MANUAL DE CAPACITAÇÃO EM PROJETOS DE SISTEMAS DE
AQUECIMENTO SOLAR
Edição Abril de 2008
www.dasolarbrava.org.br
WWW.cidadessolares.org.br
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Unidade 1- Panorama do Mercado Mundial
O MANUAL
O conteúdo programático deste manual pode ser resumido no diagrama de blocos a seguir:
Figura 1.1 – Conteúdo programático
A primeira parte do manual trata dos conceitos teóricos da radiação e geometria solares, visando
aperfeiçoar a captação da energia solar incidente. Em termos práticos, estes conceitos serão muito
importantes na decisão sobre a melhor inclinação e orientação dos coletores solares em cada obra
as quais variam com a localização da cidade em questão. A planilha de simulação oferece
condições para o aluno simular e compreender os assuntos abordados.
O segundo e terceiro blocos Transferência e Armazenamento referem ao estudo do coletor solar e
do reservatório térmico, respectivamente. Serão discutidos os respectivos balanços de energia,
materiais e parâmetros de projeto recomendados, além da apresentação do Programa Brasileiro
de Etiquetagem do INMETRO.
No bloco Dimensionamento, será dada ênfase às peculiaridades regionais do uso de água quente
em residências para diferentes classes econômicas. Sabe-se que em aplicações comerciais e
industriais o volume diário de água quente requerido é, normalmente, pré-definido pelo processo
ou cliente e orientado pelo bom senso haja vista a grande importância de se projetar sistemas
com consumos racionais de água.
O último bloco Distribuição será dedicado às peculiaridades das instalações solares de pequeno,
médio e grande porte, sendo incluídos aspectos técnicos inerentes à hidráulica de água quente,
além da apresentação do QUALISOL- Programa de Qualificação de Fornecedores de Sistemas de
Aquecimento Solar do INMETRO.
A otimização de cada bloco e de sua inter-relação com os demais serão fundamentais para
garantir a qualidade de uma instalação de aquecimento solar de água. Este manual trata também
de aspectos de dimensionamento, projeto, instalação e manutenção de sistemas de aquecimento
solar sob a ótica da NBR 15569, norma brasileira que aborda o tema.
Como referência para estudos aprofundados recomendamos a consulta ao livro Solar Engineering
of Thermal Processes de Duffie e Beckman e cuja nomenclatura será adotada nas unidades
desenvolvidas neste manual.
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IMPORTANTE: Este manual é uma versao preliminar e ainda será revisado e construido em rede
com todos vocês leitores e estudiosos da energia solar. Sua contribuição é muito importante.
Comentarios,sugestões, perguntas e críticas devem ser enviadas para os seguintes endereços
eletrônicos:
[email protected]
[email protected]
INTRODUÇÃO
Os recursos energéticos são utilizados pelo homem para satisfazer algumas de suas necessidades
básicas na forma de calor e trabalho. A disponibilidade destes recursos é um dos principais fatores
para o desenvolvimento das nações e não menos importantes devem ser suas formas de
conversão e utilização. O extraordinário crescimento da população mundial determina a maciça
utilização de energia elétrica e de combustíveis fósseis, entre eles, o carvão, petróleo e o gás
natural. Muitas alternativas energéticas estão disponíveis e vem sendo desenvolvidas e aplicadas
em diversos países: energia eólica, biomassa, MCHS (mini e micro centrais hidrelétricas) e PCHS
(pequenas centrais hidrelétricas), energia solar térmica e energia solar fotovoltaica. Dentre estas,
a energia solar térmica para o aquecimento de água tem despertado interesse mundial
principalmente devido à sua importância social, econômica, ambiental e tecnológica e à
abundância do recurso solar em todas as regiões do planeta. Hoje o aquecimento solar é uma das
principais políticas públicas do planeta no combate às mudanças climáticas.
Em Dezembro de 2007, a International Union for Conservation of Nature, realizou uma pesquisa
que procurou avaliar quais tecnologias disponíveis que inspiravam mais confiança em sua
capacidade de combater o aquecimento global. A pesquisa foi aplicada durante a reunião da
Convenção do Clima da ONU (UNFCCC), realizada em Bali e o resultado apresentou que a solução
com maior índice de aprovação na pesquisa, foi o uso de energia solar para aquecimento de água
(74%). Nesta pesquisa, a IUCN ouviu mil integrantes de governos, de organizações não
governamentais e do setor industrial de 105 países.
O atual estágio de crescimento e desenvolvimento das nações exigindo uma crescente e muitas
vezes insustentável exploração dos recursos naturais permite-nos criar e antever cenários nos
quais o aquecimento solar venha a ser aproveitado em grande escala, principalmente no Brasil,
que tem condições de se tornar uma referência mundial no aproveitamento do recurso solar.O
Brasil tem um enorme potencial de aproveitamento da energia solar: praticamente todas suas
regiões recebem mais de 2200 horas de insolação com um potencial equivalente a 15 trilhões de
MWh, correspondente a 50 mil vezes o consumo nacional de eletricidade.
Neste manual as aplicações práticas da Energia Solar são tratadas em sentido mais restrito,
incluindo-se apenas aquelas que decorrem da incidência da radiação solar sobre coletores solares
para geração de calor.
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O AQUECIMENTO SOLAR NO CONTEXTO INTERNACIONAL
O mercado mundial de aquecedores solares começou a crescer a partir da década de 70, mas
expandiu significativamente durante a década 90 e como resultado deste crescimento houve um
aumento substancial de aplicações da tecnologia, da qualidade e confiabilidade e modelos de
produtos disponíveis. Segundo relatório publicado em 2007 pela IEA - Agencia Internacional de
Energia, os principais países utilizadores da tecnologia de aquecimento solar são destacados no
mapa da figura 1.2 São 45 países ao todo que representam aproximadamente 59% da população
global e cerca de 90 % do mercado de aquecimento solar mundial.
Figura 1.2 - Principais países utilizadores do aquecimento solar
Fonte: IEA- Solar Heat Worldwide – Markets and Contribution to the Energy Supply 2007(dados de 2005)
O mercado de aquecimento solar é geralmente avaliado sob a ótica de quatro indicadores
comparativos utilizados globalmente e reportados anualmente pela IEA.
São eles:
1 - Área coletora instalada acumulada dada em metros quadrados – m2;
2 - Área coletora instalada acumulada per capita dada em metros quadrados por mil habitantes –
m2/ 1.000 habitantes
3 - Potência instalada acumulada de coletores solares dada em MWth
4 - Potência instalada acumulada per capita dada em MWth por cem mil habitantes.
Os dois primeiros indicadores foram muito utilizados até o ano de 2004, mas diante da
necessidade crescente de comparar o aquecimento solar com outras fontes de energia em termos
de potência, especialistas da IEA definiram uma fator de conversão entre metros quadrados de
coletores solares e potência nominal em MWth (potência térmica):
1 m2 de coletor solar ↔ 0, 7 kWth
5
Ao final de 2005, havia 159 milhões de metros quadrados de coletores solares instalados nestes 45
países, o que representava:
• 110 GWth de potência nominal térmica instalada;
• Produção de 66.406 GWh de energia;
• Redução da emissão de 29,3 milhões de toneladas de CO2 por ano.
As figuras 1.3 e 1.4 mostram a participação de alguns dos principais atores da tecnologia solar em
todo o mundo.
Paises
Área Coletora
Paises
Área Coletora
China
75.000.000
Canada
723.124
Estados Unidos
29.141.546
Holanda
620.400
Turquia
9.000.000
Italia
533.000
Alemanha
7.401.000
Dinamarca
350.240
Japao
6.999.449
Portugal
285.800
Australia
5.150.000
Suecia
278.825
Israel
4.800.000
Reino Unido
201.160
Grecia
3.047.200
Tunisia
143.000
Austria
3.008.612
Polonia
122.740
Brasil
2.700.468
Belgica
101.783
Taiwan
1.425.700
Nova Zelandia
93.950
India
1.250.000
Barbados
77.232
França
913.868
Rep Thceca
65.550
Espanha
796.951
Hungria
37.700
Chipre
784.000
Albania
32.680
Africa do Sul
781.500
Noruega
13.500
Mexico
728.644
Finlandia
10.380
Figura 1.3 – Área coletora instalada nos principais países utilizadores do aquecimento solar
Fonte: IEA- Solar Heat Worldwide – Markets and Contribution to the Energy Supply 2007 ( dados de 2005)
Potência Solar Per Capita
Potência Solar Per Capita
Paises
KWth por 1000 Habitantes
Paises
KWth por 1000 Habitantes
Chipre
657,00
Suécia
17,63
Israel
498,00
NovaZelândia
15,92
Austria
205,36
Holanda
13,21
Barbados
200,49
Espanha
12,95
Grécia
191,82
Brasil
10,14
Turquia
86,07
Tunisia
9,91
Australia
59,15
França
9,24
Alemanha
56,30
Eslovaquia
8,32
Dinamarca
42,32
Albania
7,31
Taiwan
41,58
Italia
6,23
China
39,90
Estados Unidos
5,21
Japao
38,25
Macedonia
5,16
Eslovenia
37,83
Belgica
4,60
Suiça
35,60
Republica Tcheca
4,49
Malta
33,71
Africa do Sul
3,54
Luxemburgo
20,17
Hungria
2,42
Portugal
19,06
Reino Unido
2,36
Figura 1.4 – Potência per capita de coletores solares instalada nos principais países utilizadores do aquecimento solar
Fonte: IEA- Solar Heat Worldwide – Markets and Contribution to the Energy Supply 2007 ( dados de 2005)
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Os números de tabela 1.4 mostram a real penetração dos aquecedores solares nos diferentes
países, pois considera a área coletora instalada per capita. Conclui-se que no Brasil existe ainda
uma baixa penetração dos aquecedores solares.
No cenário mundial, os lideres da maioria dos países elaboram programas de governo que criam
diferentes políticas publicas para incentivar e obrigar o uso dos aquecedores solares e o impacto
destas iniciativas nos diferentes mercados poderá ser analisado anualmente nos relatórios da IEA
e nas publicações e relatórios emitidos pela ABRAVA (www.dasolabrava.org.br), entidade que
congrega e representa a cadeia produtiva de aquecedores solares no Brasil.
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Unidade 2- Os Benefícios do Aquecimento Solar
O AQUECIMENTO SOLAR NO BRASIL
Estudos e levantamentos estatísticos realizados pela ABRAVA-Associação Brasileira de
Refrigeração, Ar Condicionado, Ventilação e Aquecimento, através de seus Departamentos de
Economia e de Aquecimento Solar caracterizam a evolução histórica do mercado de aquecimento
solar entre os anos de 2002 e 2007. O gráfico da figura 2.1 mostra a evolução da área instalada
anualmente e da área acumulada de coletores solares no Brasil.
Figura 2.1 – Evolução do mercado de aquecimento solar no Brasil
Fonte: ABRAVA
A IMPORTÂNCIA ESTRATÉGICA DO AQUECIMENTO SOLAR NO BRASIL
No Brasil, a utilização de chuveiros elétricos para aquecimento de água é disseminada como em
nenhum outro país do mundo. Esta prática se intensificou na década de 70, com a crise do
petróleo e com o incentivo ao uso de equipamentos elétricos. Nesta mesma década o Brasil iniciou
a construção de diversos empreendimentos hidrelétricos, havendo excedente de energia no
mercado, e nenhuma preocupação eminente quanto ao uso destes chuveiros e de outros
aparelhos consumidores de energia elétrica.
Como resultado, os chuveiros elétricos são produzidos em larga escala e conseqüentemente
possuem baixo custo inicial, além de apresentarem grande simplicidade de instalação. Esses
fatores criaram condições para que tais equipamentos fossem largamente disseminados nas
residências brasileiras. No entanto, em longo prazo, essa solução tecnológica traz uma série de
malefícios para o setor de energia elétrica, principalmente nos horários de ponta, quando a
demanda de energia elétrica atinge seu pico diário.
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Esse fato ficou bastante evidenciado no ano de 2001, quando a demanda por energia elétrica
superou a oferta e houve os “apagões” de energia. Ressalta-se que, nesse período, o aquecimento
solar de água experimentou um crescimento de 80% em relação ao verificado nos anos anteriores.
Considerando as instalações de chuveiros elétricos, de acordo com a ELETROBRAS/PROCEL estes
estão presentes em cerca de 91% dos lares brasileiros.
A figura 2.2 a seguir apresenta a quantidade média de chuveiros por residência instalados em cada
região do Brasil. O número médio de chuveiros por residência no Brasil é de 0,91, ou seja, quase
um chuveiro por residência, com concentração maior nas regiões Sul, Sudeste e Centro-Oeste.
Número de chuveiros por residência
1,4
1,2
1,10
1,04
1,17
1,0
0,91
0,8
0,55
0,6
0,4
0,2
0,02
0,0
N
NE
CO
SE
S
Brasil
Figura 2.2 – Penetração do chuveiro elétrico por região do Brasil
Fonte: PROCEL- Programa Nacional de Conservação de Energia Elétrica
A figura 2.3 a seguir representa uma curva típica da demanda de energia diária da Companhia de
Força e Luz da cidade de São Paulo (CPFL). Percebe-se claramente que há uma demanda
acentuada nos horários entre 17 e 22 horas, com uma participação considerável do setor
residencial.
Figura2.3 Desagregação da curva de carga típica da CPFL, 1993.
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Nos horários de pico de consumo de energia, a demanda total cresce bastante no setor residencial
em decorrência principalmente da realização dos banhos. Este fato é representado na figura 2.4, a
seguir, curva de carga típica da Concessionária de Energia do Estado de Minas Gerais (CEMIG), em
que se mostra a separação das principais cargas típicas (chuveiro, TV e VCR dentre outras) de uma
residência em Belo Horizonte.
Figura 2.4-Curva de carga do sistema CEMIG, (fonte: CEMIG)
O PROCEL estima que existam mais de 30 milhões de chuveiros elétricos instalados no Brasil. Esses
equipamentos, além de consumirem cerca de 8% de toda a eletricidade produzida no país, são
responsáveis por aproximadamente de 18% do pico de demanda do sistema elétrico nacional. Este
último fato evidencia a importância estratégica dos aquecedores solares devido ao fato de
reduzirem a demanda de energia nos horários críticos do dia. Falando mais claramente, 18% do
pico de demanda, significa dizer que 18% de todas as usinas construídas no Brasil estão
construídas somente para ligar o chuveiro elétrico no horário de ponta. Isto significa que se
investiram muitos recursos financeiros para construir usinas com potência total de 18.000 MW, o
que quer dizer que em 2008, Itaipu (14.000MW) e mais um conjunto de termelétricas de mais
4000 MW estão construídas somente para ligar o chuveiro elétrico e perpetuar um modelo
complexo de geração, transmissão e distribuição de energia elétrica para aquecer água a 40 oC.
Os chuveiros elétricos são grandes consumidores de energia e, apesar de eficientes, do ponto de
vista de conversão de energia elétrica em térmica, seu uso, não é, de forma alguma, eficiente, sob
o ponto de vista da utilização da eletricidade. Converter energia elétrica, com a qual se faz
praticamente qualquer coisa, em água quente a 40oC, com o que apenas toma-se banho, á a forma
mais displicente e irracional de utilização da energia elétrica sob a ótica da física.
A substituição dos chuveiros elétricos por sistemas de aquecimento solar de água proporciona a
redução significativa da demanda energética no horário de ponta e do consumo de energia
elétrica. Somente no ano de 2007, foram economizados no Brasil com o aquecimento solar cerca
de 620 GWh, energia suficiente para abastecer 350.000 residências brasileiras consumindo cerca
de 145 kWh por mês.
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Os quase 730.000 domicílios brasileiros que já usavam os aquecedores solares ao final de 2007
representam, entretanto, apenas 1,48% de todos os domicílios do país, uma penetração muito
baixa se comparada com Israel, por exemplo, onde mais de 90% das casas usam o Sol para
aquecer água. Cada vez mais o aquecimento solar faz sentido econômico para seus usuários, pois
com os preços cada vez mais altos de eletricidade e do próprio gás, as economias de 60 a 80% que
a tecnologia proporciona, reduzem o tempo de retorno do investimento para menos de 2 anos. Se
todo o dinheiro economizado pelos usuários dos aquecedores solares, fosse depositado em uma
única conta de banco, somente com as economias de 2007, a poupança atingiria valores da ordem
de 295 milhões de reais.
Além das economias diretas obtidas pelos consumidores, os impactos econômicos podem ser
extrapolados para todo o país. O aquecimento solar já economizou para o Brasil e seus cidadãos
1,94 bilhão de reais, recursos equivalentes e bem conservadores, necessários à construção de uma
usina hidrelétrica de 645 MW.
Para se entender claramente o potencial do aquecimento solar no Brasil basta dizer que somente
1,48 % de todas as casas possuíam a tecnologia ao final de 2007. Em Israel, onde o aquecimento
solar é item obrigatório em todas as edificações do país, fez com que em 20 anos, 90% das
residências se convertessem para o aquecedor solar. Se tomarmos este número como referência,
certamente um número ambicioso (mas necessário), até 2030 o Brasil teria uma quantidade de
coletores solares para aquecimento de água equivalente a um parque de usinas de 40.000 MW, ou
seja, o equivalente a 30 usinas nucleares como Angra, 300 três Marias ou ainda 3 Itaipus.
Pensar em sustentabilidade com inteligência e clareza é migrar de um modelo complexo para um
modelo simples, descentralizado, gratuito, renovável e inesgotável como mostra a figura 2.5 a
seguir.
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Figura 2.5-Migrando do sistema complexo para o simples
BENEFÍCIOS AMBIENTAIS DO AQUECIMENTO SOLAR
Apesar de sua matriz energética relativamente limpa, o Brasil sofre com impactos ambientais e
sociais da geração de energia e tem como contribuir nesta área para o esforço global de mitigação
das mudanças climáticas.
O fato das hidroelétricas serem relativamente baixas emissoras de gases-estufa não as torna
totalmente limpas e sustentáveis. Um documento assinado por centenas de Organizações Não
Governamentais brasileiras e internacionais encaminhado em junho de 2004 à Conferência
Internacional Pelas Energias Renováveis, realizada em Bonn, Alemanha, sintetiza os impactos
sociais das grandes hidrelétricas na visão da sociedade civil organizada: citando a Comissão
Mundial de Barragens, o documento afirma que “as grandes barragens são responsáveis pelo
desalojamento de 40 a 80 milhões de pessoas (no mundo), com muitos dos deslocados recebendo
nenhuma ou inadequada compensação. Milhões de pessoas têm também perdido suas terras e
modos de vida e têm sofrido por causa dos efeitos à jusante e de outros impactos indiretos das
grandes barragens”. O documento também alerta para os impactos ambientais das grandes
hidrelétricas, por estas serem emissoras de gases estufa, já que “a decomposição da matéria
orgânica nos reservatórios das hidrelétricas causa a emissão de metano e gás carbônico”, e por
serem “um importante fator no rápido declínio da biodiversidade fluvial no mundo todo”. O
mesmo documento alerta para a possível alteração hidrológica motivada pelas mudanças
climáticas globais causadas pelo aquecimento global, que ao alterar o regime de chuvas pode
implicar redução notável da geração hidrelétrica (“Doze Razões para Excluir as Grandes Barragens
das Iniciativas para Energias Renováveis”, documento disponível em www.irn.org)
Por conta dos problemas acima descritos, a expansão da hidroeletricidade no Brasil hoje encontra
diversos problemas que vão das dificuldades de licenciamento a uma enxurrada de processos
judiciais que têm dificultado grandemente a implantação de novas usinas.
Numa escala menor, mas ainda importante, eletricidade e calor têm sido gerados por meio de
queima de combustíveis fósseis no país tanto em termelétricas conectadas à rede quanto em
geradores isolados, caldeiras e fornos localizados em áreas urbanas. Estes usos também
contribuem com a poluição local e são matéria de preocupação ambiental por conta de, por um
lado, apresentarem tendência de crescimento e, por outro, serem de difícil controle, dada sua
dispersão geográfica.
Os aquecedores solares são uma alternativa excelente para prover a água quente desejada nas
habitações, no comércio e nos serviços, e têm muito a contribuir para a mitigação dos impactos
socioambientais do setor elétrico brasileiro. A tecnologia apresenta amplas vantagens ambientais,
econômicas e sociais: por substituir hidroeletricidade e combustíveis fósseis, cada instalação de
aquecedores solares reduz de uma vez e para sempre o dano ambiental regional e local associado
às fontes de energia convencionais: não produz gases e materiais particulados que contribuem
para a poluição urbana, não requer área alagada adicional para geração de eletricidade e não
deixa lixo radiativo como uma herança perigosa para as gerações futuras. Quando substituem
combustíveis fósseis, os aquecedores solares reduzem a poluição ambiental por óxidos de
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nitrogênio, monóxido de carbono, dióxido de enxofre, compostos orgânicos voláteis e material
particulado, trazendo grandes benefícios ao ar urbano.
Além de apresentar estas vantagens concretas, a instalação de aquecedores solares em escala
contribui para diversas metas globais que foram definidas a partir da ECO-92 no Rio de Janeiro.
Particularmente contribui com as diretrizes da Agenda 21 Brasileira, que no seu objetivo número 4
propugna entre suas ações e recomendações “desenvolver e incorporar tecnologias de fontes
renováveis de energia, levando em consideração a disponibilidade e a necessidade regional”, e
também com a Declaração do Rio, adotada na Rio 92, que prevê em seu PRINCÍPIO 8 que "para
atingir o desenvolvimento sustentável e a mais alta qualidade de vida para todos, os Estados
devem reduzir e eliminar padrões insustentáveis de produção e consumo".
BENEFÍCIOS SOCIAIS DO AQUECIMENTO SOLAR
Os aquecedores solares de água contribuem também para o desenvolvimento econômico de
diversas maneiras. Por exemplo, não demandando investimentos de capital elevados para sua
produção, podem ser produzidos por empresas de pequeno e médio porte, reconhecidamente
importantes geradoras de empregos. A descentralização intrínseca nesta tecnologia também é
responsável por importante geração de empregos em revendas, empresas de projeto e de
instalação.
O quadro abaixo apresenta o número de postos de trabalho criados por unidade de energia
gerada em diversas fontes de energia. Nitidamente pode-se observar que fontes que dependem
de grandes concentrações de capital e manejo de fontes fósseis geram quantidades de postos de
trabalho bastante inferiores àquelas descentralizadas e renováveis. Enquanto a hidroeletricidade
pode gerar cerca de 250 postos de trabalho por TWh, a tecnologia solar fotovoltaica pode gerar de
entre 30 mil a 100 mil postos de trabalho para a mesma quantidade de energia. Apesar do caso
solar exemplificado no quadro 6 ser o fotovoltaico, estima-se que os aquecedores solares, pelas
suas características, gerem um número de postos de trabalho de magnitude assemelhada.
Quadro 1. Postos de trabalho gerados por diferentes formas de energia
Fonte de energia
Postos de trabalho anuais por
TeraWatt-hora
Nuclear
PCHs
Gás natural
Hidroeletricidade
Petróleo
Petróleo offshore
Carvão
Lenha
Eólica
Álcool
Solar (fotovoltaica)
75
120
250
250
260
265
370
733 – 1.067
918 – 2.400
3.711 – 5.392
29.580 – 107.000
Fonte: Ethanol learning curve–the Brazillian experience; Goldemberg, J; Coelho,S.T.; Nastari,P.M.;
Lucon,O; disponível em Pergamon – www.sciencedirect.com; publicado por Elsevier Ltd; 2003
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Adicionalmente, e ainda no âmbito local e regional, efeitos econômicos benéficos também são
induzidos por meio de economias significativas de combustível ou energia elétrica, de maneira que
o investimento em aquecedores solares de água se paga em períodos de 3 anos, ou até menos em
certos casos. Para famílias de baixa renda, a experiência de instalação de aquecedores solares em
habitações de interesse social tem mostrado que a economia na conta de luz pode ser entendida
como um fator de distribuição de renda, redução da inadimplência e regularização dos serviços
elétricos.
No âmbito global os aquecedores solares podem contribuir para a redução de conflitos por
controle das fontes fósseis de energia, principalmente do petróleo. A redução da demanda
internacional por petróleo propiciada por tecnologias de conservação de energia e pelo emprego
de fontes alternativas ao petróleo e renováveis está na agenda do dia dos governos dos países
grandes consumidores.
Neste ponto, devemos ressaltar que o aquecimento solar de água em substituição ao chuveiro
elétrico não tem sido entendido por técnicos e legisladores brasileiros como uma forma de
geração de energia, mas apenas como uma medida eficiente de conservação e uso racional de
energia e há muitos anos vários programas de governo são escritos mas nenhum deles é
oficialmente lançado no Brasil.
Com base na experiência já acumulada no Brasil, com a instalação de mais de 3,7 milhões de
metros quadrados de área coletora ao final de 2007, pode-se afirmar que a substituição dos
chuveiros elétricos e aquecedores a gás por aquecedores solares só tem apresentado vantagens,
para todos os setores envolvidos, cujos benefícios e impactos positivos pode ser assim resumidos:
Para o consumidor residencial: verifica-se uma acentuada redução na conta mensal de energia,
entre 30 e 50%, mantendo-se o mesmo nível de conforto, destacando-se inclusive a garantia de
atendimento a eventuais metas de consumo que possam ser novamente estabelecidas para o
setor residencial.
Para o setor produtivo: redução de custos operacionais, aumento de eficiência e competitividade,
redução de impactos ambientais nas plantas industriais atualmente em operação, decorrentes do
uso do aquecimento solar.
Para a Concessionária de Energia: permite a criação de programas eficientes de Gerenciamento
pelo Lado da Demanda- GLD, com atenuação e deslocamento do pico de demanda que ocorre
normalmente entre 17 e 21h, com garantia da qualidade de produtos, projetos e dos resultados a
serem obtidos.
Para o setor educacional: qualificação de professores e estudantes em eficiência energética, com
ênfase ao aquecimento solar, de forma a disseminar conceitos e tecnologias importantes e que
não fazem parte dos currículos atuais.
Para os profissionais: participação em programas efetivos de qualificação e treinamento,
modificando positivamente seu perfil e área de atuação, além da ampliação de postos de trabalho.
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Para o país: investimentos podem ser postergados ou utilizados em outros setores vitais, o meio
ambiente é protegido, além da geração de empregos locais, inerentes à fabricação e instalação de
aquecedores solares.
Para o meio ambiente: evita-se o alagamento de áreas verdes e férteis necessários a construção
de usinas hidrelétricas e reduz-se a emissão de CO2 na atmosfera protegendo o clima do planeta.
Cada m2 de coletor solar:
Figura 2.6- Benefícios do aquecimento solar
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Unidade 3- Captação da Energia Solar
-
O objetivo dessa unidade é estudar a radiação solar e sua geometria, visando maximizar a radiação
incidente no plano do coletor solar função de:
Localidade em estudo (latitude geográfica);
Época do ano;
Hora do dia;
Inclinação e orientação dos coletores
Inicialmente, vamos conhecer um pouco mais sobre esta fonte de energia limpa, renovável e
inesgotável.
O SOL
O Sol, nossa fonte de luz e de vida, é a estrela mais próxima de nós e a que melhor conhecemos.
Basicamente, é uma enorme esfera de gás incandescente, em cujo núcleo acontece a geração de
energia através de reações termo-nucleares.O Sol é uma esfera de 695 000 km de raio e massa de
1,989 x 1030 kg, cuja distância média da Terra é de 1,5x1011 metros. Sua composição química é
basicamente de hidrogênio e hélio, nas proporções de 92,1 e 7,8%, respectivamente.
O modelo representado na figura 3.1 mostra as principais regiões do Sol. A fotosfera, com cerca
de 330 km de espessura e temperatura de 5785 K, é a camada visível do Sol. A palavra vem do
grego: photo = luz. Logo abaixo da fotosfera se localiza a zona convectiva, se estendendo por cerca
de 15% do raio solar. Abaixo dessa camada está a zona radiativa, onde a energia flui por radiação.
O núcleo, com temperatura de cerca de 15 milhões de graus Kelvin, é a região onde a energia é
produzida, por reações termo-nucleares. A cromosfera é a camada da atmosfera solar logo acima
da fotosfera. A palavra vem do grego: cromo = cor. Ela tem cor avermelhada e é visível durante os
eclipses solares, logo antes e após a totalidade. Estende-se por 10 mil km acima da fotosfera e a
temperatura cresce da base para o topo, tendo um valor médio de 15 mil K. Ainda acima da
cromosfera se encontra a coroa, também visível durante os eclipses totais. A coroa se estende por
cerca de dois raios solares.
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Figura 3.1 – O Sol
Fonte : http://astro.if.ufrgs.br/esol/esol.htm
CONSTANTE SOLAR E AS COMPONENTES DA RADIAÇÃO SOLAR
A radiação solar percorre a distância Terra-Sol sem alterar sua direção, de acordo com os
princípios da propagação de ondas eletromagnéticas, até atingir a atmosfera da Terra.
Tão logo foi conhecida a distância do Sol, em 1673, por Jean Richer (1630-1696) e Giovanni
Domenico Cassini (1625-1712) que determinaram a distância (paralaxe) de Marte e com esta
estimaram a unidade astronômica como 140 milhões de km (150 milhões de km é o valor atual),
foi possível determinar a sua luminosidade e sua potência.
Denomina-se Constante Solar – Gsc – o fluxo de energia radiante, expresso em W/m2, que incide
normalmente ao plano de uma superfície colocada fora da atmosfera terrestre ( extraterrestre),
conforme apresentado na figura 3.2. Segundo Duffie e Beckman, seu valor mais atual da constante
solar é de 1367 W/m2. Esse valor da constante solar é medido por satélites logo acima da
atmosfera terrestre.
17
Figura 3.2 – A constante solar
Fonte : ADEME, 2002
Essa constante corresponde a um valor máximo da irradiação solar, pois é medida antes que
ocorra qualquer tipo de atenuação por nuvens, aerossóis, poluição ou absorção pelos próprios
elementos constituintes da atmosfera terrestre.
Visite o site http://www.if.ufrgs.br/oei/exp/fsol.htm para conhecer um experimento de como
determinar o valor desta constante solar através de experimento prático.
Ao atravessar a atmosfera terrestre, entretanto, condições climáticas e locais introduzem
modificações na intensidade e espectro da radiação, além de alterar sua direção original.
Assim, a irradiação solar incidente sobre os coletores solares é decomposta em duas componentes
como mostra a figura 3.3:
• Radiação solar direta: definida como a fração da irradiação solar que atravessa a
atmosfera terrestre sem sofrer qualquer alteração em sua direção original.
• Radiação difusa: refere-se à componente da irradiação solar que, ao atravessar a
atmosfera, é espalhada por aerossóis, poeira, ou mesmo, refletida pelos elementos
constituintes dessa atmosfera. A parte da radiação que atinge o coletor proveniente
da emissão e reflexão de sua vizinhança, caracterizada pela vegetação e construções
civis, também é incluída em sua componente difusa, sendo comumente denominada
albedo.
18
Figura 3.3 – Componentes da Radiação Solar
Fonte : ADEME, 2002
COORDENADAS GEOGRÁFICAS: LATITUDE, LONGITUDE E ALTITUDE
As coordenadas terrestres permitem a localização de um ponto sobre a superfície terrestre ou sua
vizinhança, possibilitando calcular as grandezas envolvidas no estudo da geometria solar para a
cidade ou região específica de interesse.
Latitude Geográfica (φ) corresponde à posição angular em relação à linha do Equador,
considerada de latitude zero. Cada paralelo traçado em relação ao plano do Equador corresponde
a uma latitude constante: positiva, se traçada ao Norte e negativa, se posicionada ao sul do
Equador. Os Trópicos de Câncer e de Capricórnio correspondem às latitudes de 23o 27’ ao Norte e
ao Sul, respectivamente, compreendendo a região tropical.
Longitude geográfica (L) é o ângulo medido ao longo do Equador da Terra, tendo origem
no meridiano de Greenwich (referência) e extremidade no meridiano local. Na Conferência
Internacional Meridiana foi definida sua variação de 0o a 180o (oeste de Greenwich) e de 0o a –
180o (leste de Greenwich). A Longitude é muito importante da determinação dos fusos horários e
da hora solar.
Altitude (Z) equivale à distância vertical medida entre o ponto de interesse e o nível médio
do mar.
Como será visto adiante, coordenadas geográficas influenciam significativamente a radiação solar
incidente em cada localidade.
Informações mais completas estão disponíveis nas Normais Climatológicas publicadas pelo
Instituto Nacional de Meteorologia [INMET, 2000].
19
OS MOVIMENTOS DA TERRA E AS ESTAÇÕES DO ANO
A Terra descreve uma órbita em torno do Sol, encontrando-se este num dos focos. O plano que
contém esta trajetória e a de todos os planetas denomina-se plano de eclíptica.
Os movimentos da Terra, mostrados na figuras 3.4, podem ser sucintamente descritos como
movimento de rotação: a terra roda sobre si mesma e completa uma rotação num
dia, percorrendo a sua trajetória num ano e 6 horas. De 4 em 4 anos acerta-se o calendário com
um ano bissexto.
movimento de translação em torno do Sol, em uma órbita elíptica cujo período
orbital é de 365,256 dias.
Como o eixo polar possui uma inclinação de 23,45º em relação à normal do plano da órbita
terrestre, à medida que a Terra orbita em torno do Sol, os raios solares incidem mais diretamente
em um hemisfério do que no outro. Assim, há verão com dias mais longos e inverno com dias de
menor duração.
Figura 3.4 – Movimento de Translação da Terra
Fonte: ANEEL- Atlas http://www.aneel.gov.br/aplicacoes/atlas/pdf/03-Energia_Solar(3).pdf
O ângulo formado entre a vertical ao plano da órbita e o eixo Norte –Sul, mostrado na figura 3.6, é
de 23º 27´, ou seja, 23,45º, definindo, assim, regiões e épocas do ano com maior nível de
incidência da radiação solar.
Uma observação simples que permite "ver" o movimento do Sol durante o ano é através do
gnômon. Como mostrado na figura 3.5. Um gnômon nada mais é do que uma haste vertical
fincada ao solo. Durante o dia, a haste, ao ser iluminada pelo Sol, forma uma sombra cujo
tamanho depende da hora do dia e da época do ano. A direção da sombra ao meio-dia real local
nos dá a direção Norte-Sul. Ao longo de um dia, a sombra é máxima no nascer e no ocaso do Sol, e
é mínima ao meio-dia. Ao longo de um ano (à mesma hora do dia), a sombra é máxima no solstício
20
de inverno, e mínima no solstício de verão. A bissetriz marca o tamanho da sombra nos
equinócios, quando o Sol está sobre o equador. Foi observando a variação do tamanho da sombra
do gnômom ao longo do ano que os antigos determinaram o comprimento do ano das estações,
ou ano tropical.
Figura 3.5 – Usando o gnômon para identificar os movimentos do Sol
Fonte: http://astro.if.ufrgs.br/tempo/mas.htm
No caso específico do Hemisfério Sul, os solstícios e equinócios são :
-
Solstício de Verão : 22 de dezembro
Equinócio de Outono : 21 de março
Solstício de Inverno : 21 de junho
Equinócio de Primavera : 23 de setembro
No solstício de inverno, que corresponde ao dia 21 de junho no Hemisfério Sul, temos a maior
noite do ano. Para descrever a trajetória do Sol no céu, é conveniente adotar um sistema de
coordenadas fixo na Terra e assumir que o Sol se move em uma órbita circular em torno da Terra.
Neste caso, em ambos os equinócios, o Sol encontra-se sobre o plano do Equador,
correspondendo, assim, a dias e noites iguais, com 12 horas de duração.
No solstício de verão (22/12), o Sol encontra-se sobre o Trópico de Capricórnio, localização
correspondente à cidade de São Paulo, sendo, assim, verão no Hemisfério Sul. Isto significa que
neste dia, às 12 horas, o Sol passa no ponto mais alto do céu na cidade de São Paulo, como mostra
a figura 3.7. Este fenômeno é popularmente conhecido como “sol a pino”, ou seja, tomando-se
uma linha vertical (zênite) sobre um observador na cidade de São Paulo às 12 horas, o ângulo que
o raio solar faz com a linha zenital é zero. Para um observador instalado no Equador, este ângulo
será de 23,45º ao Sul.
No solstício de inverno(21/06), o Sol encontra-se sobre o Trópico de Câncer, estando a 23,45º a
Norte, ao meio-dia solar, em relação a um observador no Equador. Dessa forma, conside-randose
o movimento relativo do Sol em torno da Terra, podemos concluir que sua trajetória anual fica
compreendida entre os trópicos de Câncer e Capricórnio, como mostra a figura 3.7.
21
Figura 3.6 –A órbita da Terra
Fonte : http://members.tripod.com/meteorologia/estacao.html
Neste caso, o movimento é feito em torno de eixos paralelos ao eixo de rotação e ao Equador,
sendo uma de suas coordenadas a declinação solar (δ).
Figura 3.7 –Trajetória anual do Sol
22
A declinação solar é análoga à latitude e, portanto, δ = 0° corresponde a qualquer ponto sobre o
equador celeste. Veja a figura 3.8. Valores negativos correspondem a pontos do hemisfério Sul e
positivos ao hemisfério Norte.
A declinação solar pode ser obtida pela equação de Cooper na forma:
 284 + d 
δ = 23,45 o sen  2π

