Projeto aquecedor solar

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Engenharia de produção
Projeto Aquecedor Solar
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AQUECEDOR SOLAR DE ÁGUA
 Os edifícios respondem por quase metade do consumo de energia elétrica do país, com o setor residencial respondendo pela maior fatia, respondendo por 23,3% do consumo total. Dada a importância da redução do consumo de energia nos dias atuais, este projeto tem como objetivo a abordagem do aquecimento solar da água do banho, destacando sistemas alternativos que não requerem investimento financeiro significativo, visam a redução do consumo de energia elétrica e buscam economia financeira. Considerando que o maior consumo de energia em uma residência está associado a um chuveiro elétrico, e o uso de eletricidade deve ser reduzido, faz sentido a importância de um sistema de água quente que utilize outra fonte de energia (exceto eletricidade) e atinge o mesmo objetivo: aquecer a água do banho. A partir deste projeto, pode-se concluir que a utilização de sistemas alternativos é viável tendo em vista os materiais utilizados, custo inicial e manutenção. Estes sistemas alternativos de aquecimento são uma boa solução para o uso racional da eletricidade e são capazes de satisfazer as necessidades do utilizador (aquecimento da água do banho) sem exigir um grande investimento financeiro.
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Estudo do consumo de energia elétrica por um chuveiro elétrico
 
Em média é utilizado um chuveiro de 4.000 a 8.000 W nas residências nacionais.
 Uma pessoa que toma banho de dez minutos por dia, gasta 5 horas de banho por mês (média nacional). Isso significa que consome de 20 a 40 kwh por mês, dependendo da potência do chuveiro.
 Veja a potência de seu chuveiro; some o número de pessoas de sua casa e calcule quantas horas seu chuveiro funciona por mês.
Exemplo:
chuveiro = 4.500 W => 4,5 kwh.
pessoas = 4 => 20 horas de banho por mês.
Consumo: 4,5 x 20 = 90 kwh por mês.
 Em média esse valor representa de 30% a 50% do consumo de energia em uma residência.
 Conclusão => consumo alto de energia elétrica.
 Solução => Usar energia solar para aquecer a água para o banho.
 Solução econômica => Construir um Aquecedor Solar com materiais disponíveis em lojas de materiais para construção.
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Estudo do consumo de energia elétrica por um chuveiro elétrico
 
Explicações gerais do projeto experimental do Aquecedor Solar de água feito só com tubos de PVC próprios para água potável
Esse Aquecedor solar de água é um sistema composto por coletores solares instalados sobre o telhado e ligados em uma caixa de água revestida com isolante térmico, que servirá para armazenar a água que foi aquecida nos coletores. Depois essa água (quente) será usada para o banho.
O sistema funciona por termo-sifão, ou seja: a água do fundo do reservatório (água mais fria) vai para os coletores que são instalados abaixo do nível inferior do reservatório; quando o sol bater nos coletores, vai aquecer a água que está dentro deles; a água quente vai ficar mais leve, e será empurrada de volta para o reservatório térmico pela água mais fria (mais pesada) que virá do fundo do reservatório para a base dos coletores. Essa circulação será natural e constante enquanto tiver sol.
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Estudo do consumo de energia elétrica por um chuveiro elétrico
 
