Viabilidade de Termopainel para Aquecimento de Água

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UNIVERSIDADE DO OESTE DE SANTA CATARINA 
CAMPUS DE XANXERÊ 
ÁREA DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA 
CURSO DE ENGENHARIA BIOENERGÉTICA 
 
 
 
JOELCIR JOSÉ GHENO
RICARDO ALEXANDRE BALENA
 
 
 
AVALIAÇÃO DE VIABILIDADES CONSTRUTIVAS E ECONÔMICAS DE UM DADO MODELO DE TERMOPAINEL PARA AQUECIMENTO DE ÁGUA
 
 
XANXERÊ – SC
2014
JOELCIR JOSÉ GHENO
RICARDO ALEXANDRE BALENA
AVALIAÇÃO DE VIABILIDADES CONSTRUTIVAS E ECONÔMICAS DE UM DADO MODELO DE TERMOPAINEL PARA AQUECIMENTO DE ÁGUA
Trabalho de conclusão de curso apresentado à disciplina de Trabalho Final de Curso, do Curso de Engenharia Bioenergética da Universidade do Oeste de Santa Catarina, campus de Xanxerê como avaliação final.
 Orientador: Prof. Engº Roberto V. Maffei
XANXERÊ – SC
2014
JOELCIR JOSÉ GHENO
RICARDO ALEXANDRE BALENA
AVALIAÇÃO DE VIABILIDADES CONSTRUTIVAS E ECONÔMICAS DE UM DADO MODELO DE TERMOPAINEL PARA AQUECIMENTO DE ÁGUA
Trabalho final de curso apresentado à banca examinadora em julho de 2014, na UNOESC – Universidade do Oeste de Santa Catarina como requisito para obtenção de título de Engenheiro Bioenergético.
Aprovado em: 09 de julho de 2014
BANCA EXAMINADORA
___________________________________________________________________
Prof. Engº ROBERTO VASCONCELLOS MAFFEI
Universidade: UNOESC – Universidade do Oeste de Santa Catarina
___________________________________________________________________
Prof. Engº AILSON OLDAIR BARBISAN
Universidade: UNOESC – Universidade do Oeste de Santa Catarina
___________________________________________________________________
Prof. Engº JOAO GILBERTO ASTRADA CHAGAS FILHO
Universidade: UNOESC – Universidade do Oeste de Santa Catarina
Dedicamos este trabalho a todas as pessoas que de uma forma ou outra estiveram nos ajudando, especialmente a nossos familiares e professores do curso de Engenharia Bioenergética.
AGRADECIMENTOS
Agradecemos em primeiro lugar a Deus, por ter nos dado força para a realização deste trabalho. Aos nossos familiares pela força, incentivo e paciência para com nós. Agradecemos em especial ao Coordenador do Curso Professor Engº Marcellus Tiburcio Fontenelle, que durante todos os semestres procurou nos orientar da melhor forma possível, e durante a disciplina “Trabalho Final de Curso” não mediu esforços para que o nosso trabalho fosse concluído com êxito. Também agradecemos ao nosso Orientador Professor Engº Roberto Vasconcellos Maffei, que sempre procurou nos Orientar da melhor forma possível, e também não mediu esforços para termos êxito na conclusão do trabalho. Agradecemos ainda aos outros professores do curso que sempre nos orientaram e tiveram a paciência de nós tirar dúvidas.
“Talvez não tenha conseguido fazer o melhor, mas lutei para que o melhor fosse feito. Não sou o que deveria ser, mas Graças a Deus, não sou o que era antes”.
 (Marthin Luther King) 
RESUMO
O trabalho tem como objetivo realizar um estudo de rendimento térmico e viabilidade construtiva e econômica de um dado modelo de termopainel. Inicialmente se apresenta uma revisão bibliográfica sobre os principais assuntos referentes à energia solar para aquecimento de água, materiais e equipamentos para uso dessa energia. É apresentado também o projeto com o modelo proposto, sua forma construtiva e funcional deste, além de todos os materiais envolvidos na construção. Foram apresentadas as formas e periodicidade da coleta dos dados. Neste trabalho também foram expostos todos os resultados colhidos durante o período da coleta, como estes dados foram tratados para se chegar aos quadros e médias apresentados. Com estes dados foram feitos gráficos para uma melhor visualização dos resultados e foi feito também toda a apresentação destes cálculos para que se pudessem fazer as análises propostas. Ao fim deste é apresentada uma conclusão de todos os dados e as possíveis viabilidades de implantação em uma residência assim como seu rendimento.
Palavras-chave: Energia Solar. Aquecimento de Água. Rendimento Térmico. Viabilidade Econômica.
ABSTRACT
The work aims to conduct a study of thermal efficiency and constructive and economic viability of a given term panel model. Initially it presents a literature review on the main issues related to solar energy for heating water, materials and equipment for use of this energy. It also presented the project to the proposed model, its constructive and functional form of this, plus all the materials involved in the construction. Forms and frequency of data collection were presented. This study were also exposed all results collected during the collection period, as these data have been processed to arrive at the tables and averages presented. With these data, graphs were made for better visualization of the results and was also made the whole presentation of these calculations so that they could make the proposed analyzes. At the end of a conclusion of all data and possible feasibility of deployment in a residence as well as their performance is presented.