365 

(3.1)
na qual d corresponde ao dia do ano, sendo igual a unidade, em 1º de janeiro. Portanto, o
parâmetro d varia de 1 a 365. Na figura 3.9, mostramos o gráfico da declinação solar para os
meses do ano. Identifique os dias do ano no qual você tem Sol a pino em sua cidade.
Figura 3.8 –Declinação Solar
Fonte : http://www.pgie.ufrgs.br/portalead/astgeo/sistcrds.htm
Figura 3.9 - Declinação Solar para os meses do ano
23
GEOMETRIA SOLAR
O melhor aproveitamento do recurso solar é um dos requisitos para garantir o bom
funcionamento da instalação, menor investimento na implantação do sistema, além de uma maior
economia ao final do mês. A instalação correta e otimizada de uma bateria de coletores solares
exige uma definição prévia das inclinações e orientações mais adequadas, as quais variam em
função da posição geográfica da localidade em estudo e do perfil de consumo de água quente.
O estudo da geometria solar será desenvolvido de forma bastante aplicada e objetiva, sendo
dividido em duas partes. A primeira trata das condições físicas de instalação na obra e a segunda
parte refere-se aos ângulos solares propriamente ditos.
Como será discutido a seguir, o correto posicionamento dos coletores solares visa promover:
•
Maior período diário de insolação sobre a bateria de coletores;
•
Maior captação da radiação solar em determinadas épocas do ano ou em
médias anuais, dependendo do tipo de aplicação requerida ou de particularidades do uso final da
água quente.
ÂNGULOS RELATIVOS À INSTALAÇÃO DOS COLETORES SOLARES
Inclinação do coletor (β
β ): é o ângulo formado pelo plano inclinado do coletor solar e
o plano horizontal, expresso em graus e mostrado na figura 3.10.
β
Figura 3.10 – Inclinação do Coletor Solar
Na construção civil e arquitetura é bastante comum expressar o ângulo de inclinação em
porcentagem (declividade). Neste caso, devemos fazer a correção necessária com base em
cálculos trigonométricos simples. A declividade corresponde geometricamente à tangente do
ângulo de inclinação. Na prática, a declividade corresponde à razão ou fração entre a altura e a
base do triângulo retângulo formado pelo ângulo de inclinação, como mostra a figura 3.11.
24
Normalmente a declividade é indicada em percentual, mas pode também aparecer na forma
decimal.
1,2 m
17°
4,0 m
Figura 3.11 – Medidas e inclinação do telhado
Observe a figura 3.11, tirando as medidas internas do telhado temos:
Altura = 1,2 m;
Distância = 4 m;
Dividindo a altura pela distância, nós encontramos a inclinação do telhado em porcentagem,
sendo:
Inclinação = 1,2 / 4 = 0,3 = 30% de inclinação que corresponde a 17º.
Existe um artefato chamado inclinômetro que pode ser utilizado na prática da instalação e para
utilizá-lo basta apoiá-lo sobre o telhado e fazer a leitura direta em graus no visor.
A tabela 3.1 indica uma série de ângulos e suas respectivas tangentes ou declividades:
Tabela 3.1 – Ângulos de inclinação e declividades
Ângulo
o
2
o
5
7o
10o
12o
15o
o
17
o
20
o
22
25o
27o
30o
35o
o
40
o
45
o
50
55o
60o
Tangente
Declividade
0,03
0,09
0,12
0,18
0,21
0,27
0,31
0,36
0,40
0,47
0,51
0,58
0,70
0,84
1,00
1,19
1,43
1,73
3%
9%
12%
18%
21%
27%
31%
36%
40%
47%
51%
58%
70%
84%
100%
119%
143%
173%
25
65o
70o
2,14
2,75
214%
275%
Ângulo azimutal de superfície (γγ): corresponde ao ângulo formado entre a direção
norte-sul e a projeção no plano horizontal da reta normal à superfície do coletor solar, de acordo
com a figura 3.12. Seu valor varia na faixa ( -180º ≤ γ ≤ 180º ), de acordo com a convenção:
γ = 0: para o Sul
γ < 0: passando pelo leste
γ < 0: a leste do Sul
γ > 0: passando pelo oeste
γ > 0: a oeste do Sul
Figura 3.12 - Ângulo Azimutal de Superfície
26
Este ângulo permite avaliar o período efetivo de insolação sobre a bateria de coletores solares e é
mais comumente referenciado como ângulo de desvio de norte geográfico ou de orientação
geográfica dos coletores solares. Na planilha solar tanto o conceito de desvio do norte geográfico
como do ângulo azimutal podem ser trabalhados simultaneamente para consolidar o
conhecimento.
Em todo o estudo da geometria solar, quando mencionamos o Norte, estamos sempre fazendo
referência ao norte verdadeiro ou geográfico. Assim sendo, o instalador deverá fazer a correção
(sempre no sentido horário) da declinação magnética a partir da indicação do Norte Magnético
pela bússola, como mostra a figura 3.13. Essa correção varia localmente e a cada ano e é dada na
tabela 3.2 para as capitais brasileiras.
O calculo da declinação magnética também pode ser feito no seguinte site:
http://www.ngdc.noaa.gov/seg/geomag/jsp/struts/calcDeclination
NORTE
MAGNÉTICO
NORTE
MAGNÉTICO
NORTE
GEOGRÁFICO
N
W
W
N
W
N
S
E
E
S
E
S
1º PASSO
3º PASSO
2º PASSO
Figura 3.12 – Declinação magnética
Tabela 3.2 – Declinação magnética para as capitais brasileiras
Declinação magnética
(em graus)
-14,74
-17,46
-17,3
-19,6
-21,5
-21,4
-22,8
-23,1
-23,1
-22,9
-22,6
-22,4
-22,1
-21,6
Capital
Porto Alegre
Florianópolis
Curitiba
São Paulo
Belo Horizonte
Rio de Janeiro
Vitória
Salvador
Aracaju
Maceió
Recife
João Pessoa
Natal
Fortaleza
27
Teresina
São Luis
Belém
Macapá
Palmas
Manaus
Boa Vista
Porto Velho
Rio Branco
Goiânia
Cuiabá
Campo Grande
Brasília
-21,4
-20,7
-19,5
-18,5
-19,9
-13,9
-14,0
-10,6
-7,34
-19,2
-15,1
-15,2
-20,0
POSICIONANDO CORRETAMENTE OS COLETORES SOLARES
Parece intuitivo que a melhor inclinação para uma bateria de coletores solares seria aquela que
permitisse “levar” esses mesmos coletores para onde o Sol está em cada dia do ano. Dessa forma,
seriam compensadas a latitude local e a declinação solar. Como os coletores solares são instalados
fixos devemos nos guiar com por alguns critérios:
Critério 1 – Média anual: Neste caso, a média aritmética calculada a partir das inclinações ótimas
nos respectivos solstícios de verão e inverno, coincide com a própria latitude da localidade de
interesse, ou seja :
βfixa = lφl onde φ é a latitude local.
Critério 2 – Favorecimento do Inverno: Este critério é muitas vezes aplicado devido à maior
demanda de água quente no período de inverno. Neste caso, recomenda-se:
βfixa = lφl + 10° onde φ é a latitude local.
Critério 3 – Períodos de pico de demanda de água quente: Como, por exemplo, o aquecimento
solar de água para hotéis na região nordeste do Brasil. Na maioria dos casos, a alta temporada
coincide com os meses de verão, portanto o projeto solar deverá contemplar essa especificidade.
Utilize sua planilha de simulação para verificar a variação da radiação solar média anual e mensal e
verifique como os valores variam com a alteração da inclinação.
Da mesma forma, parece intuitivo que a orientação ideal do coletor solar seria aquela que
possibilitasse os coletores enxergar o Sol durante a maior parte do dia e do ano. Como regra
prática atende-se às orientações apresentadas na figura 3.14.
28
Figura 3.14 – Desvios do Norte Geográfico ( ângulos azimutais de superfície)
Observe que os coletores solares podem ser instalados tanto para leste quanto para Oeste, mas
para obterem o mesmo desempenho que teriam se orientados para o norte, devem ter sua área
acrescida. Falaremos mais disto quando estudarmos os temas dimensionamento e fração solar.
Com um desvio para o Leste, o período diário de captação adiantar-se-á em uma hora a cada 15º
de desvio. Se o desvio for para o Oeste, a captação retardar-se-á na mesma proporção, mas com
um ligeiro acréscimo de rendimento, já que no período da tarde a temperatura ambiente
geralmente é mais elevada.
Utilize a planilha solar para simular os níveis de incidência solar em planos de diferentes
inclinações e orientações. Anote os valores das médias mensais de radiação e mais importante do
que isto, observe criticamente o comportamento mensal da curva de radiação nestes planos.
ÂNGULOS RELATIVOS À GEOMETRIA SOLAR
Neste item vamos estudar apenas os ângulos horário, zenital e o ângulo de incidência da radiação
direta imprescindíveis ao cálculo da radiação solar incidente para inclinação e orientação
arbitrárias.
29
Ângulo horário (ω
ω): corresponde ao deslocamento angular do Sol em relação ao meridiano
local devido ao movimento de rotação da Terra. Como a Terra completa 360o em 24 horas, tem-se
um deslocamento de 150 por hora para a seguinte convenção:
ω = 0: 12 horas
ω > 0: período da tarde
ω < 0: período da manhã
Assim, às 06:00h o ângulo horário é igual a -90º; enquanto que às 16:00h, seu valor é de +60º.
Ângulo zenital (θ
θz): é o ângulo formado entre a vertical (zênite) em relação ao observador
e a direção do Sol, mostrado na figura 3.15. O ângulo zenital varia entre 0º e 90º, sendo calculado
pela seguinte equação :
(3.2)
cos θ z = sen δ sen φ + cos δ cos φ cos ϖ
θz
Figura 3.15 - Ângulo Zenital
Para determinar a hora do nascer e do pôr-do-sol, correspondente aos ângulos horários (-ωs ) e
(+ωs), o ângulo zenital é igual a 90º. Assim, a equação 3.2 se reduz a:
cos ω s = - tanφ tanδ
(3.3)
ω s = arcos (- tanφ tanδ )
30
Conclui-se que o período teórico de horas de insolação (N) pode ser calculado pela seguinte
equação:
N=
2
arcos (- tanφ tanδ )
15
(3.4)
Ângulo de incidência da radiação direta (θ
θ): é o ângulo formado entre a normal à
superfície e a reta determinada pela direção da radiação direta, como representa a figura 3.16.
Sua variação é: 0º ≤ θ ≤ 90º . O ângulo de incidência da radiação direta sobre uma superfície com
determinada orientação e inclinação é calculado pela equação:
cos θ = senδ
δ senφ
φ cos β - sen δ cos φ sen β cosγγ +
+ cos δ cos φ cos β cos ω + cos δ sen φ sen β cos γ cos ω
+ cos δ senβ
β sen γ sen ω
θ
Figura 3.15 - Ângulo de Incidência da Radiação Solar Direta
Vamos fazer algumas simplificações para fixação do uso da equação 3.5:
Para superfície horizontal - β = 0
Fazendo-se sen β = 0 e cos β = 1, a equação 3.5 é reduzida a:
cos θ = senδ senφ + cos δ cos φ cos ω
31
(3.5)
Verifique que, neste caso, o ângulo de incidência coincide com o ângulo zenital.
Para ângulo azimutal de superfície γ = 180º
Fazendo-se sen γ = 0 e cos γ = -1, a equação 3.5 é reduzida a:
cos θ = senδ senφ cos β + sen δ cos φ sen β + cos δ cos φ cos β cos ω - cos δ sen φ sen β cos ω
Acompanhe o algebrismo a seguir:
.
cos θ = sen δ (sen φ cos β + cos φ sen β) + cos δ cos ω (cos φ cos β - sen φ sen β )
cos θ = sen (φ + β) sen δ + cos (φ + β)cos δ cos ω
Para o meio-dia solar ω = 0 e γ = 180º
Fazendo-se sen ω = 0 e cos ω = 1, a equação 3.5 é reduzida a:
cos θ = sem δ sem φ cos β + senδ cos φ sen β + cos δ cos φ cos β - cos δ sen φ sen β
cos θ = cos β (senδ senφ + cos δ cos φ) - sen β (cos δ sen φ - sen δ cos φ)
cos θ = cos (φ - δ) cos β - sen (φ - δ) sen β
cos θ = cos [(φ - δ + β) ]
θ = (φ - δ + β )
ou
θ = (-φ + δ - β )
CÁLCULO DA RADIAÇÃO SOLAR GLOBAL INCIDENTE SOBRE SUPERFÍCIE INCLINADA – MÉDIA
MENSAL
Duffie e Beckman [1991] apresentam, em detalhes, toda a teoria sobre modelos de estimativa da
radiação solar em suas componentes e para médias horárias, diárias e mensais.
Neste manual, vamos discutir apenas a metodologia de cálculo da radiação global em média
mensal, visto que este cálculo permitirá escolher a face do telhado mais favorável à instalação dos
coletores solares e possibilitara estimar o desempenho destes durante o ano.
A equação proposta por Duffie e Beckman [1991] é:
 HD 
1 + cosβ 
 1 − cosβ 
 RB + HD 
HT = H 1  + H ρg 