Explicações gerais do projeto experimental do Aquecedor Solar de água feito só com tubos de PVC próprios para água potável
CIRCUITO DA ÁGUA QUENTE
- Entrada de água fria no reservatório pelo tubo redutor de turbulência
- Saída de água fria do reservatório para o coletor 
- Entrada de água fria no coletor
- Saída de água aquecida no coletor
- Entrada de água aquecida no reservatório
- Saída de água quente do reservatório pelo pescador
- Registro para dosar o volume de água quente no chuveiro
CIRCUITO DA ÁGUA QUENTE
- Entrada de água fria no reservatório pelo tubo redutor de turbulência
- Saída de água fria do reservatório para o coletor 
- Entrada de água fria no coletor
- Saída de água aquecida no coletor
- Entrada de água aquecida no reservatório
- Saída de água quente do reservatório pelo pescador
- Registro para dosar o volume de água quente no chuveiro
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Dimensionar o Aquecedor Solar
O dado mais importante é saber quanto as pessoas da casa consomem de água para os banhos. Para isso é preciso saber qual é a vazão de água no chuveiro e quanto tempo as pessoas demoram no banho.
Por exemplo: a vazão de água média de um chuveiro comum é de 3,5 litros por minuto, e o tempo médio de um banho é de 10 minutos; então um banho de 10 minutos vai consumir (10 x 3,5 = 35) 35 litros de água. Isso quer dizer que, para cada pessoa será necessário 35 litros de água quente para o banho; então, teoricamente um Aquecedor Solar de 35 litros seria o suficiente, mas temos que fazer esse cálculo com uma boa sobra porque nem todos os dias tem 100% de sol, nem toda a água do reservatório térmico fica totalmente e igualmente quente, e nem todos tomam banho em 10 minutos; então vamos arredondar esse número para 50 litros por pessoa. (Obs.: em regiões mais quentes esse valor pode ser 40 litros por pessoa). Assim, uma família de 4 pessoas vai consumir (50 x 4 = 200) 200 litros de água quente por dia, ou seja, um Aquecedor Solar com um reservatório de 200 litros é o ideal para essa família. Esse valor de 50litros por pessoa é o número padrão que normalmente é usado para dimensionar o reservatório térmico desse modelo de Aquecedor Solar.
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Montagem do Coletor feito com PVC
O desenho ilustrado logo abaixo, mostra o coletor solar que vamos construir. 
Para isso será necessário tubos e placas de PVC, terá uma área aproximada de captação solar de 0,9m². 
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Reservatório térmico 
 O reservatório térmico tem a função de manter a temperatura da água isolado de temperaturas externas. Com tubulações para água quente e fria, tem a capacidade de sincronizar o fluxo de água de modo que as temperaturas da água não se misturem, distribuindo para a saída de água correspondente. 
Para armazenamento da água aquecida, é necessário um reservatório com isolamento térmico. 
Existem alguns tipos de isolamentos, são eles:
Boiler:
 Vantagem: Já é próprio para isolamento térmico.
 Desvantagem: Custo elevado. 
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Reservatório térmico 
Caixa d’água com espuma expansiva: 
Vantagem: Pode ser utilizada a caixa própria e apenas aplicará a espuma. 
Desvantagem: Processo trabalhoso e fácil perda de controle de qualidade
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Reservatório térmico 
Caixa d’água com manta térmica com laminado: 
Vantagem: Fácil de instalar, vende em lojas de construção e não precisa de uma mão de obra especializada. 
Desvantagem: a resistência à água é pequena, ou seja, em casos de chuvas fortes. 
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Reservatório térmico 
Caixa d’água com lã de vidro
 Vantagem: É resistente. 
Desvantagem: Aplicação pouco complexa, não resistente a incêndios. 
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Reservatório térmico 
Qual vai ser utilizado? 
Diante das vantagens, desvantagens e custos, ficou mais viável ao grupo a utilização do lã de vidro pois mesmo tendo uma aplicação pouco complexa oferece uma resistência maior comparado à Manta Térmica laminada e um custo mais vantajoso comparado ao boiler é um trabalho com maior garantia de qualidade comparada a espuma expansiva.
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	Lista de materiais	Quantidade	Valor unitário Total (DEPÓSITO SIQUEIRA)	Valor unitário Total (DEPÓSITO SERAFIM)
	Placa de forro de PVC alveolar modular 1,25 x 0,62 m			
	Tubos de PVC marrom 32 mm			
	Luvas soldáveis de PVC marrom 32 mm		R$ 3,07	R$ 4,26
	Adaptador de PVC marrom 32 mm x 1"		R$ 3,07	R$ 4,44
	Joelhos 90° de PVC marrom soldável de 32 mm 			
	Cap PVC branco com rosca de 1"		R$ 3,95	R$ 3,53
	Caps de PVC marrom de 32 mm		R$ 80,00	R$ 99,96
	Esmalte sintético preto fosco 		R$ 129,64	R$ 113,26
	Lixa 120		R$ 4,29	R$ 4,15
	Fita crepe 		R$ 15,44	R$ 7,71
	Caixa d’água 1000l 		R$ 480,48	R$ 506,03
	Cola de contato		R$ 17,54	R$ 20,16
Material a ser utilizado x Custos 
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Mão de obra
Toda mão de obra referente à montagem do kit poderá ser desenvolvida por qualquer pessoa alfabetizada atravésdo manual de instruções. A rede hidráulica necessitará de mão de obra especializada
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Média de calor no ano 
	Mês	 irradiação solar diária média (kWh/m².dia)
	Janeiro	5,22 
	Fevereiro 	5,48
	Março 	4,70
	Abril 	4,14
	Maio 	3,42
	Junho 	3,17 (Solstício de inverno)
	Julho 	3,24
	Agosto 	3,24
	Setembro	4,24
	Outubro 	4,76
	Novembro 	5,14
	Dezembro 	5,69 (Solstício de verão)
Trópico de Capricórnio no Brasil: estados de São Paulo, Paraná e Mato Grosso do Sul.
Adotando como referência o estado de São Paulo:
Latitude: 23,5° S
Longitude: 46,6° O
Assim, temos os seguintes valores de irradiação solar diária média (kWh/m².dia):
Dados obtidos pelo site da CRESESB.
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Base de cálculos Lei de Fourier 
→ Lei de Fourier
Φ=k⋅A⋅∆T/l
Φ  → fluxo de calor, medido em Watt [W].
k → condutividade térmica, medida em [W/m⋅K]
A  → área da secção transversal, medida em [m2]
∆T  → variação de temperatura entre as regiões separadas pela parede, medida em Kelvin [K]
l  → espessura da parede ou extensão atravessada, medida em metros [m]
→ Fluxo de calor
Φ=QΔt"
Φ  → fluxo de calor, medido em Watt [W]
Q  → quantidade de calor, medida em Joule [J]
∆t  → variação do tempo de transmissão, medida em segundos [s]
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→ Calor relacionado à lei de Fourier
Q=k⋅A⋅ΔT⋅Δt/l
Q  → quantidade de calor, medida em Joule [J].
k → condutividade térmica, medida em [W/m⋅K]
A  → área da secção transversal, medida em [m2]
∆T  → variação de temperatura entre as regiões separadas pela parede, medida em Kelvin [K]
∆t  → variação do tempo de transmissão, medida em segundos [s]
l  → espessura da parede ou extensão atravessada, medida em metros [m]
Base de cálculos lei de Fourier 
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Resolução