem e instalação do painel industrial apresentam valores aproximados a R$
3.300,00, estando acima do custo dos painéis de baixo custo em estudo, que
apresentaram valores de R$ 218,22 e R$ 349,80 para os painéis de Pet e PVC,
respectivamente.
Assim sendo o presente estudo demonstra que os painéis de baixo custo
podem ser uma alternativa economicamente e ambientalmente viável.
51
5 CONSIDERAÇÕES FINAIS
Busca-se incentivar o desenvolvimento e implantação de meios de
produção de energias não poluentes, aproveitando alguns recursos naturais, que é o
caso da energia solar, para aquecimento de água a ser disponibilizada para uso em
residências de pequeno e médio porte.
Apesar do sistema feito a partir de placas modulares PVC ter mostrado um
bom desempenho com aquecimento de água que se aproximou na maioria dos
resultados ao sistema feito com garrafas Pet, tornou-se inviável sua implantação,
pois seus custos de montagem se apresentaram maiores que o sistema feito com
garrafas Pet.
O sistema feito com garrafas Pet além de ter apresentado o melhor
resultado, teve seus custos de montagem inferiores ao sistema de PVC. Sendo
assim o sistema feito com garrafas Pet é atualmente o melhor sistema a ser
implantado para residências de pequeno e médio porte.
Em contrapartida os painéis estudados, apesar de apresentarem valores
de temperatura média inferiores aos painéis comercializados, demonstraram boa
eficiência, podendo ser uma fonte alternativa nas áreas menos favorecidas.
Sobretudo, quando abordamos os custos dos sistemas, observa-se que os coletores
de baixo custo, apresentam uma grande viabilidade econômica, uma vez que
possibilitam
baixo
custo
na
implantação
dos mesmos, ao
comercializados, que apresentam alto custo de implantação.
contrário
dos
52
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