2
2




 H
32
(3.6)
onde :
HT : radiação solar global incidente no plano inclinado;
H: radiação solar global incidente no plano horizontal;
HD : radiação solar difusa incidente no plano inclinado; (em todos os casos, a barra superior
corresponde às médias mensais das radiações)
ρg: reflectância da vizinhança nas proximidades do coletor solar, cujos valores são fornecidos na
tabela 3.2, a seguir.
RB : razão entre a radiação extraterrestre incidente no plano inclinado e na horizontal, sendo
calculada pela equação 3.7:
RB
(π ω ) (senδ senφcosβ − sen δ cos φ sen β cos γ ) + sen ω cos δ(cos φ cos β + sen φ sen β cos γ )
= 180
ω ) (senδ senφ )
cos φ cos δ sen ω + (π
180
´
s
´
s
s
s
onde ω´s corresponde ao pôr-do-sol aparente para a superfície inclinada, dado pela equação:

cos -1 (- tanφ tanδ )
ω´s = mínimo 

-1
cos (- tan(φ + β) tanδ )
Tabela 3.3 – Reflectância de Materiais
Material
ρg
Terra
0,04
Tijolo Vermelho
Concreto
Grama
Barro / Argila
Superfície Construção Clara
0,27
0,22
0,20
0,14
0,60
Fonte : Siscos [1998]
Agora, vejamos passo a passo a metodologia de cálculo :
Etapa 1 - Cálculo da radiação solar extraterrestre - H o
H
0
=
24 x 3600
π
G
sc

 2 πd  
 1 + 0,033 cos 
  (cos φ cos δ sen ω s + ωs sen φ sen δ )
 365  

33
(3.8)
Etapa 2 - Cálculo da radiação solar global incidente no plano horizontal - H
Caso essa informação não esteja disponível, recomenda-se sua estimativa pelo Modelo de Bennett
[1965]. Sua equação é expressa por:
n
H
= a+b
+ ch
N
Ho
(3.9)
onde:h: altitude da estação (medidas em quilômetros)
a, b, c: coeficientes empíricos determinados a partir de dados observados e dados na tabela 3.4.
Tabela 3.4 - Coeficientes empíricos de correlação de Bennett Modificada
Mês
Janeiro
Fevereiro
Março
Abril
Maio
Junho
Julho
Agosto
Setembro
Outubro
Novembro
Dezembro
a
0.225
0.221
0.221
0.188
0.197
0.235
0.264
0.291
0.260
0.235
0.207
0.237
b
0.4812
0.5026
0.5142
0.5574
0.5423
0.4780
0.4386
0.3768
0.4242
0.4744
0.4816
0.4343
c
0,0007
0,0006
0,0005
0,0005
0,0004
0,0004
0,0004
0,0006
0,0006
0,0005
0,0007
0,0007
Fonte : Nunes et al. [1976]
Etapa 3 - Cálculo da radiação solar difusa incidente no plano horizontal - H D
Modelos mais comuns para decompor a radiação solar em suas componentes direta e difusa
baseiam-se no índice de claridade em média mensal K T, definido pela equação:
KT =
H
Ho
na qual H é a radiação global diária média mensal e H o é a radiação extraterrestre, ambas
incidentes em superfície horizontal e já definidas anteriormente.
Collares-Pereira e Rabl propuseram para cálculo da componente difusa em média mensal, com
base no índice de claridade em média mensal.
Hd
H
= 0,775 + 0,00606 ( ω s - 90) - [0,505 + 0,00455 * ( ω s - 90) ] * cos( 115 K T − 103 )
34
Etapa 4 – Cálculo da razão RB
Etapa 5 – Cálculo de HT pela equação 3.6
Utilize sua planilha solar para consolidar os conceitos apresentados neste capitulo.
35
Unidade 4- O Coletor Solar Plano
TRANSFERÊNCIA DE CALOR NO COLETOR SOLAR
O coletor solar é basicamente um dispositivo que promove o aquecimento de um fluido de
trabalho, como água, ar ou fluido térmico, através da conversão da radiação eletromagnética
proveniente do Sol em energia térmica.
No coletor solar busca-se, sempre, a maximização da energia absorvida e a minimização das
perdas desta energia. De acordo com a NBR 15569, os coletores solares devem ser conforme ABNT
NBR 10184 e devem ser capazes de operar nas faixas de pressão, temperatura e demais condições
especificadas em projeto, incluindo resistência de exposição direta à radiação solar.
A escolha de um tipo de coletor solar depende basicamente da temperatura de operação
requerida em determinada aplicação prática, como mostra a figura 4.1.
Figura 4.1 – Coletores solares por aplicação e por níveis de temperatura
No Brasil os coletores solares mais usados são os planos sem cobertura, na sua maioria usados
para o aquecimento de piscinas e os coletores solares planos com cobertura para fins sanitários e
para água quente de processos.
O aquecimento de piscinas a temperaturas entre 26 e 34 oC é normalmente promovido por
coletores solares abertos. Essa designação é utilizada, pois tais coletores não possuem cobertura
transparente nem isolamento térmico. Apresentam ótimo desempenho para baixas temperaturas
o qual decresce significativamente para temperaturas mais elevadas. São fabricados
predominantemente em material polimérico como polipropileno e epdm. Deve-se ficar muito
atento, pois materiais plásticos sem o devido tratamento contra radiação UV se desgastam em
menos de um ano e portanto os coletores solares devem ser resistentes ao Sol de modo que
36
durem 20 anos. Recentemente tem-se falado de coletores feitos de PVC e garrafas pet e cabe
lembrar que estes materiais NÃO são aplicáveis na sua forma final para fabricação de coletores
solares destinados ao aquecimento de água nos padrões de durabilidade e saúde exigidos.
Os coletores solares fechados são utilizados para fins sanitários, atingindo temperaturas da ordem
de 70 a 80 oC e são os mais utilizados no Brasil.
Entender alguns tópicos de transferência de calor torna mais clara nossa compreensão sobre os
parâmetros construtivos dos coletores solares. Tente identificar os principais mecanismos de
transferência de calor que acontecem em um coletor solar e fique atento aos seguintes pontos:
•
A energia solar é absorvida pela placa coletora que se aquece e, devido à diferença de
temperatura entre a placa e o ambiente, passa a trocar calor com o meio externo;
•
A fim de reduzir estas trocas de calor com o meio, a escolha de materiais adequados é de
extrema importância no projeto do coletor;
•
Para reduzir as perdas de calor pela base e laterais do coletor a placa é colocada no
interior de uma caixa, material isolante. Os materiais mais utilizados, juntamente com suas
condutividades térmicas estão listados no quadro abaixo;
Materiais isolantes
Condutividade
Térmica (W/m.K)
0,038
0,040
0,026
Lã de vidro
Lã de rocha
Espuma rígida de poliuretano
•
São fatores importantes a serem observados quando da escolha do isolamento:
espessura necessária
influência no peso final do coletor solar e nos custos envolvidos;
quanto menor a condutividade térmica, menor a espessura do isolamento
necessária para que se tenha a mesma perda de calor;
toxidez, inflamabilidade, resistência mecânica;
•
A caixa externa, que suporta todo o conjunto e recebe o revestimento isolante deverá
ser resistente ao transporte e intempéries. É geralmente construída em perfil de alumínio, chapa
dobrada ou material plástico;
•
Se a superfície absorvedora é deixada em contato direto com o ar ambiente, além das
perdas relacionadas à radiação, serão significativas as perdas convectivas, reduzindo-se a
temperatura de operação. É o caso dos coletores utilizados no aquecimento de piscinas, que são
abertos ao ambiente uma vez que não necessitam aquecer a água a temperaturas muito elevadas;
•
O isolamento térmico do topo do coletor, onde são elevadas as perdas de calor por
radiação e convecção, deve ser feito através de um material que, colocado entre a placa
absorvedora e o ar ambiente, seja transparente à radiação solar e, simultaneamente, opaco à
radiação emitida pela placa coletora. O vidro e alguns materiais sintéticos se prestam a esta
37
função, servindo de cobertura aos coletores e, ainda, protegendo-os das intempéries aos quais
estão permanentemente expostos;
•
Tendo em vista que o topo do coletor é o local por onde toda a energia solar é captada e,
ao mesmo tempo, por onde ocorrem as maiores perdas térmicas para o meio externo, atenção
especial será dada, a seguir, às características espectrais tanto da cobertura como da placa
absorvedora.
A CAPTAÇÃO DO CALOR RADIANTE
Todos os corpos emitem radiação térmica dependente de sua temperatura, sendo que quanto
maior a temperatura, menor o comprimento de onda da radiação emitida. A temperatura do Sol é
estimada em milhões de graus, mas a radiação por ele emitida é equivalente àquela de um corpo a
5800K, com comprimentos de onda de 0 até 3µm, compreendendo a faixa da radiação ultra
violeta, visível e parte do infravermelho. Esta é a chamada Banda Solar.
A figura 4.2 representa a variação, com o comprimento de onda, da potência emissiva espectral da
radiação solar (Ebl), que é a energia emitida por unidade de tempo e área por um corpo negro à
temperatura T. Este valor é calculado pela Lei de Planck e o gráfico evidencia, para um corpo a
5900K, a faixa de comprimentos de onda da radiação emitida.
Figura 4.2 - Potência emissiva do Sol
Fonte: http://www2.cptec.inpe.br/satelite/metsat/pesquisa/radsat/radsol.htm
O valor do comprimento de onda para o qual a potência emissiva espectral da radiação emitida
por um corpo é máxima, é função da sua temperatura e pode ser calculado através da Lei de
deslocamento de Wien:
λ max T = 2898 (µm.K)
38
(4.1)
Para o Sol, considerando a temperatura de 5800K, µmax = 0,5µm. Ou seja, o Sol emite radiação
numa faixa de 0 a 3µm, sendo que a potência emissiva máxima ocorre para a radiação de 0,5µm.
Admitindo, agora, que a placa coletora atinja uma temperatura média de 100oC (373K), pela Lei de
deslocamento de Wien µmax = 7,8µm. Assim, como esperado, a potência máxima da radiação
emitida pela placa tem um comprimento de onda maior que a radiação solar estando a banda de
emissão da placa absorvedora além da Banda Solar.
Na figura 4.3 mostra-se as curvas típicas de transmissividade espectral para vidros lisos com
diferentes espessuras. Observe que o vidro é transparente no comprimento de onda da emissão
do Sol ( banda solar) mas é opaco nos comprimentos de onda emitidos pela placa absorvedora, o
que comumente chamamos de efeito estufa.
Figura 4.3 - Transmitância do vidro - Fonte: Adaptado de Meinel e Meinel
Estas características espectrais são fundamentais na escolha dos materiais mais adequados aos
coletores solares, como a tinta de revestimento da placa absorvedora e o vidro utilizado como
cobertura dos coletores. Como nosso objetivo é aumentar o máximo possível a temperatura de
equilíbrio da placa do coletor, busca-se maximizar a energia absorvida por ela na banda solar e,
portanto, empregar tintas com alta absortividade nessa região do espectro. Como pretendemos
também minimizar a energia emitida pela mesma placa, agora na chamada banda de emissão,
devemos buscar tintas que emitam menos energia nessa faixa de comprimentos de onda. É o que
chamamos de pinturas seletivas.
A Figura 4.4 mostra o comportamento uma superfície seletiva real de óxido de cromo sobre níquel
39
1,2
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
0,0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Comprimento de onda (µ
µ m)
Figura 4.4 - Comportamento espectral do óxido de cromo
Fonte: Adaptação de Duffie e Beckmann [1991]
O conjunto final do coletor solar plano com cobertura, como pode ser visto na figura abaixo, fica
assim constituído:
Cobertura
Aleta
Flauta
Isolamento
Caixa
Figura 4.5 - Componentes do Coletor Solar
Basicamente, um coletor solar plano fechado é constituído por como mostra a figura 4.5:
•
Caixa externa: geralmente fabricada em perfil de alumínio, chapa dobrada, aço inox,
ou material plástico e que suporta todo o conjunto. A missão da caixa é proteger do vento, da
chuva, da poeira, suportar os diversos componentes do coletor e atuar como união com a
estrutura através dos elementos de fixação necessários. Não é aceitável ter de trocar um coletor,
40
ou a caixa, antes do tempo de vida normal desta, que deve ser pelo menos de 15 anos.A caixa
deve ser estanque às entradas de ar e água e resistente à corrosão. Deverão selar-se todas as
possíveis juntas, mas terá de haver um sistema de compensação depressão interior que não
permita a entrada de água.
•
Isolamento térmico: minimiza as perdas de calor para o meio. Fica em contato direto
com a caixa externa, revestindo-a. Os materiais isolantes mais utilizados na indústria nacional são:
lã de vidro ou de rocha e espuma de poliuretano. A precaução mais importante é o seu
comportamento com a temperatura, já que no verão e com a instalação parada, pode ultrapassar
os 100º C. O envelhecimento e a umidade são dois fatores a se levar em conta, pois desta maneira
perdem-se grande parte das características isolantes.
•
Tubos (flauta / calhas superior e inferior): tubos interconectados através dos quais o
fluido escoa no interior do coletor. Normalmente, a tubulação é feita de cobre devido à sua alta
condutividade térmica e resistência à corrosão.
•
Placa absorvedora (aletas): responsável pela absorção e transferência da energia
solar para o fluido de trabalho. As aletas metálicas, em alumínio ou cobre, são pintadas de preto
fosco ou recebem tratamento especial para melhorar a absorção da energia solar.
•
Cobertura transparente: geralmente de vidro, policarbonato ou acrílico que permite
a passagem da radiação solar e minimiza as perdas de calor por convecção e radiação para o meio
ambiente.
As qualidades fundamentais que devem ter são:
o
Ter uma boa transparência ( perto de 90%)
o
Provocar o efeito estufa e reduzir as perdas por convecção, melhorando o
rendimento do coletor.
o
Assegurar a estanqueidade do coletor à água e ao ar. As coberturas dos
coletores devem resistir à pressão do vento, e aos choques térmicos.
Tratamentos especiais que podem ser aplicados à cobertura transparente são de dois tipos:
o
Um tratamento anti-reflexo sobre a superfície exterior para diminuir as
perdas por reflexão dos raios solares incidentes.
o
Um tratamento na superfície interior, para que reflita as radiações de elevado
comprimento de onda, e não impeça a passagem da radiação de curto comprimento, para
diminuir as perdas por radiação.
•
Vedação: importante para manter o sistema isento da umidade externa.
EFICIÊNCIA TÉRMICA DE COLETORES SOLARES
A eficiência térmica dos coletores solares é definida como a razão entre a taxa de calor
efetivamente transferido para a água e a energia radiante incidente na superfície do coletor.
41
η=
Qutil
Q
= util
Qincidente G. Aext
(4.2)
onde:
Qútil: taxa de calor transferido para a água, W
Qincidente: taxa de calor radiante incidente na superfície do coletor, W
G : Radiação global incidente no plano do coletor, W/m2
Aext: área externa total do coletor, m2
A Eficiência Térmica pelo Método Direto
Na prática, o calor útil transferido à água dos coletores pode ser calculado através das medidas da
vazão de água nos coletores e das temperaturas de entrada e saída do fluido uma vez que, da
Primeira Lei da Termodinâmica, tem-se que:
Qútil = m& c p (T fs − T fi )
(4.3)
onde
m& : vazão mássica da água através do coletor solar, kg/s
cp : calor específico à pressão constante da água, igual a 4180 J/kg oC, para a faixa comum de
operação
Tfi e Tfs : temperatura da água à entrada e à saída do coletor, respectivamente
Medindo-se, ainda, a radiação global no plano do coletor (G), a eficiência térmica pode ser
calculada de acordo com a equação 4.2:
η=
Qutil
G. Aext
(4.2)
A Eficiência Térmica pelo Método das Perdas
Balanço de Energia Global
Na figura 4.6 estão representados, quantitativamente os fluxos de energia em um coletor solar,
evidenciando a grandeza da energia incidente e das perdas que normalmente ocorrem no
conjunto.
42
Figura 4.6 - Diagrama esquemático dos fluxos de energia no coletor solar
Fonte : adaptado de ADEME, 2002
Em Regime Permanente:
Qútil = Q absorvido − Q perdas
(4.4)
Q útil: taxa de calor transferido para a água
Q absorvido: parcela da radiação incidente que é absorvida pela placa absorvedora
Q perdas: taxa de calor perdido pela base, laterais e topo do coletor
Calor absorvido
Qabsorvido = τ cα p G A
(4.5)
A: área da placa coletora, m2
G: radiação solar global incidente no plano do coletor, W/m2
τc: transmissividade da cobertura transparente
αp: absortividade da placa coletora
Calor perdido
O calor é perdido pela base, laterais e, principalmente, pelo topo do coletor. Assim,
Q perdas = Qtopo + Qbase + Qlaterais
(4.6)
43
Qtopo: convecção e radiação
Qlaterais e Qbase: predominantemente por condução através do isolamento
Admitindo que a força motriz responsável pelas perdas de calor é a diferença de temperatura
entre a placa (Tp) e o meio ambiente (Tamb), pode-se escrever:
Q perdas = U L A (T p − Tamb )
(4.7)
Sendo UL o coeficiente global de perdas de calor, igual à soma dos coeficientes individuais do topo,
base e laterais:
U L = U topo + U base + U laterais
(4.8)
A taxa de calor útil, transferido para a água é então:
Qutil = A [τ cα p G − U L (T p − Tamb )]
(4.9)
Neste ponto, pode-se calcular a Eficiência do Coletor, como visto acima:
η=
Qutil
Q
= util
Qincidente G. Aext
(4.2)
No entanto, esta forma de equacionamento do calor útil não é vantajosa, uma vez que tem como
parâmetro a temperatura média da placa absorvedora, de difícil cálculo e medição posto que é
dependente de parâmetros de projeto e condições operacionais. Define-se então o Fator de
Remoção de Calor do Coletor Solar, como a razão entre o calor útil real e o calor útil máximo que
seria transferido para a água. Esta seria uma situação hipotética quando toda a placa estivesse à
temperatura de entrada do fluido no coletor (as perdas de calor da placa para o meio seriam
mínimas):
FR =
Q útil
(4.10)
Q útil (máximo )
Então,
Qutil ( máximo) = A [τ cα p G − U L (T fi − Tamb )] e
Qútil = FR A [τ cα p G − U L (T fi − Tamb )]
44
(4.11)
(4.12)
A Eficiência do Coletor Solar pode, finalmente, ser dada por:
η=
A
Aext
FRU L (T fi − Tamb ) 

 FR τ c α p −

G


(4.13)
Os gráficos de n versus (Tfi-Tamb)/G como mostrado na figura 4.7, serão ricos em informações uma
vez que a equação acima tem a forma da equação de uma reta cujo termo independente e
inclinação são dados por:
inclinação = −
A
. FRU L
Aext
termo independente =
(4.14)
A
. FRτ cα p
Aext
(4.15)
Eficiência Térmica (%)
Conhecendo-se o significado da inclinação e do ponto onde as retas tocam o eixo das ordenadas, é
possível, então, avaliar aspectos importantes relativos ao coletor como as perdas térmicas e,
principalmente, o Fator de Remoção de Calor, pontos de partida para a identificação e otimização
de parâmetros críticos ao desempenho de todo sistema de aquecimento solar.
100,0
80,0
60,0
40,0
20,0
0,0
-0,020
0,000
0,020
0,040
0,060
(Tfi - Tamb)/G
Figura 4.7 - Curva de Eficiência Térmica Instantânea de Coletores Solares
O Fator de Remoção de Calor
Duffie e Beckmann (1991) obtiveram uma expressão analítica para o Fator de Remoção, cuja
forma final evidencia sua dependência tanto com fatores de projeto como operacionais:
FR =
 AU L F '  
m& c p 

1 − exp −
 m& c p 
A .U L 



(4.16)
45
onde
m& : vazão mássica do fluido, kg/s
cp : calor específico à pressão constante do fluido em J/kg oC
F’: Fator de Eficiência do Coletor, calculado por:
F' =
1
UL


1
1
W
 + R ' cont +
πD i h f , i
 U L [D + (W − D ) F ]
(4.17)
onde
W: espaçamento entre os tubos;
D: diâmetro externo dos tubos;
Di: diâmetro interno dos tubos;
F: eficiência das aletas;
R'cont: resistência de contato entre a placa absorvedora (aletas) e os tubos, por unidade de
comprimento, na direção do escoamento do fluido;
hf,i: coeficiente convectivo de transferência de calor entre a superfície interna dos tubos e o fluido,
calculado a partir de equações clássicas de transferência de calor;
O Fator de Eficiência do Coletor é, então, fortemente dependente:
•
de parâmetros de projeto como o diâmetro e o espaçamento entre os tubos;
•
de parâmetros de fabricação, como é o caso do contato entre a aleta e os tubos. Este
contato deve ser tal que minimize a resistência e facilite a transferência do calor da aleta para os
tubos; quanto maior esta resistência, menor será F';
•
da eficiência das aletas
Destaca-se, aqui, a importância de uma alta eficiência das aletas para que se obtenha uma alta
eficiência dos coletores e, conseqüentemente, um elevado fator de remoção de calor, haja vista
que teremos sempre:
F > F’ > FR
Influência dos Parâmetros de Projeto na Eficiência das Aletas e Coletores
Nos gráficos abaixo, é analisada a variação da eficiência das aletas com o tipo do material e a
espessura da placa utilizada.
46
1
0,9
0,8
0,7
0,6
F 0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
0
1
2
3
1/2
[UL/(kplaca δ placa )]
4
5
Laleta
Figura 4.8 - Eficiência das aletas
Espessura Mínima da Placa (mm)
Otimização da Aleta de Coletores Solares
0,70
Alumínio
0,60
0,50
UL = 6,5W/m 2 ºC
0,40
0,30
0,20
Cobre
0,10
0,00
5
6
7
8
9
10
11
Nº de tubos/metro linear
Figura 4.9 (a) - Influência dos parâmetros de projeto - coletor tipo B
47
12
Otimização da Aleta de Coletores Solares
Espessura Mínima da Placa
(mm)
2,50
Alumínio
2,00
UL = 6,5W/m2 ºC
1,50
1,00
Cobre
0,50
0,00
5
6
7
8
9
10
11
12
Nº de tubos / me tro linear
Figura 4.9 (b) - Influência dos parâmetros de projeto - coletor tipo A
Para o aumento da eficiência das aletas é, então, recomendável:
• Materiais de alta condutividade térmica, como cobre e alumínio
• Placas de maior espessura
• Maior número de tubos por metro linear de coletor solar a fim de reduzir o espaçamento
entre os mesmos.
A planilha solar tem como dados de entrada o FR(ττcαp) e o FR(UL). Estas grandezas são avaliadas
nos ensaios dos coletores solares realizados no contexto do PBE- Programa Brasileiro de
Etiquetagem. Daí a grande importância do programa no contexto de se fazer um projeto de
engenharia correto. Estas grandezas são especificas para cada coletor solar no Brasil e no mundo e
devem ser requisitadas pelos projetistas aos fabricantes de equipamentos ou ainda retiradas da
tabela do INMETRO.
http://www.inmetro.gov.br/consumidor/tabelas.asp
No anexo IV encontra-se mais informações sobre o PBE – Programa Brasileiro de Etiquetagem de
Coletores Solares.
48
Unidade 5 - O Reservatório Térmico
O reservatório térmico tem como função armazenar a água aquecida nos coletores evitando ao
máximo a perda de calor do fluido para o meio externo. Os reservatórios térmicos de acumulação
da água quente em instalações de aquecimento solar são dimensionados para garantirem a
demanda diária de água quente do consumidor final na temperatura requerida pela aplicação
O primeiro passo na escolha do reservatório adequado a cada projeto consiste na determinação
de seu volume, o que é feito a partir do dimensionamento da demanda diária do volume de água
quente necessário. Tal dimensionamento será visto com detalhes em unidade posterior. Nesta
etapa, é também previsto o sistema de aquecimento auxiliar, objetivando a garantia de
fornecimento de água quente em períodos de baixa insolação ou consumo excessivo de água
quente.
Estudos recentes realizados na Inglaterra e disponíveis em (http://www.bsee.co.uk/news /fullstory.php
estabelecem os cuidados básicos no
armazenamento de água (quente e fria). Tais critérios, que visam evitar a proliferação de bactérias
como a Legionella, são assim enumerados:
/aid/3618/Managing_the_risk_from_Legionnaires_disease_.html)
1.
O volume armazenado de água quente e fria deve ser reduzido ao mínimo necessário.
Reservatórios devem ser fechados para prevenir a entrada de material orgânico.
2.
Isolamento dos componentes para que as temperaturas permaneçam fora da faixa crítica de
crescimento das bactérias, entre 20 e 50oC.
Para a Legionella, a faixa ótima de crescimento está entre 35 e 46oC, sendo instantaneamente
destruída em temperaturas superiores a 70oC. Para valores acima de 50oC, essa bactéria sobrevive
no máximo entre 5 e 6 horas, segundo Jaye et al [2001] em um estudo nacional realizado para os
bombeiros hidráulicos da Nova Zelândia.
3.
Emprego de materiais metálicos e inorgânicos nas conexões e acessórios das tubulações.
4.
Limpeza regular das partes vulneráveis do sistema
Os reservatórios podem ser abertos (não pressurizados) ou fechados (pressurizados) sendo estes
últimos os mais comuns, uma vez que são adequados à instalações de pequeno, médio e grande
porte; são constituídos, basicamente, por um corpo interno revestido externamente por um
material isolante e recobertos por uma proteção externa como mostra a figura 5.1.
49
Figura 5.1 - O reservatório térmico
De acordo com a NBR 15569, os reservatórios térmicos devem ser conforme ABNT NBR 10185 e
devem ser capazes de operar nas faixas de pressão, temperatura e demais condições especificadas
em projeto, incluindo resistência de exposição direta à radiação solar (se aplicável).
Fatores relevantes em um Reservatório Térmico:
Corpo interno:
• Por ficar em contato direto com a água é geralmente fabricado com materiais resistentes
à corrosão, como cobre e aço inoxidável. No entanto, podem ser encontrados no mercado
reservatórios feitos com fibra de vidro e polipropileno; ressalta-se, aqui, a importância dos testes
normalizadores em todos os tipos de produtos;
• Alguns materiais metálicos necessitam de proteção interior contra corrosão, seja
mediante pintura tipo epóxi ou esmaltagem. Em regiões de água muito agressiva haverá
necessariamente a necessidade de um anodo de sacrifício (geralmente de magnésio) para
proteger o reservatório.
• Deve suportar as variações de pressão que porventura ocorram devido ao aumento da
temperatura da água (expansão) e flutuações na rede de abastecimento. Quanto maiores as
pressões de trabalho previstas, maiores deverão ser as espessuras da parede do corpo interno. Por
exemplo, no mercado brasileiro, essa espessura varia entre 0, 4 e 0,8mm para o aço inoxidável, em
valores aproximados;
• Deve ser resistente termicamente às oscilações de temperaturas;
Isolamento térmico:
• O isolamento deve impedir ou minimizar a transferência de calor da água contida no
interior do reservatório para o meio externo. Desta forma, similarmente ao que acontece nas
placas coletoras, o isolamento deve oferecer grande resistência à passagem do calor, dificultando
ao máximo sua transferência de um meio para outro.
• O calor perdido mensalmente no reservatório pode ser calculado pela seguinte equação:
50
-Us ∆t

ρ c p Vef

QRT = ρ c pVef (Ti − Tamb ) 1 - e




 Ni


(5.1)
onde
Ni : número de dias do mês de referência
ρ: densidade da água, na temperatura média de armazenamento, igual a 1000kg/m3;
cp: calor específico da água para a temperatura média de armazenamento, igual a 4180 J/kg°C;
Vef: capacidade volumétrica efetiva do tanque, em m3;
∆t: período de tempo de armazenamento, em segundos;
Ti e Tf: temperatura da água no início e final do período de armazenamento, respectivamente;
Tamb: temperatura ambiente média durante o armazenamento.
Us: coeficiente de perda de calor, expresso em W/ºC, calculado segundo a Norma ISO 9459 por:
Us =
ρ c pVef
∆t
 T − Tamb 
ln  i

 T f − Tamb 
(5.2)
• O material isolante mais utilizado é o poliuretano expandido, cuja condutividade térmica
é igual a 0,026 W/m.K e tem a vantagem de conferir ao reservatório uma boa rigidez estrutural.
Para o poliuretano, de uso muito difundido no Brasil, a espessura normalmente empregada é,
aproximadamente, 50 mm para um tanque de 100 litros e 20 mm para um tanque de 1000 litros.
Proteção externa
• Normalmente feita em alumínio, aço galvanizado ou aço carbono pintado, a importância
da proteção externa está em preservar o conjunto das intempéries, danos relativos a transporte,
instalação, etc
Tipos de Reservatórios Térmicos
Os reservatórios térmicos podem ser classificados usualmente de várias maneiras:
•
Quanto ao seu posicionamento físico os reservatórios são classificados em horizontal
e vertical
•
Quanto a pressão de trabalho, são classificados como de alta e baixa pressão;
•
Quanto seu funcionamento podendo operar em desnível ou em nível com caixa de
água fria;
•
Quanto ao tipo de troca de calor, em circuito direto (sem trocadores de calor) ou
indireto ( com trocadores de calor).
A correta seleção dos reservatórios térmicos é fundamental para o bom desempenho de uma
instalação de aquecimento solar.
51
A Estratificação nos Reservatórios Térmicos
Uma vez que o reservatório recebe fluxos tanto de água quente como de água fria provenientes
do coletor e da caixa de alimentação, respectivamente, as diferenças de temperatura e,
conseqüentemente, de densidade da água, farão com que a água mais quente fique na parte
superior e a água mais fria na parte inferior do reservatório. É o efeito da estratificação.
Além do efeito isolante, função primeira do reservatório térmico, deve-se ressaltar que o
desempenho do sistema termossolar como um todo é fortemente dependente da temperatura de
entrada da água no coletor, água esta proveniente da base do reservatório térmico. Será visto
adiante que, quanto mais baixa for esta temperatura, maior o desempenho resultante do sistema.
Assim, pode-se dizer que a estratificação da água no interior dos reservatórios é, também, fator de
importância fundamental.
Para potencializar este efeito, recomenda-se a instalação dos reservatórios na posição vertical.
Com isto, reduz-se a área de troca de calor entre as próprias camadas de água, favorecendo a
estratificação. No entanto, muitas vezes o projeto arquitetônico não comporta tal configuração
adotando-se, então, a posição horizontal. Os reservatórios fabricados com materiais maus
condutores (como é o caso dos reservatórios plásticos) também favorecem a estratificação.
Figura 5.2–Diagrama esquemático da estratificação da água no reservatório térmico
Ainda que a energia contida nos 2 reservatórios térmicos seja a mesma, o dono da instalação 1 fica
mais satisfeito pois tomará mais banhos quentes que o dono da 2ª instalação que terá de usar o
apoio convencional.
Para fomentar a estratificação é importante a existência de dispositivos que impeçam a projeção
água da rede ( fria) que entra, em direção a saída, como é o caso do difusor ( bengala) mostrada
na figura. A existência do difusor faz com que a água fria que entra, funcione como um embolo
que empurra a água quente sem se misturar.
Mais adiante veremos que uma correta associação de reservatórios térmicos em instalações de
médio e grande porte, permite obter uma melhor estratificação da temperatura.
Para encontrar os reservatórios térmicos etiquetados visite o site do INMETRO:
http://www.inmetro.gov.br/consumidor/tabelas.asp
52
Unidade 6- Dimensionamento de Instalações de Aquecimento Solar e a
Economia Anual de Energia
O dimensionamento adequado de um sistema de aquecimento solar (SAS) não é uma tarefa
simples, exigindo o conhecimento prévio dos hábitos de consumo de água quente pelos usuários
finais, com base em uma análise criteriosa do tipo da construção que receberá os coletores
solares, disponibilidade de radiação solar nas condições específicas da obra, fatores climáticos
locais e desempenho térmico dos produtos, dentre outros.
O organograma da figura 6.1
evidencia as principais etapas a serem cumpridas para um correto dimensionamento de uma
instalação de aquecimento solar.
.
Figura 6.1–Etapas para o correto dimensionamento de uma instalação de aquecimento solar
A visita técnica, caracterizada como Passo 1 do Dimensionamento, evidencia a necessidade de se
identificar as expectativas do empreendedor ou usuário final quanto ao nível de conforto e
economia a serem atingidos com uso do sistema de aquecimento solar através de questionários,
pesquisa de hábitos, etc. Nessa oportunidade, é feita também uma avaliação prévia dos locais
disponíveis na obra para inserção dos componentes de uma instalação. Neste caso, em obras já
construídas a visita técnica ao local é de fundamental importância. No caso de obras novas,
entenda-se como visita técnica a analise em conjunto com o empreendedor das plantas de projeto
da edificação.
O dimensionamento correto de uma instalação de aquecimento solar depende de :
• Condições climáticas locais;
• Hábitos de consumo dos usuários;
• Vazão de água quente dos equipamentos definidos;
• Temperatura da água aquecida.
53
DEMANDA DE ÁGUA QUENTE
Para dimensionar a necessidade de água quente dos usuários, caracterizada pelo volume diário de
água quente e temperatura de operação requerida, é importante ter-se conhecimento prévio de
padrões de consumo para diferentes edificações brasileiras, em função das classes sociais e das
aplicações finais para o setor residencial, industrial e de serviços
O levantamento da demanda de água quente é feito com base em informações gerais obtidas a
partir de:
•
Normas de Instalações Prediais de Água Quente, como NB128 e NBR7198;
•
Pesquisa de hábitos dos usuários potenciais;
•
Observação, sensibilidade e bom senso;
•
Experiência.
Para promovermos este dimensionamento, pode-se consultar a Norma Brasileira de Instalação
Predial de Água Quente – NB 128; já que sua substituta mais recente NBR/7198 não apresenta
estimativas de consumo de água quente. Entretanto, os valores constantes nesta norma,
apresentados na Tabela 6.1, devem ser, ainda, avaliados criticamente em função do nível sócio econômico da família e seus hábitos atuais.
Tabela 6.1 – Consumo médio estimado de água quente
Uso final / Aplicação
Alojamento provisório
Casa popular ou rural
Residência
Apartamento
Quartel
Escola ou Internato
Hotel (excluídas a cozinha e lavanderia)
Hospital
Restaurante ou similar
Lavanderia
Consumo estimado
(litros/dia)
24 / pessoa
36 / pessoa
45 / pessoa
60 / pessoa
45 / pessoa
45 / pessoa
36 / hóspede
125 / leito
12 / refeição
15 / kg de roupa seca
Fonte :ABNT Norma Brasileira de Instalação Predial de Água Quente – NB 128
Entretanto, uma análise simples dos valores apresentados nessa tabela nos leva a buscar
explicações:
Por que o hóspede de um hotel consumiria água quente de modo similar ao morador de um
casa popular?
Por que o morador de um apartamento gastaria mais água quente do que o de uma
residência?
No Brasil, tem-se, ainda, grande carência de informações sistematizadas sobre o perfil de consumo
de água quente no setor residencial. Por causa de tais paradoxos, é que bom senso, observação
54
crítica e conhecimento prévio da aplicação e tipologia construtiva se tornam tão importantes no
dimensionamento da demanda diária de água quente.
A forma de dimensionamento mais adequada pode ser desenvolvida com base na vazão e
capacidade dos equipamentos de uso final, além do tempo e freqüência de sua utilização. A tabela
6.2, apresenta valores típicos para uso residencial.
Tabela 6.2 – Vazão e temperatura de água quente de equipamentos
Peças
Ducha de banho
Lavatório
Ducha Higiênica
Banheira
Pia cozinha
louças
(12 pessoas)
Máquina de lavar roupa
Consumo mínimo
Consumo máximo
6,6 l/min
3,0 l/min
3,0 l/min
80 l
3,0 l/min
20 l
12,0 l/min
4,8 l/min
4,8 l/min
440 l
4,8 l/min
20 l
90 l
200 l
Ciclo diário Temperatura de consumo (oC)
(minuto/pessoa)
10
39 – 40
2
39 – 40
2
39 – 40
banho
39 – 40
3
39 – 40
ciclo de lavagem
39 – 50
ciclo de lavagem
39 – 40
Fonte :NBR 12269
Em boa parte das residências onde são instalados chuveiros de potência até 5200W, a vazão do
banho é limitada pelo próprio equipamento entre 4 e 6 litros/minuto. Uma vazão racional de
banho ficaria entre 7 e 10 litros por minuto mas existem usuários que optam por vazões irracionais
de água com duchas de 20, 30, 50 litros por minuto. Este tipo de uso de água quente não condiz
com a realidade de desenvolvimento sustentável e deve ser evitada por todos projetistas que
podem lançar mão de redutores de vazão por exemplo, até que exista uma necessária
regulamentação nacional que limite as vazões das duchas fabricadas no país, a números mais
racionais.
CONSUMO DE ÁGUA – PENSAR RACIONALMENTE PARA NÃO FALTAR NO FUTURO
Debater tecnologias usando o tema sustentabilidade como premissa básica e necessária, exige
uma análise criteriosa de vários pontos de vista e que traduzam o real impacto destas tecnologias
no desenvolvimento da sociedade em harmonia com o meio ambiente. Um dos principais temas
da atualidade no Brasil e no mundo passa pelo uso dos aquecedores solares. Alguns setores menos
informados insistem em dizer que o uso dos aquecedores solares aumenta o consumo de água e
esta afirmação não é verdadeira.
Vamos analisar duas tecnologias distintas sob o ponto de vista de consumo de água e energia,
analisando o chuveiro elétrico e o aquecedor solar.
A tabela 6.3 mostra o consumo de água que as duas tecnologias demandam:
Tabela 6.3 – Consumo de água entre aquecedor solar e chuveiro elétrico
Tecnologia
Vazão de agua
Consumo diário no uso final por domicilio
Consumo diário na geração de energia elétrica por domicilio
Consumo no tempo de espera por domicilio
Consumo diário por tecnologia por domicilio
Consumo anual por domicilio
55
Aquecedor Solar
3 litros por minuto
96 litros
0
0,75 litros
96,75 litros
35.313 litros
Chuveiro
3 litros por minuto
96 litros
48 litros
0
144 litros
52.560 litros
Um primeiro fato a constatar é que a decisão de usar mais ou menos água é decidida pelo
consumidor e exclusivamente por ele. O aquecedor solar também pode ser utilizado com vazão
de 3 litros por minuto, a exemplo do que é feito nas mais de 20 mil habitações de interesse social
que hoje já usam os aquecedores solares. Portanto as vazões de consumo de água são exatamente
as mesmas, ou seja, uma casa com padrão de banho de 3 litros por minuto, 8 minutos de banho e
4 moradores pode usar o chuveiro e o aquecedor solar consumindo para os banhos exatamente a
mesma quantidade de água. O aquecimento solar é moderno porque pode ser acoplado a
sistemas existentes, pode ser projetado em novas edificações por diferentes métodos, mas quem
decide quanto tempo de banho e quais as vazões de água desejadas são os usuários. Hoje o
consumidor pode comprar chuveiros e duchas com vazões que vão de 3 a 60 litros por minuto,
este último valor demonstra que as mesmas empresas que disponibilizam chuveiros elétricos com
vazões racionais entre 4 e 6 litros por minuto, também disponibilizam no mercado duchas e
chuveiros com vazões muitíssimo superiores.
Mas esta não pode ser o único ponto a ser analisado. Como já comentado no capítulo 1 e
revisando aqui, o PROCEL - Programa Nacional de Combate ao Desperdício de Energia Elétrica da
Eletrobrás, estima que existam entre 27 e 30 milhões de chuveiros elétricos instalados no Brasil.
Esses equipamentos, além de consumirem cerca de 5% de toda a eletricidade produzida no país,
são responsáveis por aproximadamente 18% do pico de demanda do sistema elétrico nacional. Por
outro lado, para gerar a energia elétrica necessária para ligar o chuveiro elétrico somente no
horário de ponta, ou seja, das 18 às 21 horas, se gasta muita água. Como citado, o chuveiro
elétrico responde pela construção e operação de 18% de todas as usinas de energia elétrica
construídas no Brasil, ou seja, cerca de 18.000 MW de potência no horário de ponta. Neste horário
de pico de demanda, várias termelétricas são acionadas para gerar energia para o banho habitual
e pouco sustentável do brasileiro.
No que concerne ao funcionamento das termelétricas, dois pontos que preocupam especialistas
do mundo inteiro, nos parece merecer muita atenção:
• O volume de água necessário à geração do vapor indispensável ao acionamento das
turbinas, e
• A poluição emitida pela queima dos combustíveis utilizados nas termelétricas, como o
carvão mineral, o óleo combustível, o óleo diesel e o gás natural.
Para ilustrar a preocupação com o consumo de água das termelétricas, vamos comparar o
consumo de uma destas com o consumo de uma região metropolitana: a termelétrica de SUAPE,
em Pernambuco, localizada a cerca de 50 km do Recife é projetada para gerar 523 MW queimando
gás natural e consumindo um volume de água aproximado de 36.000 m³/h (equivalente a 10
m³/s), enquanto a Companhia Pernambucana de Saneamento (COMPESA) fornece aos 3 milhões
de habitantes da região metropolitana do Recife cerca de 12 m³/s. Portanto, uma única usina
térmica de 523 MW consume mais que o volume d’água fornecido aos habitantes de uma
metrópole como o Recife.
Por volta de 90% da água utilizada pelas termelétricas evapora, comprometendo assim a
disponibilidade hídrica para outros usos na bacia hidrográfica. Se alocarmos o consumo de água
das termelétricas aos distintos usos de eletricidade, a quota parte dos chuveiros elétricos é de
aproximadamente 48 litros por domicilio como mostra a tabela 6.3
56
Deste resultado podemos afirmar que o uso de aquecedores solares economiza pouco mais de
17.000 litros de água por ano e por domicilio. Para a cidade de São Paulo, com seus mais de 11
milhões de habitantes, a hipotética substituição dos chuveiros por aquecedores solares
economizaria mais de 48 bilhões de litros de água por ano, e isto ao longo de 20 anos, vida útil dos
aquecedores solares. Não é a toa que Israel, país que sofre de forte escassez hídrica, os
aquecedores solares são obrigatórios desde 1980.
Por seu lado a poluição gerada pelas termelétricas tem aspectos locais e globais, estes últimos
relativos às mudanças climáticas causadas pela queima de combustíveis fósseis. Quanto a este
importante problema global, os aquecedores solares têm muito a contribuir.
DIMENSIONAMENTO DETALHADO
De acordo com sua experiência, estime o por residência nas seguintes classes sociais para a sua
cidade de origem:
Classe Social
Número médio de
moradores por residência
A
B
C
D
Identifique os pontos de consumo típicos por classe social na listagem apresentada a seguir:
Chuveiro / Ducha
Banheira de Hidromassagem
Lavabo
Ducha Higienica
Cozinha
Lavanderia
57
Para preenchimento das planilhas seguintes, identifique uma família e sua classe social. Faca
uma analise critica dos resultados obtidos na planilha solar.
1. Chuveiro - Ducha
Vazão da ducha (litros/minuto) Tempo estimado de uso Frequência diária Consumo diário de
(minutos)
de uso
água quente
0,00
2. Banheira de hidromassagem
Capacidade da banheira
(litros)
Frequência
Consumo diário de
semanal de uso
água quente
0,00
3. Lavabo
Vazão do lavabo (litros/minuto) Tempo estimado de uso Frequência diária Consumo diário de
(minutos)
de uso
água quente
0,00
4. Ducha higiênica
Vazão da ducha (litros/minuto) Tempo estimado de uso Frequência diária Consumo diário de
(minutos)
de uso
água quente
0,00
5. Pia da cozinha
Vazão da pia (litros/minuto)
Tempo estimado de uso Frequência diária Consumo diário de
(minutos)
de uso
água quente
0,00
6. Máquina de lavar-louça
Consumo de água quente
(litros/ciclo)
7. Lavanderia
Massa de roupa seca por
semana (kg)
Frequência diária Consumo diário de
de uso
água quente
0,00
Consumo de água
quente por kg de roupa
Consumo diário de
água quente
0,00
Faça uma analise crítica sobre o uso de água quente nos diferentes pontos. Reflita sobre o uso
da água quente e sua necessidade em cada ponto analisando o gráfico de porcentagem de
consumo de água quente.
A demanda de água quente para outras tipologias de edificações pode seguir outra
metodologia, mas sempre deve ser baseada em bom senso e experiências de sucesso. Em
muitos casos é possível estimar o consumo de água quente através da analise de contas de
energia elétrica, de gás,etc. Em outros, pode ser necessária a instalação de sistemas de
medição ( hidrômetros de água quente, medidores de energia,etc) para aferir o real consumo
de água quente.
58
O dimensionamento de demanda de água quente feito com a planilha leva em consideração o
consumo de água a 40 oC, ou seja, consumo da água já misturada ( quente + fria). Como vimos
neste capitulo, para que haja eliminação do risco da Legionella devemos armazenar água
aquecida à temperaturas superiores a 50oC. Recomenda-se não passar de 60OC a temperatura
média de armazenamento de modo a não aumentar muito as perdas térmicas bem como
diminuir o risco de queimaduras.
Demanda de Energia
A energia necessária para aquecer este volume de água ao final do mês (Lmes), qualquer que
seja a forma de aquecimento escolhida é dada pela 1ª Lei da Termodinâmica na forma:
Lmês = ρ
Vmês c p (Tbanho − Tamb )
[kWh/mês]
1000
3600
(6.1)
onde ρ : densidade da água, considerada igual a 1000kg/m3
cp : calor específico da água a pressão constante igual a 4,18 kJ/kg°C
Tbanho e Tamb correspondem à temperatura desejada para a água de banho e a
temperatura ambiente.
A planilha solar calcula automaticamente a demanda de energia para o volume de água quente
especificado a uma temperatura de banho ou temperatura de consumo está ajustada para
40oC. Ao determinar o volume o volume de água quente a ser armazenado a temperatura
média de armazenamento será recalculada.
Para facilitar o levantamento dos dados necessários à implantação de sistemas de aquecimento
solar, serão disponibilizados para download formulários de inserção da tecnologia solar para
diferentes tipologias construtivas.
Área Coletora
Determinada a demanda diária de água quente da tipologia construtiva, passa-se para o passo
seguinte que é determinar a área de coletores necessária para suprir uma determinada parcela
da demanda de energia necessária para atender a esta demanda.
A definição da área coletora a ser utilizada para aquecer determinada quantidade de água
depende de vários fatores e de alguma experiência do projetista. Uma pergunta bastante
freqüente feita pelas pessoas que pretendem substituir o sistema de aquecimento elétrico ou a
gás de água pelo sistema solar é: Afinal, qual será a economia que terei em minha conta mensal
de energia? Vamos trabalhar o conceito de fração solar e retornamos ao dimensionamento da
área coletora ao final deste capitulo.
59
Economia anual de energia elétrica – método da fração solar
A economia a ser atingida depende do padrão de consumo de cada tipologia: hábitos dos
moradores, eletrodomésticos usados, freqüência de sua utilização e tarifas praticadas pela
concessionária de energia elétrica local,etc.
Por exemplo, uma residência da classe A onde se utiliza, de forma intensiva, água quente em
duchas de elevada vazão, em banhos de longa duração, em banheiras de hidromassagem, na
cozinha e lavanderia a conta de energia elétrica ao final do mês é bastante elevada. Entretanto
esse valor também é decorrente do uso do ar condicionado em todos os quartos e salas, de
fornos elétricos e de microondas, de geladeiras e congeladores de diferentes portes, etc. Neste
caso, embora o consumo de água quente seja alto, o impacto na conta mensal de energia
elétrica decorrente do aquecimento solar poderá ser relativamente menor ao obtido em uma
residência da classe D, que dispõe apenas de uma televisão e geladeira pequena e cuja
participação do chuveiro na conta de energia é muito mais significativa do que no primeiro
caso.
De uma forma geral, pode-se afirmar que a substituição de sistemas convencionais de
aquecimento de água por energia solar atende a uma dicotomia do mercado brasileiro:
Conforto versus Economia. Em determinadas classes sociais, busca-se intensivamente o maior
conforto propiciado pelo aquecimento solar central, enquanto que para a classe média e de
baixa renda, a economia obtida torna-se cada vez mais importante e decisiva.
Para a avaliação da economia de energia obtida com a utilização do aquecimento solar, nas
condições específicas de cada obra, utiliza-se, internacionalmente, o Método da Carta F. Este
método avalia a contribuição da energia solar na demanda total de energia para aquecimento
de água, conhecida como fração solar.
A fração solar fi para um determinado mês do ano é definida como a razão entre a contribuição
do sistema de aquecimento solar (Qsolar) e a demanda mensal de energia (Lmês), calculada
mediante a equação:
fmês =
Q solar
L mês
(6.2)
Beckman et al. [1977] propuseram dois parâmetros adimensionais e empíricos X e Y, a saber:
X=
A CFR UL (TREF − Tamb )∆t mês
L mês
Y=
A CFR (τ c α p )θ HT Nmês
(6.3)
(6.4)
L mês
onde
AC : área total de coletores solares, em m2;
60
FRUL : produto do fator de remoção e coeficiente global de perdas térmicas do coletor solar,
expresso em W/m2 °C, calculado experimentalmente nos ensaios do PBE / INEMTRO;
TREF : temperatura de referência, considerada constante e igual a 100°C;
Tamb : temperatura ambiente média para o mês em questão, °C;
∆tmês : duração do mês, em segundos;
Lmês: demanda total de energia para aquecimento do volume de água (V), calculada pela
equação 6.1;
FRτcαp produto do fator de remoção, transmissividade do vidro e absortividade da tinta dos
coletores, para ângulo médio de incidência da radiação direta, expresso em W/m2 °C. De modo
geral, pode ser considerado igual a 96% do valor medido experimentalmente nos ensaios do
PBE / INMETRO;
HT : radiação solar diária em média mensal incidente no plano do coletor por
unidade de área, J/m²
Nmês: número de dias do mês
A determinação da fração solar f pode ser feita pelo ábaco da figura 6,1, apresentada a seguir,
ou da seguinte equação empírica, proposta por Klein:
FR(ττcαp)
f = 1,029 Y − 0,065 X − 0,245 Y 2 + 0,0018 X 2 + 0,0215 Y 3
(6.5)
Fração Solar
3,50
f=0,9
3,00
f=0,8
2,50
f=0,7
2,00
Y
f=0,6
f=0,5
1,50
f=0,4
f=0,3
1,00
f=0,2
f=0,1
0,50
0,00
0
2
4
6
8
10
12
14
16
X
Figura 6.1 - Ábaco para Determinação da Fração Solar - F
61
18
Para maiores detalhes, inclusive relativas às duas correções sugeridas, recomenda-se consultar
Duffie e Beckmann [1991]
A fração solar anual F é definida como a razão entre a soma das contribuições mensais do
aquecimento solar e a demanda anual de energia que seria necessária para fornecer o mesmo
nível de conforto, sendo calculada pela equação:
12
∑ fL
i i
F=
i =1
12
(6.6)
∑L
i
i =1
No gráfico da figura 6.2, apresenta-se uma análise da influência da temperatura de
armazenamento na fração solar final. Estes dados foram obtidos para a cidade de Belo
Horizonte a partir da variação da relação entre o volume de água quente a ser armazenado e a
área total de coletores solares.
Uma análise desse gráfico permite avaliar facilmente que, para uma mesma configuração da
instalação solar, quanto menor for a temperatura desejada maior será a fração solar.
100,0%
90,0%
80,0%
Fração Solar - F
70,0%
40ºC
60,0%
Temperatura de armazenamento
45ºC
50,0%
40,0%
50ºC
30,0%
55ºC
20,0%
60ºC
10,0%
0,0%
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
550
600
650
700
750
800
850
900
950 1000
Volume do tanque / área coletora (litros/m²)
Figura 6.2 – Influência da temperatura de armazenamento na fração solar
Depois de avaliado o conceito da fração solar retorne a planilha solar e vamos entender este
processo passo a passo novamente:
62
1Determinou-se a demanda de água quente e com isto a demanda diária de
energia;
2Estudou-se a inserção da tecnologia, avaliando-se a área disponível para
implantação dos coletores solares, sua orientação e inclinação e finalmente quantificou-se a
radiação solar disponível na área determinada.
3Como regra geral, uma instalação de aquecimento solar bem dimensionada
apresenta frações solares entre 60 e 80%.
4Os coletores solares são ensaiados no Brasil, no contexto do PBE- Programa
Brasileiro de Etiquetagem e destes relatórios extrai-se 3 importantes grandezas necessárias ao
dimensionamento da área coletora e específicos de cada produto disponível no mercado:
a.
Área unitária de cada modelo de coletor solar
b.
FRUL : produto do fator de remoção e coeficiente global de perdas térmicas
do coletor solar, expresso em W/m2 °C, calculado experimentalmente nos ensaios do PBE /
INMETRO (
c.
FRτcαp produto do fator de remoção, transmissividade do vidro e
absortividade da tinta dos coletores, para ângulo médio de incidência da radiação direta,
expresso em W/m2 °C. De modo geral, pode ser considerado igual a 96% do valor medido
experimentalmente nos ensaios do PBE / INMETRO
5Inserindo todos estes valores na planilha solar resta ao projetista variar o numero
de coletores solares (daquele modelo especifico) proposto para a obra até que a fração solar
desejada seja obtida. Muitas vezes esta fração solar é limitada até mesmo pelo espaço
disponível. Em obras de médio e grande porte, é necessário dimensionar o numero de coletores
que permitam o melhor equilíbrio hidráulico, conceito que vamos estudar na próxima unidade.
6Varie o numero e tipo de coletores solares ( fechados e abertos, com classificação
de A a E nos ensaios do INMETRO) e veja como a fração solar se altera de acordo com os
produtos selecionados. Varie também a inclinação e orientação dos coletores solares para
ganhar mais intimidade com a planilha e verifique os valores mensais da fração solar.
Pratique o uso da planilha solar e mantenha contato conosco, de suas sugestões, aponte
dificuldades e nos ajude a aprimorar a ferramenta. Envie e-mail para
[email protected] .
63
Unidade 7- A Instalação Solar Térmica de Pequeno Porte
Hoje no Brasil existem diversas instalações solares em funcionamento, onde cerca de 90% das
instalações solares são residenciais. As grandes instalações ainda são pouco difundidas dentro
dos setores comercial e industrial – hotéis, motéis, indústrias, vestiários, grandes edifícios, etc.
Os sistemas de aquecimento solar podem ser classificados quanto ao modo de circulação de
água:
Circulação natural ou Termossifão;
Circulação forçada ou sistema bombeado.
No caso de sistemas de pequeno porte, sempre que possível, devemos buscar o funcionamento
do sistema por circulação natural. Já em sistemas de médio e grande porte, a utilização da
circulação forçada é imprescindível para o correto funcionamento do sistema.
Sistemas de médio e grande porte são mais complexos e sempre devem estar acompanhados
de um detalhado projeto de engenharia, garantindo o desempenho das instalações solares uma
vez que seus custos são elevados.
Uma visão geral sobre as instalações de pequeno porte mostra que diversos sistemas de
aquecimento solar não funcionam corretamente, justamente pelo descaso a qualidade de
projeto e instalação.
Esta unidade se dedica ao estudo das características de um sistema de pequeno porte focado
na qualidade de uma instalação solar.
Figura 7.1 – Sistemas de aquecimento solar de pequeno porte
64
7.1 - SISTEMAS DE AQUECIMENTO SOLAR POR CIRCULAÇÃO NATURAL OU TERMOSSIFÃO
Os sistemas de aquecimento solar com princípio de funcionamento por circulação natural ou
termossifão são os mais utilizados em obras de pequeno porte, apesar de simples, seu correto
funcionamento é função de diversos fatores interligados, que vamos avaliar nesta unidade.
A figura 7.2 apresenta os componentes básicos de uma instalação tipo termossifão.
D
A
C
B
1 Coletor solar
2 Reservatório térmico
3 Caixa d’água fria
4 Sifão
5 Entrada de água fria
6 Retorno de água dos coletores
7 Saída de água para os coletores
8 Saída de água para consumo
9 Registro para limpeza do sistema
10 Suspiro
Figura 7.2 – Circulação Natural - Termossifão
Conhecidos todos os componentes de uma instalação solar por circulação natural vamos
entender o princípio de funcionamento deste sistema.
Primeiramente vamos analisar a pressão no ponto B da instalação: considerando que o trecho
AB está a uma temperatura de 21ºC, e o trecho CD juntamente com o coletor solar, estão a
45ºC. Relembrando a equação de pressão manométrica expressa em Pascal (Pa) temos:
Pman = ρgh
65
onde:
ρ : densidade da água à determinada temperatura (kg/m3);
g: aceleração da gravidade igual a 9,81 m/s2;
h: altura da coluna (m)
Tabela 7.1- Densidade da água em função da temperatura
Temperatura (ºC)
5
10
15
20
30
40
50
Densidade (kg/m3)
1000
1000
999
998
996
992
988
Portanto a pressão manométrica exercida no ponto B é a pressão da coluna de água fria do
trecho AB e a pressão da coluna de água quente do coletor mais o trecho CD. Considerando
uma altura entre o ponto B e o ponto D igual a 3 metros:
Pman(AB) = 998 kg/m3 x 9,81 m/s2 x 3,0 m = 29.371,14 Pa
Pman(coletor + CD) = 990 kg/m3 x 9,81 m/s2 x 3,0 m = 29.135,70 Pa
Temos então no ponto B uma diferença de 235,44 Pa. Fazendo-se a conversão de Pascal para
metros de coluna d’água: 1 mca = 9810 Pa. Portanto a diferença de pressão no ponto B é igual
a 0,024 mca.
Como a maior pressão exercida no ponto B é da coluna de água fria, haverá fluxo no sentido do
ponto A para o ponto D.
Podemos então simplificar o funcionamento do termossifão da seguinte forma: O Sol, ao incidir
sobre o coletor solar, aquece a água que está no seu interior. Com a diminuição da densidade,
as colunas de água adquirem pressões diferentes gerando um fluxo continuo no sentido
ascendente do coletor.
A vazão em sistemas solares por termossifão é considerada auto-regulável pois quanto maior a
radiação solar, maior a vazão no coletor e se não houver radiação ou a temperatura da água no
coletor for inferior à do reservatório, a circulação cessará.
Observe que a diferença de pressão é muito pequena e, portanto muito sensível às perdas de
carga e obstruções ao longo da tubulação. Vamos discutir adiante quais os pontos primordiais
para um perfeito funcionamento de uma instalação solar por termossifão.
66
TUBOS E CONEXÕES
As interligações entre o reservatório térmico e os coletores solares, que iremos adotar como
circuito primário, são executadas sempre com tubos e conexões de cobre e latão, pois este
circuito está sujeito a temperaturas elevadas, podendo seus componentes serem danificados
ou ainda ocorrer a formação de sifões entre o coletor e o reservatório.
Os mais utilizados são os tubos CLASSE E, de acordo com a tabela abaixo:
Tabela 7.2 - Diâmetros de tubos de cobre
fonte: Eluma S.A.
Segundo Mesquita (2002), o circuito primário de uma instalação solar por termossifão não deve
ultrapassar 14 metros de tubulação total, ou seja, a soma dos comprimentos equivalentes das
conexões e da tubulação não deve exceder 14 metros.
A tabela a seguir mostra os comprimentos equivalentes para diâmetros de 22mm e 28mm que
são os mais utilizados.
Tabela 7.3 - Comprimentos equivalentes
Comprimento equivalente (m)
Diâmetro
(mm)
22
28
Cotovelo 90º
Curva 45º
1,2
1,5
0,5
0,7
Tê passagem direta Tê passagem lateralRegistro gaveta
aberto
0,8
0,9
2,4
3,1
0,2
0,3
Geralmente os tubos de 22mm são utilizados para instalações que possuem até 8 m2 de área
coletora e os tubos de 28mm, para instalações até 12 m2. Acima disto, torna-se necessário a
divisão em baterias menores de coletores ou a utilização de bomba hidráulica para promover a
circulação de água entre os coletores e o reservatório.
67
Vale lembrar que para uma mesma vazão, a perda de carga de um tubo de 28mm será menor
que no tubo de 22mm ou seja, existe um comprimento equivalente entre os tubos calculado da
seguinte forma:
Comprimento equivalente = (D1/D2)5
De acordo com o exemplo, 3,3 m de tubo de 28mm equivale a 1m de tubo de 22mm.
Portanto a substituição de alguns trechos de tubos de 22mm por tubos de 28mm podem
reduzir as perdas de carga do circuito primário e adequá-lo a um bom funcionamento por
termossifão.
Exemplo 7.1 -
Figura 7.3 - Cálculo de perda de carga
68
Lista de materiais - cobre
Item
Desc.
Tubo
22mm
Cotovelo 90º
22mm
Curva 45º
22mm
Tê
22mm
Qtde
8,7m
2
2
1
Comprimento real:
Alimentação: 5,2m
Retorno: 3,5m
Comprimento equivalente:
2 cotovelos 90º = 2 x 1,2m = 2,4m
2 curvas 45º = 2 x 0,5 = 1m
1 tê passagem lateral = 2,4m
Comprimento Total = 15,3m
Este valor excede aos 14 metros permitidos. Como solução podemos trocar parte da
tubulação de alimentação para 28mm:
Tubo 28mm = 2,7m
1 tê passagem lateral 28mm = 3,1m
Como descrito anteriormente, 3,3m de tubo de 28mm correspondem a 1m de tubo de 22mm
à mesma vazão, então:
2,7m + 3,1m = 5,8m de tubo 28mm = 1,8m de tubo 22mm.
O comprimento total da tubulação será:
15,3m – 2,4m(tê 22mm) – 2,7m(tubo 22mm) + 1,8m = 12m
ALTURAS RECOMENDADAS
Outro item muito importante para o correto funcionamento do termossifão são os parâmetros
geométricos da instalação solar que são mostrados na figura 7.4.
69
A caixa d’água deve sempre estar acima do reservatório térmico para que o mesmo esteja
sempre cheio. A altura mínima (Hrr) garante a pressurização do sistema para vencer as perdas
de carga até os pontos de consumo;
A altura entre o topo dos coletores solares e a base do reservatório (Hcr), permite o
funcionamento do sistema por termossifão e diminui o efeito de fluxo reverso que será tratado
mais à frente.
Por último, a distância entre o reservatório e o coletor (Dcr), não deve ser superior ao
especificado para conferir à tubulação uma inclinação superior a 10%, evitando a formação de
sifões e bolhas de ar.
CAIXA
D`ÁGUA
Hs > 0,30m
SUSPIRO
Hrr > 0,15m
RESERVATÓRIO
0,20m < Hcr < 4,0m
COLETOR
Dcr < 10xHcr
Figura 7.4 – Distâncias recomendadas para um sistema em termossifão
A formação de sifões no arranjo da tubulação pode gerar acúmulo de bolhas de ar ou vapor que
interrompem o fluxo de água, prejudicando o funcionamento do sistema. A tubulação deverá
ser disposta sempre ascendente, principalmente do caminho entre a saída do coletor até a
entrada do reservatório térmico.
70
Ponto de formação
de bolhas de ar
Sifão não prejudicial
ao escoamento
Figura 7.5 - Formação de sifões na tubulação
Caso não seja possível atender a estes parâmetros pode-se lançar mão de algumas alternativas
construtivas como as construções tipo torre, telhados com maior inclinação ou instalação de
caixa de água externa. No mercado brasileiro ainda existem soluções como reservatórios que
funcionam em nível com a caixa de água ou válvulas de desnível negativo.
TERMOSSIFÃO COM TORRE
TERMOSSIFÃO TÍPICO
71
TERMOSSIFÃO COM DOIS TELHADOS
Figura 7.6 – Alternativas construtivas
DISPOSIÇÃO DE COLETORES E RESERVATÓRIO TÉRMICO
O sistema de aquecimento solar deve ser instalado o mais próximo dos pontos de consumo
para que o tempo de espera* não seja grande. Por sua vez os coletores solares devem estar
arranjados de forma que a tubulação de retorno dos coletores para o reservatório seja a menor
possível. A figura 7.7 mostra uma instalação correta, onde os coletores foram dispostos de
forma a diminuir a tubulação de retorno e uma instalação não desejável onde a tubulação de
alimentação é a menor.
Tempo de espera: período gasto para que a água saia do reservatório e chegue até o ponto de
consumo, considerando que toda a água da tubulação está fria.
FLUXO REVERSO
Em sistemas de circulação natural ou termossifão pode acorrer, durante a noite, inversão da
circulação de água. O desnível entre o topo dos coletores solares e a base do reservatório
térmico (Hcr) minimiza e anula na maioria dos casos este risco.
O fluxo reverso acorre devido ao mesmo fato que faz com que a água circule nos coletores
solares durante o dia. Nos períodos noturnos, a água que está no interior dos coletores fica a
uma temperatura inferior ao restante da tubulação devido às trocas térmicas que existem entre
o coletor e o meio externo. Desta forma, a coluna de água dentro dos coletores se torna mais
densa que a coluna que liga o reservatório ao coletor e, portanto surge um fluxo no sentido
contrário que retira água quente do reservatório retornando-a até os coletores. Neste caso o
coletor passa a se comportar como um dissipador de calor, o que não é desejável.
72
CORRETO
ERRADO
Figura 7.7- Disposição dos componentes
SISTEMA BOMBEADO
Quando a circulação por termossifão não é possível, ou porque os coletores estão colocados a
um nível superior ao reservatório, ou porque a diferença de densidades não é suficiente para
vencer as perdas de carga nas tubulações, utiliza-se circulação forçada da água por intermédio
de uma bomba, como mostrado na figura 7.8.
Nesta situação, a bomba é comandada por um sistema que acompanha as temperaturas da
água na parte superior dos coletores e da parte inferior do reservatório, ligando a bomba
sempre que a diferença entre as duas temperaturas referidas seja positiva e superior a um
valor predeterminado, normalmente 5°C; a bomba é desarmada quando os dois sensores
estiverem também a uma temperatura que pode ser ajustada de acordo com as peculiaridades
do sistema, normalmente 2ºC. Este sistema de comando designa-se por termostato diferencial,
ou CDT - Controlador Diferencial de Temperatura.
73
3
Saída para
consumo
2
4
Sensor frio
Sensor quente
5
1
6
Coletores Solares
Reservatório Térmico
Caixa d´água
Válvula de retenção
Controlador Diferencial de Temperatura
Bomba
Figura 7.8– Sistema Bombeado
BOMBAS HIDRÁULICAS
A bomba hidráulica será utilizada na impossibilidade de se instalar os coletores solares abaixo
do reservatório térmico ou em instalações de médio e grande porte.
Para sistemas de pequeno porte, existem no mercado, bombas silenciosas de consumo
reduzido que atendem as especificações de um sistema de aquecimento solar. Para sistemas de
médio e grande porte, as bombas devem ser especificadas segundo os cálculos de vazão e
perda de carga de todo o circuito primário.
As bombas mais utilizadas em sistemas de pequeno porte variam de 1/25 CV a 1/4 CV, sendo
acionadas diretamente pelo CDT, já bombas de maior potência, devem ser acionadas com
auxílio de contatores elétricos.
Fabricante: Grundfos
Fabricante: Schneider
Figura 7.9 – Bombas hidráulicas
74
A bomba deve ser instalada próximo ao reservatório térmico na saída de água para os coletores
solares, sempre com o eixo na horizontal para não danificar seus elementos internos.
Figura 7.10 – sistema bombeado
CONTROLADOR DIFERENCIAL DE TEMPERATURA
O Controlador Diferencial de Temperatura ou CDT, controla o funcionamento da bomba
hidráulica. Ele tem a função de acionar a bomba sempre que houver uma diferença de
temperatura pré-estabelecida entre o coletor solar e o reservatório térmico. A bomba
permanece em funcionamento até que esta diferença de temperatura se anule ou atinja um
valor determinado.
A configuração usada geralmente, determina que a bomba deve ser acionada quando a
diferença entre os dois sensores for superior a 5ºC e desarmada quando atingir 2ºC.
A monitoração é feita por meio de sensores que monitoram as temperaturas da água no topo
dos coletores solares e na parte inferior do reservatório.
Para correntes de até 10A em 127V, é possível o acionamento direto pelo CDT, acima disto
torna-se necessário o acionamento da bomba através de contatores elétricos.
fabricante: Fullgauge
Figura 7.11 – Controlador Diferencial de Temperatura
75
Os sensores são instalados de acordo com a figura 7.12 e fixados diretamente ao tubo de cobre
por meio de abraçadeiras ou presilhas.
presilha
coletor
solar
presilha
reservatório
térmico
sensor frio
sensor quente
saída para os coletores
retorno para o reservatório
Figura 7.12 - localização dos sensores
Existem ainda alguns CDT’s que possuem um temporizador incorporado que pode ser ajustado
para desligar a bomba alguns segundos depois da condição de desligamento, para que toda a
água quente que está na tubulação chegue ao reservatório.
Estes aparelhos dispõem também de sistema de proteção contra eventual congelamento dos
coletores solares (anticongelamento). Na eventualidade da temperatura cair a 6°C (ou menos),
a bomba entrará automaticamente em operação até que tal condição seja revertida.
TERMOSSIFÃO TUBULAR
A alimentação do reservatório térmico deve ser feita por um ramal exclusivo da caixa d’água
com aproximadamente 1 metro de tubo de cobre partindo do reservatório.
Por sua vez, essa alimentação deve possuir um sifão próximo à entrada do reservatório térmico
que tem a função de evitar o fenômeno que chamamos de termossifão tubular. Este fenômeno
origina uma corrente convectiva dentro da tubulação fazendo com que a água quente do
reservatório térmico flua para a caixa de água fria. Recomenda-se um sifão com
aproximadamente 30 cm de altura e 30 cm de largura.
76
VEM DA CAIXA
D'ÁGUA
ÁGUA QUENTE
ÁGUA FRIA
Figura 7.13– Efeito do Termossifão Tubular
VEM DA CAIXA
D'ÁGUA
SIFÃO
30 cm
Figura 7.14 – Sifão
RESPIRO E VÁLVULA DE SEGURANÇA E QUEBRA VÁCUO
A instalação do respiro se faz necessária para que haja proteção do reservatório térmico e para
que eventuais bolhas de ar ou vapor possam ser expelidas para a atmosfera. Caso não exista
respiro, o reservatório poderá ser exposto a pressões de trabalho maiores que a pressão ao
qual ele foi projetado, ou até mesmo pressões negativas (vácuo), causando deformação do
reservatório interno e risco de vazamento.
Segundo a NBR 15569, o tubo do respiro deve subir, do ponto mais alto do reservatório, sem
restrições ou mudança brusca de direção. Não devem ser conectadas torneiras ou válvulas em
sua linha.
77
A altura do respiro deve ser a menor possível respeitando a seguinte condição: o tubo deve
subir a uma altura maior que 8cm acima do nível da caixa d’água para cada metro entre o nível
da caixa d’água e a base do reservatório térmico ou 30cm, o que for maior.
A instalação do respiro deve ser feita na tubulação do reservatório indicada para isso ou então,
caso não exista tubulação própria, na tubulação de saída para consumo deve ser feita uma
derivação para receber o respiro.
Em sistemas de baixa pressão (até 4 m.c.a.) é fundamental a utilização do respiro pois as
válvulas de segurança não funcionam adequadamente em pressões reduzidas. Já nos sistemas
de alta pressão, o respiro pode ser substituído pela válvula de segurança evitando
descompressão e pressão elevada no reservatório.
ISOLAMENTO TÉRMICO
O isolamento deve sempre estar presente em toda tubulação de água quente. Até mesmo
alguma tubulação de água fria deve ser isolada, pois esta pode estar em contato com o
reservatório térmico e ocasionalmente ter parte da água no seu interior aquecida.
O isolamento deve ser especificado de acordo com diâmetro do tubo a ser isolado e com a
espessura de isolamento necessária. Sua colocação deve ser feita por encaixe, sem deixar
espaços entre o tubo e o isolamento e sua fixação deve permitir manutenção posterior, ou seja,
não devem ser usados elementos de fixação permanentes, como colas, que além de não
permitir a manutenção, podem alterar as propriedades do isolante.
Figura 7.15 – Isolamento Térmico
A tubulação que estiver exposta ao tempo deve receber uma camada de algum elemento
refletor, como folha de alumínio corrugado, para que o isolamento seja protegido contra
intempéries.
Os isolamentos de polietileno expandido com espessuras de 5mm e 10mm são os mais
utilizados.
78
PROBLEMAS HIDRÁULICOS – CIRCUITO SECUNDÁRIO
Adotaremos como circuito secundário toda a hidráulica de água quente que parte do
reservatório até os pontos de consumo. Abaixo estão relacionadas algumas observações
importantes quanto a instalação da tubulação e acessórios que devem ser seguidas.
Como já foi mencionado, a alimentação do reservatório térmico deve ser exclusiva e estar
posicionada acima das tomadas de água fria, como meio de evitar o risco de queimaduras em
casos de falha de abastecimento.
A distribuição hidráulica não deve possuir sifões ao longo de seu trajeto até os pontos de
consumo, pois estes locais estão propícios ao acúmulo de ar impedindo a passagem de água.
Recomenda-se nas tubulações horizontais, uma leve declividade para que também não forme
bolhas de ar no seu interior. Esta declividade deve estar no sentido do fluxo de água para que
as possíveis bolhas de ar saiam pelo respiro que se localiza no ponto mais alto do reservatório
térmico.
As duchas higiênicas merecem atenção redobrada, pois através dela a água quente pode atingir
a tubulação de água fria e chegar até a caixa d’água danificando toda tubulação de PVC ou ser
consumida quando a válvula de descarga é acionada.
Fuga de água quente pela válvula de descarga
Retorno de água quente para caixa d’água
Figura 7.16 - Problemas causados por ducha higiênica
Isto ocorre porque a ducha higiênica possui dois registros para mistura e um gatilho; é comum
o usuário deixar os dois registros abertos e utilizar apenas o gatilho que fica na ponta do
79
esguicho. Os dois registros abertos interligam a saída de consumo de água quente à rede
hidráulica de água fria.
Para evitar estes inconvenientes, recomenda-se isolar o gatilho da ducha higiênica para que o
usuário sempre feche os dois registros após o uso.
Outra situação que deve ser evitada é alimentar o chuveiro com o ramal da bacia sanitária.
Caso a válvula de descarga seja acionada enquanto o chuveiro é utilizado, o ramal cria uma
sucção cortando a entrada de água fria e provocando o aumento de temperatura da água do
chuveiro podendo causar queimaduras sérias.
MANUTENÇÃO
Basicamente a única manutenção constante a ser feita pelos usuários é a limpeza dos vidros
dos coletores solares, pois como vimos, quanto mais transparente estiver a cobertura, melhor o
desempenho do coletor solar. Para limpeza, deve-se utilizar água e sabão neutro com auxílio
de um pano ou vassoura e sempre no início da manhã ou final da tarde, para que não ocorram
choques térmicos que possam ocasionar o trincamento dos vidros dos coletores.
O período de limpeza varia de acordo com a região mas em geral de 6 em 6 meses.
Como manutenção preventiva, as tubulações devem ser inspecionadas quanto a vazamento e
integridade do isolamento. A resistência elétrica e a bomba hidráulica podem ser inspecionadas
pelo seu funcionamento ( ruído, tensão de operação, vazamentos, etc)
QUALIDADE DA ÁGUA
É comum, em diversos locais do Brasil, o fornecimento de água com diferentes características
de tratamento químico e ainda casos em que a água não recebe nenhum tipo de tratamento,
sendo extraída de poços artesianos. Um problema que pode ocorrer é justamente a corrosão
acelerada dos materiais dos coletores, reservatórios térmicos e nas tubulações de distribuição
de água quente das residências.
Existem casos que um sistema que deveria durar 15 anos, não passou de um ano devido à
agressividade química da água.
Caso a água apresente características muito agressivas, os equipamentos devem ser
apropriados para atender as exigências. Existe no mercado reservatórios construídos em aços
especiais específicos para estas regiões.
80
Unidade 8- A Instalação Solar Térmica de Médio e Grande Porte
O aquecimento solar, além de oferecer diversos benefícios sociais e ambientais, representa um
fator econômico significativo. Hoje, graças ao programa nacional de certificação de coletores e
reservatórios térmicos, à busca incessante por qualidade e avanço tecnológico dos fabricantes
e a um movimento organizado entre empresas do setor, o aquecimento solar conquistou
credibilidade no segmento de médio e grande porte e, cada vez mais, vem sendo adotado em
hotéis, motéis, indústrias, hospitais, escolas, edifícios residenciais, clubes, academias, dentre
outros, como solução definitiva para aquecimento de água para banho.
Conforme apresentado nos capítulos anteriores, o uso de matérias-primas de qualidade, como
o cobre, aço inoxidável, alumínio e polímeros especiais, pode proporcionar uma vida útil
prolongada aos equipamentos, não sendo, porém, suficiente para garantir o funcionamento de
um sistema de aquecimento solar. Para tanto, devem ser observados fatores de igual
importância, tais como projeto, instalação e manutenção, visando alcançar a almejada
economia de energia e financeira.
Um sistema de aquecimento solar de médio porte (SAS – MP) e grande porte (SAS – GP) podem
ser caracterizados como instalações com grau significativo de exigência técnica por agregarem
inúmeras variáveis, que não somente se restringem à correta instalação de coletores solares e
reservatórios térmicos.
Neste capítulo serão abordados os temas referentes à etapa inicial de implantação de um
sistema de aquecimento solar, correspondente às fases de projeto, planejamento e infraestrutura de instalações de médio e grande porte.
Um projeto e aquecimento solar é caracterizado como uma obra de engenharia, portanto, deve
ser registrado no CREA (Conselho Regional de Engenharia, Arquitetura e Agronomia) e
elaborado por profissional tecnicamente capacitado e habilitado.
81
ORGANOGRAMA DE IMPLANTAÇÃO DE UM SAS-MP/GP
O organograma apresentado abaixo descreve, passo a passo, as etapas de um projeto de
implantação de um SAS-MP/GP. As fases de planejamento e projeto executivo, as quais serão
enfatizadas neste capítulo, estão compreendidas entre as etapas 1 e 4 e serão detalhadas a
seguir.
Fig 8.1. Organograma de implantação de uma SAS-MP/GP
82
PROJETO EXECUTIVO
Projetar um sistema de aquecimento solar, como o próprio nome diz, significa reproduzir o
sistema que será instalado, determinando suas necessidades e particularidades, assim como
ocorre quando se pretende construir um edifício ou uma casa. Um projeto executivo de
aquecimento solar deve respeitar as normas técnicas aplicáveis, conter a especificação de
todos os equipamentos e acessórios hidráulicos necessários, além das informações para
perfeita compreensão do instalador hidráulico.
A elaboração de um projeto executivo de aquecimento solar pode ser subdividida nas seguintes
etapas:
acessórios;
instalação;
Reservatório térmico: projeto detalhado e associação hidráulica;
Coletores solares: definição do modelo e forma de integração à obra;
Hidráulica: dimensionamento de tubulações, conexões, bombas e demais
Comando e controle: definição do sistema de comando, carga e monitoração da
Interligação Hidráulica - Reservatórios Térmicos
Instalações de médio e grande porte demandam o armazenamento de grandes volumes de
água quente, o que normalmente não ocorre em um só reservatório térmico. Assim, existem
basicamente duas maneiras de se associar reservatórios térmicos em uma instalação. São elas:
a. Associação em Paralelo
Esse tipo de associação é recomendável para a interligação de um número pequeno de
reservatórios, pois grandes associações em paralelo podem se tornar inviáveis técnica e
economicamente, conforme demonstrado abaixo.
83
Figura 8.2. Associação em paralelo de dois reservatórios térmicos
Fig 8.3.
Associação em paralelo de três
reservatórios térmicos
Para a associação apresentada na Figura 8.2 tem-se:
Por se tratar de uma associação em paralelo, as temperaturas T1 e T2 devem ser iguais. Para
que isso ocorra, os trechos de tubulação para interligação hidráulica entre os reservatórios
térmicos devem obedecer aos seguintes parâmetros: a1 = a2; b1 = b2; c1 = c2 e d1 = d2. Essa
igualdade entre os trechos de tubulação garantirá uma equalização do fluxo de entrada e saída
de água dos reservatórios térmicos e consequentemente o equilíbrio hidráulico entre os
mesmos.
Para a associação apresentada na Figura 8.3 tem-se:
Da mesma forma que no caso anterior, as temperaturas T1, T2 e T3 devem ser equivalentes,
assim como as distâncias entre os trechos de tubulação devem permanecer idênticas para que
se garanta o equilíbrio hidráulico entre os reservatórios.
Como se pode observar, o número de conexões hidráulicas, tubulações e a dificuldade de
montagem se acentuam à medida que se aumenta o número de reservatórios associados. Por
esse motivo, interligações em paralelo são utilizadas somente em casos muito específicos.
84
b. Associação em Série
Esse tipo de associação é a mais utilizada na interligação de reservatórios de médio e grande
porte por favorecer a estratificação térmica da água e pela facilidade de instalação. Entretanto,
para o correto funcionamento de uma instalação com tal configuração, alguns cuidados devem
ser observados:
Fig 8.4. Associação em série de dois reservatórios térmicos
Os diâmetros das tubulações K1, K2 e K3 devem ser iguais, garantindo que o fluxo de
entrada de água no reservatório seja igual ao de saída e vice-versa.
Os diâmetros das tubulações K1, K2 e K3 devem ser dimensionas de forma que atendam o
pico de consumo da instalação.
A saída de água para os coletores deverá ser feita do reservatório 1 (reservatório mais
frio) e o retorno no reservatório 2 (reservatório mais quente).
Associação entre reservatórios e sistema de apoio
Muito comum, em instalações solares de grande porte, a associação entre reservatórios
térmicos e sistemas de apoio como caldeiras, geradoras de água quente ou aquecedores de
passagem. As duas formas mais utilizadas para interligação entre os equipamentos estão
apresentadas a seguir.
a. Circulação forçada com retorno para o reservatório
Tal tipo de associação é mais utilizado em sistemas nos quais as resistências elétricas do
reservatório são substituídas por aquecedores de passagem. Nesse caso, o termostato,
localizado no reservatório térmico, comandará o funcionamento da bomba.
85
Figura 8.5. Circulação forçada - associação entre reservatórios térmicos e aquecedor de passagem
b. Instalação em série com a saída de consumo
Esse tipo de associação também é possível de ser realizado, todavia, o número de aquecedores
deve ser dimensionado para suprir a vazão máxima de consumo, pois devem fornecer água
quente instantaneamente. Outro ponto importante a ser observado nesse tipo de instalação é
se a pressão da água que circula pelo aquecedor será suficiente para acioná-lo ou se será
necessária a instalação de um sistema pressurizador.
Figura 8.6. Instalação em série com a saída de consumo
A associação entre reservatórios térmicos e caldeiras ou geradoras de água quente também
pode ser feita, devendo ser estudada, caso a caso, qual a melhor forma de interligação.
Associação entre reservatório térmico e sistema de pressurização
Em instalações onde a vazão da água nos pontos de consumo não é satisfatória, utiliza-se um
sistema para aumentar a pressão de trabalho da rede de distribuição hidráulica. O
86
pressurizador, quando instalado corretamente, funciona sem trazer prejuízos para o sistema de
aquecimento solar, entretanto é importante observar os seguintes aspectos:
Deve-se verificar se o reservatório térmico suportará a pressão fornecida pelo
pressurizador;
As redes de distribuição hidráulica de água fria e quente devem ser pressurizadas
igualmente, evitando-se assim diferenças de pressão e conseqüentemente dificuldades na
mistura da água nos pontos de consumo.
Não é permitido o uso de respiro, devendo-se instalar um conjunto de válvulas
para sistemas de alta pressão.
Verificar sempre as especificações de instalação fornecidas pelo fabricante do
equipamento.
Figura 8.7- Associação entre reservatório térmico e sistema de pressurização
Coletores Solares
De posse do número de coletores necessários à instalação, deve-se determinar a forma como
eles serão integrados à obra. Para tanto, torna-se necessário saber qual a orientação e
inclinação dos coletores, a forma como serão associados e fixados, se existem sombras entre
baterias, dentre outras particularidades que serão apresentadas a seguir.
a. Geometria
Os coletores solares utilizados em obras de médio e grande porte, geralmente, são os mesmos
utilizados em obras residenciais. Entretanto, alguns fabricantes produzem coletores com áreas
superiores as comerciais e com características construtivas diferenciadas, para situações
especiais de fornecimento e instalação.
87
Assim como os reservatórios térmicos, os coletores solares também podem ser verticais ou
horizontais. Cabe ao projetista determinar que geometria de coletores será mais adequada à
instalação.
Figura 8.8 - Coletor vertical
Figura 8.9 - Coletor horizontal
Orientação e inclinação
Conforme já apresentado em capítulos anteriores, a orientação e inclinação dos coletores
solares devem ser determinadas de forma que eles possam captar ao máximo a radiação solar
disponível.
Orientação
Assim como em qualquer instalação de aquecimento solar, os coletores devem ficar orientados
para o norte geográfico e permitindo-se desvios de até 30° para leste ou oeste, sem a
necessidade de compensação de área coletora.
Inclinação
Como visto, a inclinação dos coletores é determinada a partir da localidade onde os mesmos
serão instalados. Esse valor é calculado através do valor, em módulo, da latitude + 10°. Vale
lembrar que o ângulo encontrado através dessa equação privilegia os meses de inverno,
cabendo uma análise da demandada de água quente da instalação ao longo do ano, para
definição do ângulo que irá proporcionar o melhor rendimento ao sistema.
Suporte Metálico
A perfeita adequação dos coletores solares em instalações de médio e grande porte
normalmente ocorre através do uso de suportes metálicos, garantindo assim a orientação e
inclinação desejáveis para maior captação de energia do sistema.
Ao definir um modelo de suporte que se adeque aos coletores e à área disponível para
instalação, deve-se atentar para os seguintes aspectos:
Verificar se a estrutura do local onde serão instalados suportará o peso total do
conjunto (suportes metálicos, coletores solares e acessórios hidráulicos);
O suporte deverá suportar as cargas de vento da localidade onde ele será
instalado,
Ser resistente a intempéries e corrosão;
Ser de fácil montagem;
88
Seguir as especificações de montagem dos coletores fornecidas pelo fabricante.
Figura 8.10 - Suporte metálico
Sombreamento e distância entre baterias de coletores
Fixados os valores de orientação e inclinação dos coletores solares, é importante verificar qual
a distância mínima entre as baterias de coletores para evitar ou minimizar o sombreamento
que poderá ocorrer entre as mesmas ou em razão de outros obstáculos como construções
vizinhas, árvores e etc. O valor da distância horizontal entre uma fila de coletores ou algum
obstáculo de altura h poderá ser determinado, de forma simplificada através da seguinte
equação:
d=hxk;
Latitude ( ° )
5
0
-5
k
0,541
0,433
0,541
- 10
- 15
- 20
- 25
- 30
- 35
0,659
0,793
0,946
1,126
1,347
1,625
Tabela 13.1 – Fator k
Figura 13.11 - Distância mínima entre coletores
89
A distância ideal entre baterias deve considerar, além dos efeitos do sombreamento, um
espaço suficiente para que se realizem manutenções e limpeza dos coletores.
Vale lembrar que esta equação é apenas orientativa, e a análise de distâncias entre baterias
deve ser criteriosamente desenvolvida para cada projeto.
Associação entre baterias
A eficiência de uma série de coletores está diretamente ligada à forma como eles são
associados. A associação entre baterias é um dos passos mais importantes de uma instalação
de aquecimento solar, pois a ela está relacionada a temperatura que se pretende atingir, a
vazão de operação do sistema e conseqüentemente o dimensionamento das tubulações e
demais acessórios.
As associações entre as baterias de coletores podem ser em série, em paralelo ou sérieparalelo (mista); sendo a terceira a mais utilizada por permitir maior número de configurações.
Associação em Paralelo
Na associação em paralelo, o acréscimo de temperatura proporcionado ao fluído circulante é o
mesmo, motivo pelo qual, a temperatura de saída do fluido da bateria 1 (T1) é igual a
temperatura de saída do fluido da bateria 2 (T2).
Figura 8.12 - Associação em paralelo de uma bateria de 5 coletores solares
T2
T1
Figura 8.13 - Associação em paralelo de duas baterias de 5 coletores solares
Associação em Série
Na interligação em série, a temperatura do fluido de entrada de uma bateria é igual a
temperatura do fluido de saída da bateria anterior.
90
Figura 8.14 - Associação em série de duas baterias de 4 coletores solares
Associação em Série-Paralelo (Mista)
É o tipo de associação mais utilizado em obras de médio e grande porte, pois quando há
limitações de área física para instalação dos coletores, deve-se combinar os dois modelos de
associação (série e paralelo) para que se consiga alocar o número de coletores necessários à
instalação.
Figura 8.15 - Associação mista: três baterias em paralelo combinada com duas baterias em série
Hidráulica
As instalações hidráulicas de aquecimento solar se dividem entre circuito primário,
compreendido entre o reservatório térmico e os coletores, e secundário, correspondente ao
circuito hidráulico situado entre o reservatório e os pontos de consumo.
91
Figura 8.16 - Instalação hidráulica de um sistema de aquecimento solar
a. Fluido de trabalho
O fluido de trabalho no circuito primário é ,na grande maioria dos casos, a água que circula
diretamente pelo interior dos coletores. Deve-se sempre verificar a composição físico-químico e
a temperatura de operação da água para identificar sua compatibilidade com os materiais da
instalação por onde irá circular.
Em algumas instalações pode-se utilizar fluídos térmicos sendo, o aquecimento realizado de
forma indireta por meio de trocadores de calor.
b. Equilíbrio hidráulico
A eficiência de uma bateria de coletores, como visto anteriormente está relacionada à sua
associação e à vazão do fluido de trabalho. Dessa forma, adota-se o principio do retorno
invertido, com o objetivo de equalizar a vazão entre as baterias de coletores. Esse princípio
permite equilibrar hidraulicamente a instalação, de forma que a perda de carga no percurso do
fluido de trabalho seja sempre a mesma, independente da bateria de coletores pela qual ele
circule.
Os diâmetros dos os trechos de tubulações deverão ser dimensionados de acordo com a vazão
que neles circula. O correto dimensionamento do diâmetro das tubulações poderá reduzir
sensivelmente os custos da instalação.
Nas ilustrações a seguir, pode-se observar a forma correta de interligação entre baterias de
coletores utilizando-se o princípio do retorno invertido, onde todos os trechos (em vermelho),
entre os pontos A e B, possuem a mesma distância e a forma incorreta, onde o fluido
percorrerá distâncias diferentes em cada bateria que ele circule.
92
Figura 8.17 – Equilíbrio hidráulico de baterias de coletores
c. Vazão do fluído de trabalho
O valor da vazão total de operação (Qo) do circuito primário é calculado em função da
associação das baterias de coletores solares. Adota-se, para o cálculo, o valor da vazão de teste
de eficiência dos coletores solares para banho (72 litros por hora por m²)*, devendo-se ainda
93
determinar a área útil (Au) da(s) bateria(s) de coletores interligados em paralelo que recebe o
fluido de trabalho diretamente da bomba hidráulica;
= N° de coletores x Área útil do coletor x N° de filas de coletores
Estudo de caso 8.1
Considerando a interligação hidráulica abaixo e a área útil de cada coletor
igual a 1,63 m². Qual será a vazão de operação (Qo)do sistema ?
Au = 4 x 1,63m² x 1 = 6,52 m²
Qo = Au x 72 l/h.m²
Qo = 6,52 m² x 72 l/h.m²
Qo = 469,4 litros/hora
Figura 8.18 - Cálculo da área útil
94
Estudo de caso 8.2:
Considerando a interligação hidráulica abaixo e a área útil de cada coletor
igual a 2m². Qual será a vazão de operação (Qo)do sistema ?
Au = 5 x 2m² x 2 = 20 m²
Qo = Au x 72 l/h.m²
Qo = 20 m² x 72 l/h.m²
Qo = 1440 l/h
Estudo de caso 8.3:
Considerando a interligação hidráulica abaixo e cada coletor solar
com área de 2m². Qual será a vazão de operação (Qo)do sistema ?
Au = 4 x 2m² x 3 = 24 m²
95
Qo = Au x 72 l/h.m²
Qo = 24 m² x 72 l/h.m²
Qo = 1728 l/h
d. Tubulações
As tubulações utilizadas em instalações solares podem ser de cobre, aço galvanizado ou outro
material que suporte as pressões e temperaturas de operação do sistema. Atualmente, as
tubulações em cobre são as mais utilizadas por serem de fácil instalação, resistir a intempéries
e altas temperaturas, atenderem bem as necessidades requeridas por uma instalação solar e
ainda apresentarem um custo-benefício razoável. Os tubos em cobre utilizados em instalações
de aquecimento solar são da Classe E, com diâmetros que variam entre 15 e 104 mm.
De acordo com a norma NBR 5626-98, a velocidade máxima da água nas tubulações não deve
ultrapassar 3 m/s. A tabela abaixo apresenta as vazões máximas permitidas para os diâmetros
comerciais de tubulações em cobre.
Diâmetro
Velocidades máximas
Vazões máximas
l/hora
(mm)
(pol)
m/s
15
1/2
1,6
720
22
3/4
1,95
2.160
28
35
1
1.1/4
2,25
2,50
4.320
9.000
42
1.1/2
2,50
14.400
54
2
2,50
20.520
66
2.1/2
2,50
32.040
79
3
2,50
43.200
104
4
2,50
64.800
Tabela 8.2. Vazões máximas em tubos de cobre
e.
Bomba Hidráulica
As bombas hidráulicas utilizadas em instalações de médio e grande porte, usualmente, são do
tipo centrífuga com rotor em bronze, aço inoxidável, ou outro material que suporte a
temperatura e as propriedades físico-quimicas do fluido que será bombeado.
Figura 8.19 - Bomba hidráulica
Em instalações de maior porte, recomenda-se a instalação de uma bomba reserva, garantindo
assim o funcionamento ininterrupto do sistema em caso de manutenção ou defeito da bomba
principal.
96
e.1 Dimensionamento
A escolha da bomba hidráulica ideal e a determinação do ponto de funcionamento da
instalação são definidas pela vazão de operação da instalação e as perdas de carga do sistema.
Para determinação das perdas de carga totais de um sistema de aquecimento solar deve-se
adotar os seguintes passos:
Calcula-se a perda de carga de tubulações e acessórios hidráulicos na sucção da bomba
(Ha);
Calcula-se a perda de carga de tubulações e acessórios hidráulicos no recalque da
bomba (Hr);
Calcula-se a perda de carga nos coletores (Hc);
Soma-se Ha, Hr e Hc e encontra-se a altura manométrica (HMAN) da instalação.
Estudo de caso 8.4:
Calcule a bomba hidráulica para a instalação abaixo proposta
considerando tubulações em cobre, 24 coletores com área útil de 2m²:
O primeiro passo a ser adotado é esboçar a instalação em uma representação
isométrica, identificando todas as cotas e conexões hidráulicas.
Cálculo da Vazão de operação (Qo)
Au = 4 x 2m² x 3 = 24 m²
Qo = Au x 72 l/h.m²
Qo = 24 m² x 72 l/h.m²
Qo = 1728 l/h ou 1,73 m³/h
Definição do diâmetro da tubulação de interligação entre reservatório térmico e coletores
Conforme Tabela 3, para vazão de 1728 l/h adota-se a tubulação de 22 mm
Suponha-se que na instalação proposta tivéssemos as conexões e
acessórios nas quantidades e dimensões apresentadas a seguir.
97
Cálculo da altura de sucção (Ha)
- Altura estática de sucção (ha) (bomba acima da caixa d’água)
0,0 m
Comprimento real de tubulação (distância bomba/ reservatório)
3,0 m
- Comprimento equivalente (ver anexo 1)
1 Saída de borda
25 cotovelos 90°
1 registro gaveta
1 entrada de borda
Total
0,9 m
2,4 m
0,2 m
1,0 m
7,5 m
Conforme ábaco de Fair-Whipple-Hsiao para:
Vazão = 0,48 l/s (1728 l/h) e Diâmetro = 3/4” obtém-se:
Perda de carga unitária (Ju) = 0,15 m/m e velocidade de 1,5 m/s
Então:
Ha = 7,5 m * 0,15 m/m
Ha = 1,13 m
Cálculo da altura de recalque (Hr)
Conforme ábaco de Fair-Whipple-Hsiao (Anexo 2) para:
Vazão = 0,48 l/s (1728 l/h) e Diâmetro = 3/4”, obtém-se:
Perda de carga unitária (Ju) = 0,15 m/m e velocidade de 1,5 m/s
Então:
Hr = 82,1 m * 0,15 m/m
Altura estática de recalque (hr) (coletor acima da caixa d’água)
1,5 m
Comprimento real de tubulação (bomba/coletores/reservatório)
35,0 m
- Comprimento equivalente (ver anexo 1)
1 Saída de borda
15 cotovelos 90°
1 registro gaveta
1 válvula de retenção
1 registro globo
5 te 90° saída lateral
1 entrada de borda
Total
0,9 m
18,0 m
0,2 m
2,7 m
11,4 m
12,0 m
0,4 m
82,1 m
98
Hr = 12,32 m
Cálculo da perda de carga nos coletores (Hc)
O valor da perda de carga por coletor deve ser informado pelo fabricante. Para este exemplo será
considerado o valor de 0,022 mca por coletor.
Então
Hc = 0,022 mca * 24 coletores
Hc = 0,53 mca
Altura manométrica da instalação (HMAN)
HMAN = Ha + Hr + Hc
HMAN = 1,13 + 12,32 + 0,53
HMAN = 13,98 m
De posse dos valores de vazão e altura manométrica, é possível determinar o
ponto de operação da instalação e selecionar a bomba hidráulica
que melhor atenderá as necessidades do sistema.
A bomba ideal para a instalação é aquela onde a curva característica da bomba
está o mais próximo possível do ponto de operação do sistema. Quando a
curva não coincidir exatamente com o ponto de operação, deve-se optar
pela bomba logo acima do ponto.
Sendo assim, a bomba que melhor se adequa ao exemplo proposto é a bomba B.
Isolamento térmico
As tubulações, conexões, registros e válvulas de uma instalação por onde circulem fluidos com
temperaturas superiores a 40° C devem ser isoladas termicamente. O isolamento de tubulações
externas, que estejam submetidas aos efeitos dos raios ultravioletas e intempéries, deve ser
99
protegido com material que suporte as condições as quais será submetido, garantindo assim,
uma vida prolongada ao isolamento.
Figura 8.20 - Isolamento térmico interno
Figura 8.21 - Isolamento térmico com proteção UV
As espessuras mínimas recomendadas para isolamento de tubulações em cobre, com
polietileno expandido (condutividade térmica de 0,035 kcal/mh°C), estão apresentadas na
tabela 8.3.
Isolamento Térmico - Polietileno Expandido
Diâmetro da tubulação
(mm)
Espessura do Isolamento
(mm)
D ≤ 22
5
22 > D ≥ 66
10
D > 66
20
Tabela 8.3 Espessura de isolamento
Cabe ressaltar que a tabela acima é apenas orientativa, devendo, a espessura do isolamento,
ser determinada de acordo com o local da instalação e características do isolamento.
Sistema de proteção anticongelamento
Por não receber radiação solar durante a noite, o fluído de trabalho permanece estagnado e,
portanto, exposto às condições climáticas do local da instalação. Em regiões com risco de
geadas, são utilizados sistemas de proteção, com o intuito de evitar danos ao sistema.
Para identificar a necessidade do uso de proteções anticongelamento, deve-se avaliar o
histórico das condições climatológicas da região. Havendo registros de temperaturas próximas
a 5°C, será indispensável a utilização de algum tipo de sistema de proteção anticongelamento.
Os sistemas anticongelamento mais utilizados são:
100
Recirculação da água – esse sistema fará circular, através de uma bomba hidráulica,
a água do reservatório térmico quando a temperatura do sensor, localizado nos coletores
solares, acusar valores próximos a 5° C.
Válvula elétrica de drenagem – através de uma válvula elétrica dotada de um
termostato, a água existente nos coletores é drenada quando a temperatura nos coletores
atinge valores próximos a 5° C.
Fluido anticongelamento – por meio da mistura de água e um liquido
anticongelante, cria-se uma solução que reduz a temperatura de congelamento do fluido de
trabalho. Para que o sistema funcione corretamente, é necessário verificar se a solução
encontra-se nas proporções ideais definidas pelo fabricante do fluido e se não irá comprometer
os acessórios da instalação.
Temperaturas
Uma instalação de aquecimento solar deve ser projetada para suportar uma ampla variação de
temperaturas, que vão desde as que apresentam risco de congelamento até aquelas próximas a
de ebulição da água.
As diversas maneiras de proteção do sistema contra os riscos de congelamento já foram
abordadas no item anterior. No entanto, deve-se ressaltar que temperaturas elevadas também
podem prejudicar a durabilidade de acessórios e equipamentos instalados.
As altas temperaturas são verificadas nos casos de superdimensionamento da instalação onde a
área coletora e o volume armazenado são muito superiores à necessidade real de consumo.
Em tais hipóteses, para evitar danos a instalação de aquecimento solar, é importante a
utilização de materiais e equipamentos que suportem a temperatura de operação sistema, bem
como o uso de proteções que não permitam, por exemplo, o funcionamento da bomba de
circulação quando o sistema alcançar temperaturas próximas à de ebulição da água.
Pressão
Da mesma forma que o reservatório térmico e os coletores solares, as tubulações e acessórios
hidráulicos devem ser dimensionados para suportar pressões 1,5 vez superiores às quais serão
submetidas durante o funcionamento do sistema de aquecimento solar.
Quadro de comando
O quadro de comando de uma instalação solar tem a função de controlar todos os
equipamentos elétricos e eletrônicos da instalação e é, na maioria dos casos, composto por:
Controlador diferencial de temperatura: responsável pelo comando de operação
da bomba de circulação dos coletores;
101
Chaves seletoras: responsáveis pelo acionamento manual ou automático da
bomba de circulação dos coletores e demais equipamentos;
Disjuntores, contatores e relés de sobrecarga: possuem a função de proteção e
acionamento do sistema;
Controles para o sistema de apoio.
O quadro de comando pode ainda conter alguns equipamentos para controle e acompanhamento
do rendimento da instalação, tais como:
Horímetro, cuja função é a de determinar o período de operação de um
equipamento.
Programador horário para determinação dos períodos de funcionamento da
instalação;
Demais sistemas de acompanhamentos, como medidores de radiação solar,
medidores de vazão, sensores de temperatura auxiliares, hidrômetros e etc.
Aquecimento Indireto
Nos casos em que não é possível implantar um sistema de aquecimento solar convencional,
como em alguns casos de processos industriais, aquecimento de ambientes, proteção
anticongelamento contendo fluidos especiais, dentre outros, utiliza-se o sistema de
aquecimento indireto através do uso de trocadores de calor.
Figura 8.22. Representação esquemática de um sistema de aquecimento solar com trocador de calor
102
Unidade 9- Instalação e Manutenção
Um sistema de aquecimento solar, para alcançar os benefícios esperados, baseia-se em
algumas diretrizes: projeto executivo, instalação e manutenção. Nesse contexto o instalador
hidráulico possui um papel fundamental, pois cabe a ele seguir o projeto idealizado pelo
projetista identificando possíveis interferências e modificações durante a implantação e,
através de uma instalação de qualidade, minimizar manutenções corretivas.
Neste capitulo serão abordados os temas referentes à etapa de instalação e manutenção de um
sistema de aquecimento solar para uso sanitário.
O instalador deverá seguir rigorosamente o projeto executivo da instalação, devendo sempre
comunicar ao projetista caso haja a necessidade de modificações no projeto original.
O Brasil tem um programa de qualidade do INMETRO para qualificação de revendas e
instaladoras. Este programa é chamado de QUALISOL. O Anexo V traz mais informações sobre o
programa e para encontrar as empresas já com o Selo entre no site do INMETRO:
http://www.inmetro.gov.br/consumidor/pbeQualisol.asp
INTERPRETAÇÃO DO PROJETO EXECUTIVO
Para definição dos próximos passos do planejamento de instalação do sistema de aquecimento
solar, é necessário interpretar o projeto executivo que dentre outras informações deverá
conter:
sistema;
Fluxograma de funcionamento;
Localização de equipamentos;
Arranjos de coletores solares e reservatórios térmicos;
Isométrico de instalação do(s) reservatório(s) térmico(s);
Bases de fixação dos suportes metálicos e dos reservatórios térmicos;
Detalhamento de suportes metálicos
Cortes;
Possíveis interferências com a edificação existente ou em construção;
Traçado da tubulação;
Lista de materiais elétricos e hidráulicos;
Detalhamento do sistema de controle e monitoração;
Acessórios e indicação de montagem;
Demais informações necessárias para perfeita interpretação e instalação do
a. Fluxograma de funcionamento
103
O fluxograma da instalação deve apresentar, de forma esquemática, com se dará o
funcionamento da instalação, sem se preocupar com escalas e dimensões reais dos
equipamentos.
Figura 9.1. Fluxograma de uma instalação solar
b. Localização dos coletores e reservatórios em planta
Por meio desta representação gráfica determina-se a localização dos reservatórios térmicos, os
coletores solares e demais equipamentos na construção.
Figura 9.2. Localização de coletores, reservatórios e interligação hidráulica em planta
c. Isométricos
As representações isométricas são utilizadas para descrever partes da instalação que seriam
difíceis de se representar ou que exijam grau de detalhamento maior, como é o caso dos
reservatórios térmicos e seus acessórios.
104
Figura 9.3. Isométrico – reservatório térmico
d. Cortes
Os cortes, assim como a representação isométrica auxilia na complementação de informações e
interpretação do projeto.
Figura 9.4. Corte – distância entre coletores solares
ARMAZENAMENTO E TRANSPORTE DOS EQUIPAMENTOS
Coletores solares
É importante que os coletores sejam armazenados na vertical, seguindo as determinações do
fabricante quanto ao número máximo de peças possíveis de serem empilhadas, em local
coberto e protegido de intempéries.
Em caso de armazenamento externo deve-se protegê-los contra chuva para que os mesmos
não se danifiquem antes de serem instalados.
Com relação ao transporte dos coletores solares, o mesmo deve ser realizado
preferencialmente por duas pessoas, segurando-se nas extremidades da caixa do coletor, de
modo a evitar torções nos equipamentos.
b. Reservatórios térmicos
Os reservatórios térmicos devem ser armazenados em local protegido de intempéries e com
suas entradas e saídas vedadas, até o momento da instalação, impedindo a entrada de folhas
ou objetos que possam afetar o funcionamento do sistema.
105
O transporte dos reservatórios térmicos deve ser executado através de seus olhais ou alças de
transporte seguindo as recomendações do fabricante e nunca pelas tubulações.
DEFINIÇÃO DA EQUIPE DE INSTALAÇÃO
Para definição do número de instaladores que serão necessários para implantação de um
sistema de aquecimento solar é preciso observar o grau de dificuldade e em quanto tempo se
pretende concluir a instalação. Através do projeto executivo é possível determinar a
quantidade de instaladores e o tempo de execução da implantação do SAS.
Recomenda-se que uma instalação solar seja executada por no mínimo dois instaladores,
capacitados, garantido assim agilidade e segurança na implantação do sistema.
EPI’S E FERRAMENTAS
Para minimizar o risco de acidentes durante a instalação é imprescindível que sejam seguidas
todas as normas pertinentes à atividade que será realizada
A seguir estão relacionados alguns EPIs, ferramentas e acessórios necessários para realização
de uma instalação de aquecimento solar .
EPI – Equipamento de Proteção Individual
Cada instalador deve portar:
Uniforme com jaleco de manga comprida;
Capacete com jugular;
Bota com solado antiderrapante;
Cinturão de segurança para trabalhos em altura;
Óculos com lentes em policarbonato incolor;
Luvas de vaqueta;
Óculos com lentes em policarbonato verde para solda;
Figura 9.5 - Símbolos de EPI
106
Ferramentas
Para correta instalação de equipamentos e acessórios é importante a utilização de ferramentas
adequadas, que garantam maior agilidade e segurança à instalação. Pode-se verificar abaixo
algumas das ferramentas essenciais para instalação de um sistema de aquecimento solar.
Chave de grifo;
Conjunto de chaves de fenda e philips;
Alicate;
Serrote;
Martelo;
Corta tubos (cobre);
Lixa;
Maçarico;
Inclinômetro
Trena;
Bússola;
Furadeira elétrica;
Extensão elétrica;
Multímetro;
ACESSÓRIOS DE UMA INSTALAÇÃO DE AQUECIMENTO SOLAR
a. Bomba hidráulica
Quando o sistema de aquecimento solar não pode operar em termossifão utiliza-se uma bomba
hidráulica cujo objetivo é promover a circulação do fluido de trabalho entre os coletores e o
reservatório térmico.
As bombas hidráulicas utilizadas em sistemas de aquecimento solar devem possuir algumas
características especiais para que operem de forma segura e duradoura.
As bombas hidráulicas basicamente se dividem em duas partes:
Corpo hidráulico
Motor elétrico

(fonte:website Schneider)
Figura 9.6 - Bomba hidráulica
Corpo hidráulico: o corpo hidráulico abriga o rotor o qual pode ser fabricado em ferro fundido,
aço inoxidável, bronze, polímero ou outro material, devendo ser especificado conforme as
características físico químicas e temperatura do fluido que será bombeado.
Motor elétrico: acoplado ao corpo hidráulico é responsável pelo acionamento do rotor sendo
dimensionado conforme a potência necessária para vencer as perdas de carga e desníveis da
instalação.
107
b. Controlador diferencial de temperatura
Os controladores diferenciais de temperatura
são responsáveis pelo controle do sistema de
aquecimento solar permitindo configurações para acionar e
desacionar a bomba hidráulica.
(fonte: Fullgauge)
c. Termostato
Termostatos são dispositivos que permitem a abertura
ou fechamento de um circuito elétrico conforme um ajuste
pré-definido de temperatura. Estes dispositivos são muito
utilizados em reservatórios térmicos para acionamento
de resistências e anéis de recirculação para prumadas de água quente.
d. Fluxostato
O Fluxostato é um dispositivo que permite a abertura ou fechamento
de um circuito elétrico quando ele acusa a existência ou não de
fluxo de algum tipo de fluido na tubulação onde ele foi instalado.
Este dispositivo é utilizado em anéis de recirculação para
prumadas de água quente e normalmente é aplicado em conjunto ao
termostato.
e. Sensores de temperatura
Os sensores de temperatura são instrumentos utilizados para
medição de temperatura e em sistemas de aquecimento solar são
aplicados para comando e registro da temperatura de operação do sistema.
Eles podem ser de diversos tipos; termopares, PT100, PT500 dentre outros.
(fonte: Fullgauge)
108
f. Manômetro
O manômetro é um instrumento utilizado para mediação de pressão.
Usualmente estes equipamentos são utilizados em instalações de
aquecimento solar de grande porte com objetivo de acompanhar
e auxiliar nas regulagens de operação do sistema.
g. Válvulas e registros
Válvulas são dispositivos utilizados para controle, bloqueio, manutenção e desvio de fluxo do
fluido circulante de uma instalação hidráulica. Em um SAS, as válvulas mais utilizadas são:
Registro Globo (Válvula de regulagem)
Os registros globo são utilizados para controle e regulagem da vazão de fluidos.
Fonte:website docol /website mipel
Figura 9.7 - Registro globo
Registro Gaveta (Válvula de bloqueio)
O registro de gaveta tem a função bloquear a passagem do fluido, devendo funcionar
totalmente abertos ou totalmente fechados.
Fonte:website deca /website mipel
Figura 9.8 - Registro gaveta
Registro Esfera (Válvula de bloqueio)
O registro esfera também tem a função de bloqueio à passagem do fluido, devendo funcionar
totalmente aberto ou totalmente fechado.
Fonte:website docol / website tigre /website mipel
109
Fig 9.9 -Registro globo
Válvula de retenção
Esse tipo de válvula permite o fluxo do liquido em uma só direção podendo ser instalada na
vertical ou horizontal de acordo com as especificações da válvula.
Fonte:website docol
Figura 9.10 - Válvula de retenção
Válvula eliminadora de ar (Válvula ventosa)
Esse tipo de válvula é responsável por permitir a saída de ar do sistema.
Fonte:website genovalvulas
Figura 9.11 - Válvula eliminadora de ar
Válvula quebra-vácuo
Tal válvula é responsável por permitir a entrada de ar no sistema.
Fonte:website silgonvalvulas
Figura 9.12 - Válvula quebra-vácuo
Válvula de segurança
Esse modelo de válvula é responsável por proteger o sistema contra pressões superiores às
dimensionadas para sua operação.
Fonte:website drava
Figura 9.13 Válvula de segurança
SUPORTES PARA COLETORES SOLARES
Quando a orientação, inclinação ou posição de coletores solares não é satisfatória para o
funcionamento do sistema, é necessária a utilização de suportes, com o objetivo de corrigir
esses desvios.
110
De posse do projeto dos suportes, suas especificações devem ser rigorosamente seguidas, de
forma a garantir sua correta fixação à estrutura do telhado ou às bases construídas
especialmente para sua instalação.
A base dos suportes dos coletores deverá ser confeccionada em concreto ou outro material que
suporte o peso dos coletores, as cargas de vento e as intempéries a que o sistema será
submetido. Deve-se ainda atentar para os seguintes itens na confecção das bases:
A distância entre as bases deve ser calculada de forma que o suporte nela instalado não
submeta o coletor solar a flexões superiores às permitidas pelo fabricante.
Os parafusos de fixação dos suportes nas bases devem ser galvanizados ou protegidos
contra corrosão.
As bases devem prever canais para escoamento da água da chuva.
Quando os suportes metálicos forem instalados diretamente na laje, é necessário
impermeabilizar o local onde forem fixados.
Quando os suportes metálicos forem instalados sobre telhados, as telhas perfuradas
deverão ser impermeabilizadas.
Os suportes e suas respectivas bases de fixação deverão ser projetados por profissional
tecnicamente habilitado
INSTALAÇÃO DO(S) RESERVATÓRIO(S) TÉRMICO(S)
Na instalação dos reservatórios deve-se considerar:
Na alimentação de água fria do reservatório deve-se sempre instalar um sifão ou válvula de
retenção* evitando o retorno de água quente para a caixa d’água, efeito denominado
termossifão tubular.
* Atenção: conforme a norma NBR 7198, “é vedado o uso de válvulas de retenção no ramal de
alimentação de água fria por gravidade do reservatório térmico, quando o mesmo não possuir
respiro.”
Figura 9.14 - Sifão
111
A alimentação de água fria do reservatório deve conter no mínimo, 150 cm de tubulação
anterior ao sifão em cobre ou material que suporte temperatura do sistema.
Figura 9.15 -Tubulação de alimentação
O reservatório deve possuir registros gaveta ou esfera em suas entradas e saídas;
A alimentação de água fria do reservatório, vinda da caixa d’água, deve ser exclusiva não
permitindo derivações para outros pontos;
A saída para o dreno deve ser conectada a uma tubulação de esgoto ou destinada a local
apropriado;
Quando for utilizado conjunto de válvulas para SAS de alta pressão, a área logo abaixo do
conjunto deve ser devidamente impermeabilizada evitando infiltrações na edificação;
As interligações das entradas e saídas de um reservatório térmico horizontal convencional
devem seguir as configurações apresentadas na figura a seguir promovendo a circulação de
toda a água do reservatório.
Figura 9.16 - Conexões básicas de um reservatório térmico
INSTALAÇÃO DOS COLETORES SOLARES
A interligação hidráulica dos coletores poderá ser executada em série ou paralelo de acordo
com o que for definido no projeto da instalação. Além de seguir as configurações de projeto, no
momento da instalação dos coletores, deve-se atentar para os seguintes itens:
112
a.
As conexões entre coletores podem ser executadas com luvas soldadas ou luvas de
união, as quais facilitam futuras manutenções e substituição de coletores;
b.
Deve-se instalar um registro gaveta ou esfera na parte inferior da bateria para dreno
dos coletores.
c.
Em associações superiores a duas baterias de coletores interligadas em série recomendase a instalação de uma válvula eliminadora de ar na saída da última bateria de coletores.
Figura 9.17 - Localização da válvula eliminadora de ar
d.
A instalação dos coletores deve prever fácil acesso para limpeza e manutenção.
e.
Em instalações que operam em termossifão, recomenda-se a instalação da bateria de
coletores com um pequeno aclive, entre 2% e 3%, no sentido da saída da água quente,
evitando-se sifões provocados por desníveis no telhado ou erro na instalação.
INSTALAÇÃO DE SENSORES E QUADRO DE COMANDO
Instalação de sensores
Em sistemas cuja circulação é forçada, a bomba hidráulica é comandada por um controlador
diferencial de temperatura o qual compara as temperaturas entre os sensores 1 e 2 localizados
no topo do ultimo coletor da bateria e na base do reservatório respectivamente.
Figura 9.18 - Posicionamento de sensores
113
Conforme apresentado no capitulo anterior, geralmente, a bomba hidráulica é acionada
quando o a diferença de temperatura entre o sensor 1 e 2 é igual ou superior a 5°C* e desligada
quando igual ou inferior a 2°C*. Cabe ressaltar que esta temperatura é apenas orientativa
devendo a mesma ser especificada no projeto da instalação.
Alguns controladores possuem um terceiro sensor, normalmente instalado na saída de
consumo do reservatório e que, além de fornecer a temperatura da água na saída de consumo,
tem a função de bloquear o funcionamento da bomba, mesmo que o diferencial entre os
sensores 1 e 2 seja igual ou superior a 5°C, quando a temperatura registrada por ele atingir o
valores elevados (o qual deve ser ajustado previamente). A essa temperatura da-se o nome de
temperatura de superaquecimento.
Figura 9.19 - Instalação de sensores
Os sensores devem, preferencialmente, ser instalados em poços termométricos e isolados
termicamente após sua instalação.
Quadro de comando
O quadro de comando deve ser instalado em um local próximo ao SAS protegido de
intempéries e de fácil acesso, para possíveis verificações de temperatura ou operação do
sistema.
.
Fonte: acervo Green
Figura 9.20 – Quadro de comando – Vista Interna
O projeto executivo deverá prever a localização do quadro de comando na edificação
114
INSTALAÇÃO DO SISTEMA DE AQUECIMENTO AUXILIAR
a.
Resistência elétrica
As resistências elétricas devem possuir disjuntores específicos para seu acionamento;
Os cabos de energia devem ser conduzidos do quadro de comando a resistência elétrica
do reservatório através de eletrodutos;
A resistência elétrica deve ser aterrada eletricamente;
Deve-se conferir a impedância das resistências elétricas antes de acionar o quadro de
comando a fim de evitar curtos-circuitos;
b.
Aquecedor de passagem a gás
Deve-se verificar se as peças e anéis de vedação da entrada de água no aquecedor
suportam a alimentação com água aquecida;
Os cabos de energia devem ser conduzidos do quadro de comando ao aquecedor de
passagem através de eletrodutos;
Os aquecedores de passagem não devem ser instalados em locais confinados;
Deve-se seguir rigorosamente as normas técnicas aplicáveis e as especificações de
instalação fornecidas pelo fabricante;
INTERLIGAÇÃO ENTRE RESERVATÓRIO E PONTO DE CONSUMO
Este manual aborda apenas os aspectos referentes ao circuito primário de uma instalação de
aquecimento solar, entretanto cabe observar alguns detalhes importantes na interligação entre
o reservatório e a tubulação de consumo de água quente.
Figura 9.21 - Instalação hidráulica de um sistema de aquecimento solar
a.
O diâmetro da tubulação de saída de consumo do reservatório deve ser igual ou
superior ao de distribuição de água quente para os pontos de consumo;
b.
A tubulação de distribuição de água quente deverá ser isolada termicamente;
115
c.
A tubulação de distribuição hidráulica para os pontos de consumo deve estar
sempre na descendente, evitando-se a formação de sifões, que podem prejudicar a vazão nos
pontos de consumo.
d.
A prumada de água fria da descarga deverá ser exclusiva. Não deve-se instalar
ramais para o registro de água fria do chuveiro e para ducha higiênica.
TESTES E INICIO DE OPERAÇÃO DO SISTEMA
a.
Start-up do sistema
A operação de start-up ou posta em marcha da instalação é muito importante, pois, através
dela o sistema de aquecimento solar é submetido a testes, sendo possível verificar se o sistema
funcionará conforme projetado.
b.
Enchimento do sistema
Deve-se encher lentamente o sistema, preferencialmente da parte mais baixa para o topo
evitando a formação de bolsas de ar no circuito hidráulico.
c.
Teste de estanqueidade
Os circuitos hidráulicos devem ser testados com pressão 1,5 vez, superior à pressão de
operação da instalação com objetivo de identificar possíveis vazamentos. As válvulas de
segurança, quando existentes, devem ser instaladas após o teste de estanqueidade, pois as
mesmas operam em pressão nominal inferior a de teste.
Nesta etapa é importante acionar manualmente todas as válvulas ventosas para retirada
completa do ar do sistema.
d.
Teste de sensores e acessórios
Sensores, bomba hidráulica, válvula de segurança e demais acessórios devem ser testados
simulando-se condições de operação do sistema e verificando seu comportamento.
ACABAMENTO
Depois de realizados todos os testes na instalação inicia-se a etapa de acabamento e finalização
da obra. Essa etapa consiste em:
a.
Isolamento térmico de toda a tubulação da instalação, lembrado–se que as
tubulações expostas a radiação solar e intempéries devem possuir algum tipo de elemento
protetor (alumínio corrugado, fita aluminizada, etc.).
b.
Verificar se todas as tubulações estão bem fixadas e sem formação de sifões no
seu percurso;
116
c.
Verificar se todos os cabos elétricos estão devidamente encapados e conduzidos
através de eletrodutos;
d.
Verificar a existência de alguma obstrução na saída do conjunto de válvulas de
segurança.
TREINAMENTO E ENTREGA DO MANUAL DE OPERAÇÃO
Nesta etapa, o instalador deverá ensinar ao responsável pelo recebimento da instalação como
operar o sistema, apresentado a localização de acessórios, quadro de comando e demais
componentes. Cabe também ao instalador fornecer, quando aplicável, o projeto executivo asbuilt, a anotação de responsabilidade técnica (ART), os certificados de garantia e demais
documentações pertinentes ao sistema.
MANUTENÇÃO
A manutenção de um sistema de aquecimento solar de pequeno porte, quando corretamente
instalado é bem simples.
Manutenção preventiva
Mensal
Lavagem dos coletores com água e sabão neutro no período da manhã;
Verificar a vedação dos coletores;
Verificar o funcionamento do sistema de anticongelamento, caso existente;
Verificar o funcionamento dos sensores de temperatura e as configurações do
controlador diferencial de temperatura;
Verificar a regulagem do termostato;
Semestral
Verificar estado do isolamento térmico;
Verificar e colocar em funcionamento o conjunto de válvulas;
Conferir as vedações da bomba hidráulica e a estanqueidade do sistema;
Anual
Realizar a drenagem do sistema para limpeza;
Verificar a existência de formação de corrosão em algum item do sistema;
Verificar o estado de funcionamento do sistema auxiliar.
Manutenção corretiva
117
PROBLEMA
CHECAR
CAUSA PROVÁVEL
SOLUÇÃO
Coletores
Coletores danificados
Substituir
Registros
Registros do reservatório fechados
ou danificados
Abrir registros
Inclinação das
tubulações
Ar no circuito hidráulico
Retirar o ar do circuito
Tubulação de
distribuição
Vazamento
Localizar o vazamento e reparar
Desconfigurado
Reconfigurar
Descontinuidae do cabeamento
Checar o cabeamento e reparar
Sensores danificados
Substituir
Bomba danificada
Reparar ou susbtituir
Resistências queimadas
Substituir
Termostato danificado
Substituir
Termostato desregulado
Regular
Controlador diferencial
de temperatura
Falta água quente
Bomba hidráulica
Aquecedor auxiliar
(elétrico)
Aquecedor auxiliar
(gás)
Usuários
Aquecedor auxiliar
Água muito quente
Água sai pelo telhado
Sujeira no orifício do piloto
Limpar e abrir o orifício
Válvula piloto defeituosa
Substituir
Termostato de acioanmento
defeituoso
Ajuste impróprio da chama piloto
de gás
Reparar
Reajustar
Checar a dimensionamento do
sistema
Ponto de ajuste do termostato muito Reduzir a temperatura de ajuste
alto
do termostato
Consumo excessivo
Sensor de temperatura
Calibração imprópria
Checar; recalibrar e substituir
Dimensionamento
Sistema superdimensioando
Checar dimensionamento
Usuários
Água quente não esta sendo
utilizada
Escoar parte da água quente
para reduzir a temperatura do
reservatório
Vedação defeituosa
Substituir
Válvula em operação
Checar condições de
funcionamento
Tubulação rompida devido a
congelamento
Reparar ou substituir.
Tubulação defeituosa
Reparar ou substituir.
Válvula eliminadora de
ar
Válvula
anticongelamento
Tubulação do coletor
118
Unidade 10
Referências Bibliográficas
ABNT – Norma Brasileira de Instalação Predial de Água Quente – NB 128.
ABNT – Norma Brasileira de Execução de Instalações de Sistemas de Energia Solar que utilizam
coletores solares planos para aquecimento de água– NBR 12269
ABNT – Norma Brasileira de Projeto e Execução de Instalações Prediais de Água Quente – NBR 7198.
ABNT – Norma Brasileira de Instalação Predial de Água Fria – NBR 5626
ABRAVA – Manual de Aquecimento Solar (1998).
ASHRAE – Active Solar Heating Systems Design Manual – ASHRAE (1988).
BECKMAN, W. A., KLEIN S. A. and DUFFIE, J. A., Solar Heating Design by the f-Chart Method, WileyInterscience, New York (1977).
BENNETT, I., Monthly Maps of Mean Daily Insolation for the United States, Solar Energy, 1965.
COLLARES-PEREIRA, M., RABL, A., The average Distribution of Solar Radiation - Correlations between
Diffuse and Hemispherical and between Daily and Hourly Insolation, Solar Energy, V.22, p.155,
1979.
DNMET, Normais Climatológicas : 1961-1990, Brasília, 1992.
DUFFIE, J. A., BECKMAN W. A., Solar Engineering of Thermal Processes, John Wiley & Sons, INC, 2ª
Edição, 1991.
INCROPERA, F. P. & WITT, D. P. Fundamentos de Transferência de Calor e de Massa. Trad. 3a ed.
Horácio Macedo trad. 4a ed. Sérgio Stamile Soares ( 1998 ), Rio de Janeiro, Livros Técnicos e
Científicos Editora S. A.,1992 .
ISO 9459 Part 2, Solar Heating – Domestic Water Heating Systems; Performance Testing for Solar
Only Systems, CEN (1994).
MEINEL, A. B., MEINEL, M.P., Applied Solar Energy – An Introduction, Addison-Wesley Pub. Co., 1ª
Edição, 1976.
MESQUITA, L., Panorama Atual da Utilização do Aquecimento Solar in Fontes Não-Convencionais de
Energia, UFSC, (1998).
119
MORRISON, G.L., Reverse circulation in thermosyphon solar water heaters, Solar Energy, Vol.36,
Num. 4, pp. 377-379, 1986.
NUNES, G.S. et al., Estudo da Distribuição da Radiação Solar Incidente sobre o Brasil, Revista
Brasileira de Armazenamento, Viçosa, 1979.
PEREIRA, E.M.D. et al. Software SISCOS VERSÃO 3.0 - Dimensionamento de Instalações Solares de
Médio e Grande Portes, FAPEMIG, 1998
SIEGEL, R; HOWELL,J.R.- Thermal Radiation Heat Transfer, 3ª ed., Hemisphere Publishing
Corporation, USA (1992).
120
121
ANEXO I – Perdas de carga localizadas – comprimento equivalente em metros de tubo de PVC
rígido ou cobre
ANEXO II – Ábaco de Fair-Whipple-Hsiao para tubulações de cobre e plástico
122
123
ANEXO III- O Programa Brasileiro de Etiquetagem
INTRODUÇÃO
O Programa Brasileiro de Etiquetagem para Coletores Solares permite a criação de critérios
personalizados para comparar os diferentes modelos de coletores disponíveis no mercado
nacional. Representa, pois, uma forma rápida e segura para a seleção do coletor solar que
melhor atenda às necessidades de água quente a custos compatíveis.
O elenco de ensaios experimentais, normalizados nacional e internacionalmente, foi avaliado e
definido pelo Grupo de Trabalho em Energia Solar, GT-SOL, coordenado pelo INMETRO. Esses
ensaios, discutidos sucintamente a seguir, fornecem ao consumidor final engenheiros,
projetistas e arquitetos, garantias sobre a durabilidade e desempenho térmico dos produtos
ensaiados.
Para o consumidor leigo, os resultados do Programa estão sumarizados na forma de selo – a
Etiqueta do INMETRO. Entretanto, para o projetista de instalações solares são necessárias
informações adicionais que constam, apenas, do Relatório Final entregue a cada fabricante.
Vamos discutir detalhadamente estas questões.
Coletores Solares - Ensaios experimentais
Os ensaios experimentais foram divididos em duas etapas, conforme descrito a seguir.
1° Etapa – Eficiência Térmica
1.1 - Eficiência térmica
1.2 a. - Ensaio de estanqueidade (Coletores fechados)
1.2 b. - Pressão hidrostática (Coletores abertos)
1.3. - Ensaio destrutivo
1.4. - Inspeções
2° Etapa – Ensaio Completo
2.1 - Exposição não operacional
2.2 - Choque térmico
2.3 - Eficiência térmica instantânea
2.4 - Fator de correção para o ângulo de incidência
2.5 - Constante de tempo
2.6 - Pressão hidrostática
2.7 - Ensaio destrutivo
2.8 - Inspeções
Exposição não-operacional
124
O coletor solar é exposto ao Sol sem a passagem de água em suas tubulações durante 30 dias,
consecutivos ou não, em que a radiação solar diária exceda 17MJ/m2. O dia que apresenta esta
característica é denominado dia válido. Normalmente, para que este período se complete, o
coletor permanece entre 45 e 60 dias em exposição, dependendo da época do ano. A figura a
seguir, mostra os coletores em exposição.
. Bancadas de Exposição Não-Operacional – Green Solar
Choque Térmico
Durante o ensaio de Exposição não-operacional, são promovidos três choques térmicos a cada
período de 10 dias válidos completados. Para que se inicie o teste, é necessário que a radiação
solar instantânea no plano do coletor seja superior a 890 W/m2, durante um período mínimo
de 1 hora. Observada esta condição, três jatos de água fria com vazão controlada são
simultaneamente direcionados para o vidro do coletor, conforme ilustra a figura.
125
Figura Choque Térmico e Estanqueidade
Esse ensaio leva o coletor a condições extremas, sendo um bom indicativo da qualidade dos
materiais usados e, principalmente, de sua vedação. Problemas de vedação, evidenciados na
figura, podem comprometer, de modo significativo, o desempenho térmico do coletor, assim
como seu tempo de vida útil, que, em condições normais de operação, é estimado pelos
fabricantes entre 15 e 20 anos.
Os fabricantes, cujos coletores apresentarem problemas como quebra de vidro ou infiltração,
são imediatamente notificados. Neste caso, o ensaio é interrompido e o coletor solar
substituído.
. Problemas de Vedação
Pressão Hidrostática
Como os coletores solares são submetidos a condições operacionais bastante diversas, a
pressão para este ensaio é de 1,5 vezes o valor da pressão máxima especificada pelo
fabricante. Entretanto, este valor não poderá ser inferior a 20 mca (2 kgf/cm2) ou superior a 60
mca (6 kgf/cm2).
Esse ensaio é feito após a Exposição não-operacional, sem incidência de raios solares sobre o
coletor e com duração fixada em 15 minutos.
O coletor está em conformidade com a norma quando:
não ocorrer perda de pressão durante o ensaio;
não houver evidência de vazamento ou deterioração das partes em contato
direto com o fluido (água).
Etapa 1 e 2 - Inspeções
126
Diariamente são feitas inspeções visuais no coletor solar para detectar evidências de problemas
de vedação, quebra ou qualquer outra avaria.
Constante de Tempo
Para atender à exigência de regime quase-permanente na operação dos coletores solares nos
ensaios do Grupo 2, devemos determinar a constante de tempo do coletor solar. Essa constante
é definida como o tempo necessário para que a diferença de temperatura entre a água à saída
e entrada do coletor (Tfs - Tfi ) seja reduzida a 36,8% de seu valor inicial, quando a radiação solar
incidente é instantaneamente bloqueada. É o que demonstra a figura 7.4.
40
Constante de Tempo = 54 segundos
36
Tfs
32
Tfe
28
24
20
0
30
60
90
120
Tempo(segundos)
Figura. Resultado de ensaio de constante de tempo
Os valores medidos da Constante de Tempo para os coletores ensaiados no PBE são muito
variados, compreendendo uma faixa entre 60 e 250 segundos. Esse valor é altamente
dependente dos materiais utilizados e suas respectivas espessuras, ou seja, da inércia térmica
do coletor solar.
Eficiência Térmica Instantânea
Este conceito foi exaustivamente analisado ao longo dessa unidade. No PBE são adotadas as
equações de eficiência térmica anteriormente discutidas.
Pela Primeira Lei da Termodinâmica, temos:
.
η =
m c p ( T fs - T fi )
(7.1)
G . A ext
Pelo Método das Perdas, temos:
(7.2)
127
η=
A transp  
F R  τ v α p
A ext  



-
F R U L (T fi - T amb
G
)


Para efetuarmos esses cálculos, são feitas as seguintes medidas experimentais:
•
vazão mássica: m
temperatura da água à entrada do coletor: Tfi
temperatura da água à saída do coletor: Tfs
temperatura ambiente: Tamb
radiação solar instantânea: G
Até o ano de 2004 estes ensaios experimentais não eram realizados sob condições climáticas
controladas, dessa forma, as normas utilizadas fixam as seguintes exigências:
i.
ii.
iii.
iv.
v.
ângulo de incidência da radiação solar direta inferior a 30º ;
taxa de energia solar incidente no plano do coletor superior a 630W/m2 ;
vazão mássica igual a 0,02kg/s por m2 de área externa do coletor;
velocidade do vento no plano médio do coletor inferior a 4,5 m/s;
regime quase-permanente
Como conseqüência da condição i, o produto (cp) é conhecido como produto (cp)n ,
evidenciando a incidência praticamente normal da radiação direta.
Na figura 7.5, mostramos as curvas de eficiência térmica instantânea para vários coletores
participantes da primeira fase do PBE.
90
80
Eficiência Térmica (%)
70
60
SRCC-1
50
SRCC-2
40
30
20
10
0
0 ,0 0 0
0 , 0 10
0 ,0 2 0
0 ,0 3 0
(Tfi - Tam b)/G
Curva de Eficiência Térmica Instantânea – PBE
128
0 ,0 4 0
0 ,0 50
Simulador Solar
Inaugurado no dia 17 de dezembro de 2004 no Grupo de Estudos em Energia (GREEN),
localizado na Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais (PUC Minas), o primeiro
Simulador Solar da América Latina entrou em operação no ano de 2005.
Desenvolvido na Alemanha, o simulador demandou investimentos da ordem de US$ 620 mil,
custeados pela Eletrobrás/PROCEL com verba do Banco Mundial (BIRD), por meio do GEF
(Fundo para o Meio Ambiente Mundial). A parceria faz parte do Projeto de Capacitação
Laboratorial coordenado pela ELETROBRÁS/PROCEL com o apoio do PNUD (Programa das
Nações Unidas para o Desenvolvimento) que objetiva capacitar laboratórios para etiquetagem
e concessão do Selo PROCEL de equipamentos. Com isso, é criada a rede para dar suporte a Lei
de Eficiência Energética (Nº 10.295/2001), que estabelece índices máximos de consumo de
energia ou mínimos de eficiência energética, priorizando os produtos do Programa Brasileiro de
Etiquetagem - PBE, coordenado pelo INMETRO com o apoio da ELETROBRÁS/PROCEL.
No ano de 2005, foram realizados 63 ensaios no simulador solar, sendo 26 destinados ao
acompanhamento da produção 2005, coordenado pelo INMETRO. Esse fato agilizou os ensaios
de modo a acabar com a fila de espera de coletores solares que, em média, atingia de 8 a 10
meses. Deve-se destacar que para os ensaios completos, a duração é, ainda, de 2 a 3 meses
seguindo as normas adotadas pelo PBE, que são rígidas e exigem o envelhecimento prévio da
amostra a ser ensaiada sob determinadas condições climáticas.
Fotos Simulador Solar PUC Minas/GREEN
Eficiência Energética Média
Para cálculo da eficiência média dos coletores, constante da Etiqueta do INMETRO, tomou-se o
valor da abscissa desse gráfico igual a 0,02 e 0,005, respectivamente para coletores com
finalidade banho e piscina. Este valor foi adotado com base em medições realizadas em várias
instalações termossolares sob condições reais de operação.
Fator de Correção para o Ângulo de Incidência - K
O principal objetivo deste ensaio é quantificar a influência do ângulo de incidência da radiação
direta sobre a transmissividade do vidro, desde que a operação dos coletores solares extrapole
129
a faixa de ângulos de incidência imposta no ensaio para determinação da curva de eficiência
térmica instantânea.
i.
ii.
iii.
iv.
v.
Este ensaio obedece as seguintes exigências:
ângulo de incidência da radiação solar direta variando entre 60 e 0º;
diferença entre as temperaturas da água à entrada do coletor e a do ambiente deve ser
inferior a 1ºC;
vazão mássica igual a 0,02kg/s por m2 de área externa do coletor;
velocidade do vento no plano médio do coletor inferior a 4,5 m/s;
regime quase-permanente.
O critério ii tem como objetivo anular o segundo termo da equação 8.35, rescrevendo-a na
forma:
ηθ =
A transp
A ext
{F


Rτvα p 


}
θ
onde o subscrito θ indica que os valores de eficiência térmica e do produto (cp) são
determinados para ângulos de incidência entre 0 e 60º.
Para coletores planos com cobertura transparente do tipo vidro liso comercial, o
comportamento físico da curva de eficiência térmica em função do ângulo de incidência da
radiação direta é apresentado na figura
130
100
90
80
Eficiência Térmica (%)
70
60
50
40
30
20
10
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Angulo de Incidência da Radiação Direta
Fator de Correção para o Ângulo de Incidência
Verificamos, então, uma redução mais acentuada da eficiência térmica dos coletores para
ângulos superiores a 50º. Esses ângulos ocorrem no princípio da manhã e final da tarde, desde
que a inclinação e orientação do coletor solar estejam otimizadas para a cidade em questão.
Definimos, então, o Fator de Correção para o Ângulo de Incidência - Kτα como a razão entre a
eficiência medida para um determinado ângulo θ e o valor máximo, obtido para θ = 0°. Feitas
as simplificações, podemos afirmar que:
K τα =



τvα p


θ



τvα p


n
(7.4)
Para avaliar o comportamento do coletor ao longo do dia, tornamos linear a função Kτα na
forma:
 1

K τα = a + b 
− 1
 cos θ

Para os coletores ensaiados, o parâmetro a igual à unidade. A variação do parâmetro b é
bastante acentuada, compreendendo a faixa entre 0,055 e 0,222.
O fator de correção para o ângulo de incidência aplicado à equação e5 corrige o valor da
eficiência térmica do coletor para ângulos de incidência superiores a 30º. Esta correlação terá
grande importância no desenvolvimento do Modelo da Carta – F, a ser estudado no seguinte.
Produção Mensal de Energia
131
(7.5)
Para o consumidor leigo, é muito importante oferecer, na Etiqueta do INMETRO, informações
sobre a produção mensal de energia para cada coletor ensaiado. Assim, o GT–SOL definiu,
como referência, o mês de setembro para a cidade de Belo Horizonte, considerando a
inclinação dos coletores igual a 25º.
A informação sobre a produção mensal de energia é útil apenas para uma
comparação inicial entre os diversos produtos disponíveis no mercado nacional.
Conforme apresentado nas unidades anteriores, a economia real a ser obtida por
uma instalação de aquecimento solar depende:
1. da inclinação e orientação efetivas dos coletores solares;
da radiação solar incidente no plano dos coletores, na cidade em questão.
Portanto ao elaborar um projeto deve-se sempre refazer os cálculos de produção
mensal de energia para as condições reais do projeto.
Metodologia para cálculo da produção mensal de energia para o mês de referência.
Passo 1 – Determinar a radiação solar incidente no plano do coletor, em média horária para o
mês especificado.
Passo 2 – Determinar a temperatura ambiente, em média horária.
Adotamos para isso o modelo recomendado pela ASHRAE, que possui como dados de entrada
apenas as temperaturas máxima (Tmax) e mínima (Tmin) para o mês em questão. Considerando
que a temperatura é máxima às 14 horas, a equação proposta é:
Tamb = Tmax −
∆T ∆T
 15 (HS − 14) π 
cos 
+

2
2
180


onde: ∆T = Tmax − Tmin
HS: hora solar
Passo 3 – Determinar o ângulo de incidência da radiação direta para a hora média do período
útil de operação dos coletores solares.
Em Belo Horizonte, adotamos o intervalo entre 8 e 17 horas.
Passo 4 – Atribuir valores à temperatura da água à entrada dos coletores.
Esses valores são arbitrados e dependem, significativamente, do volume do reservatório e do
perfil diário de demanda de água quente.
Passo 5 – Determinar a eficiência térmica corrigida, em média horária.
Passo 6 – Determinar a produção mensal de energia por coletor solar em média mensal.
Consideramos que a energia produzida pelo coletor solar durante uma hora, é equivalente ao
produto de sua eficiência térmica pela energia incidente no plano do coletor neste mesmo
período. O valor horário é multiplicado por 30 para obtenção da energia gerada durante um
132
mês, em cada intervalo de tempo. A soma dos valores horários para as i horas do dia, com
nível satisfatório de radiação solar, fornece a produção mensal de energia. Em nosso caso, o
índice i varia de 1 a 9, correspondente ao período entre 8 e 17 horas.
Assim, tem-se:
9
E mensal = ∑ 30 * η (Idir + Idif) * 1h *
i =1
1
* Aext
1000
[kWh/mês]
A constante 1000 é apenas para conversão da unidade em kWh/mês, permitindo, assim, uma
melhor avaliação, por parte dos consumidores finais, da economia de energia a ser obtida com
a utilização do aquecimento solar.
Veja, na figura 8.7, um modelo da Etiqueta do INMETRO.
Figura 7.8 - A Etiqueta do INMETRO
Reservatórios Térmicos - Ensaios experimentais
Em 1999, os reservatórios foram incluídos no Programa Brasileiro de Etiquetagem de Sistemas
e Equipamentos para Aquecimento Solar de Água. A relação atual dos ensaios, normas
adotadas ou procedimentos definidos pelo Regulamento Específico do Programa (RESP/006 –
SOL), são apresentados abaixo.
Marcações e instruções
Tensão suportável
133
Volume
Pressão
Coeficientes de perda de calor
Corrente de fuga
Potência absorvida
Resistência ao calor e fogo
Resistência ao enferrujamento
Os reservatórios não são classificados por faixas de desempenho térmico. Dessa forma, apenas
aqueles aprovados em todos os ensaios, recebem a etiqueta de aprovação do INMETRO.
No ensaio de marcações e instruções e nos ensaios referentes ao desempenho e segurança
elétrica do tanque, a conformidade é verificada de acordo com os métodos de ensaios
prescritos nas normas adotadas. Para os ensaios de volume efetivo, pressão hidrostática e
desempenho térmico, os critérios de conformidade, estabelecidos pelo GT-SOL, são descritos a
seguir.
No ensaio de volume efetivo, a conformidade é verificada medindo-se a capacidade
volumétrica do tanque e comparando-a com a capacidade volumétrica nominal declarada pelo
fabricante. O tanque será aprovado se a capacidade volumétrica medida não diferir da nominal
por mais de 10 % e menos de 5 %.
No ensaio de pressão hidrostática, a conformidade é verificada carregando o tanque com água
fria e submetendo-o a uma pressão 50% maior que a pressão de operação declarada pelo
fabricante. Durante 15 minutos o tanque deverá resistir à pressão aplicada sem que ocorra
vazamento da água ou deformação permanente visível.
No ensaio de desempenho térmico, a condutância térmica global de perda de calor do tanque
é medida indoor, conforme o método de ensaio prescrito na norma ISO 9459 – parte 2: item
9.9, exceto que durante o período de resfriamento do tanque a velocidade do ar é 0 m/s
(condição de convecção natural). Para estabelecer o critério de conformidade numa linguagem
adequada ao consumidor, a perda específica de energia diária (24 h) do tanque é estimada para
as seguintes condições:
Temperatura inicial do tanque , Tr,i = 50 oC
Temperatura ambiente, T’a = 21oC
A perda específica de energia diária é multiplicada por 30 para obtenção da perda específica de
energia mensal. O tanque será aprovado se a perda específica de energia mensal estiver de
acordo com os valores apresentados na tabela 7.1.
Volume nominal do tanque
Perda Específica de Energia Mensal
(m3)
(kWh/mês.m3)
0,1
≤ 310
134
0,15
≤ 290
0,2
≤ 280
0,25
≤ 270
0,3
≤ 270
0,4
≤ 250
0,5
≤ 240
≥ 0,6
≤ 210
- Critério de Aprovação no Ensaio de Desempenho Térmico
135
ANEXO V – Programa QUALISOL Brasil
Assim como em diversos países do mundo, no Brasil, as revendas e instaladores representam
uma posição estratégica com relação à difusão do aquecimento solar. Na maioria das vezes
estão em contato direto com o consumidor no momento de decisão de compra e instalação e
algumas vezes também planejam e entregam os equipamentos e são responsáveis diretos por
garantir uma instalação qualificada com funcionamento, durabilidade e estética assegurados e
comprovados.
Além das revendas e instaladoras, as empresas fabricantes de equipamentos solares também
realizam instalações e contratos diretos com consumidores finais e assumem a
responsabilidade por todo o processo desde a venda até a instalação e pós-venda.
•
•
•
Portanto, a qualidade dos sistemas de aquecimento solar depende diretamente de:
bons produtos, etiquetados;
boas revendas , qualificadas;
bons instaladores, qualificados.
Desta forma, o QUALISOL BRASIL, que tem como missão premiar o consumidor final com um
Selo de Qualidade e um Certificado de Garantia, foi denominado de “QUALISOL BRASIL:
Programa de Qualificação de Fornecedores de Sistemas de Aquecimento Solar”, englobando
fabricantes, revendas e instaladoras.
Pode-se afirmar que o desenvolvimento sustentável do mercado de aquecimento solar no
Brasil e qualquer esforço neste sentido, somente pode ser bem sucedido quando os
fornecedores formarem uma rede capacitada e especializada para as diversas tarefas que
envolvem a comercialização e instalação de sistemas de aquecimento solar entregando aos
consumidores e ao mercado os devidos documentos de garantia de qualidade.
O QUALISOL BRASIL tem como objetivo garantir ao consumidor a qualificação de fornecedores
de sistemas de aquecimento solar de modo a permitir:
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A ampliação do conhecimento de fornecedores em relação ao aquecimento solar;
A ampliação da base de mercado do aquecimento solar e suas diversas aplicações;
O aumento da qualidade das instalações e conseqüente satisfação do consumidor
final;
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Uma melhor e mais duradoura reputação e confiança em sistemas de aquecimento
solar nas suas diversas aplicações;
Um crescente interesse e habilidade dos fornecedores na prospecção de novos
clientes e estímulo ao surgimento de novos empreendedores.
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