Keywords: Solar Energy. Water Heating. Thermal performance. Economic Viability.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1: Tipos de Radiação Solar que Atingem a Superfície...................................18
Figura 2: Heliógrafo...................................................................................................20
Figura 3: Piranômetro................................................................................................20
Figura 4: Actinógrafo.................................................................................................21
Figura 5: Pireliômetro................................................................................................21
Figura 6: Translação da Terra...................................................................................22
Figura 7: Rotação da Terra.......................................................................................23
Figura 8: Altitude em Relação ao Nível do Mar.........................................................25
Figura 9: Latitudes.....................................................................................................25
Figura 10: Longitudes................................................................................................26
Figura 11: Termopar Eletrônico.................................................................................29
Figura 12: Tipos de Sistemas Fotovoltaicos..............................................................31
Figura 13: Sistema de Aquecimento de Água Convencional.....................................32
Figura 14: Esboço do Projeto....................................................................................34
Figura 15: Planta Baixa do Local...............................................................................36
Figura 16: Vista Aérea do Local de Coleta de dados................................................37
Figura 17: Termômetro de Mercúrio..........................................................................38
Figura 18: Estação Meteorológica Instalada no Campus da UNOESC– Xanxerê....39
Figura 19: Base do Painel..........................................................................................41
Figura 20: Painel Montado.........................................................................................42
LISTA DE QUADROS, GRÁFICOS E TABELAS
Quadro 1: Características do Sol...............................................................................16
Quadro 2: Valores Médios Anuais de Radiação Solar Sobre a Superfície da Terra, dados em kWh/m².dia................................................................................................18
Quadro 3: Custos do Experimento.............................................................................43
Quadro 4: Médias Semanais de Radiação e Acúmulo de Chuvas............................45
Quadro 5: Médiasdas temperaturas ambiente (T.A) e do reservatório (T.R)...........46
Quadro 6: Valores do kW/h dos Últimos Meses........................................................50
Gráfico 1: Gráfico de Incidência Solar em Xanxerê...................................................19
Gráfico 2: Gráfico de Interação Entre Dados das Médias Semanais.........................45
Gráfico 3: Gráfico das Médias de Temperaturas.......................................................46
Tabela 1: Condutividade Térmica de Alguns Materiais..............................................27
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
δ - declinação solar
η - Rendimento
% - por cento
N° - número
°C – graus Celsius
m² - metro quadrado
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas
ANEEL – Agência Nacional de Energia Elétrica
cm – centímetros
CRESESB - Centro de Referência para Energia Solar e Eólica Sérgio de Salvo Brito
CRV – Centro de Referência Virtual do Professor
DJ – Dias Juliano
ergs/s – unidade de energia ou trabalho por segundo
g/m³ - gramas por centímetro cúbico
GTES – Grupo de Trabalho de Energia Solar
h – horas
J – Joules
k – condutividade térmica dos materiais
kg – quilograma
km – quilometro
km/s – quilômetros por segundo
kWh – quilo watts por hora
LCD – display de cristal líquido
m – metros
mm – milímetros
min. – minutos
N – norte
NB – Norma Brasileira
O – oeste
PMCMV – Programa Minha Casa Minha Vida
PUR – Poliuretano 
Q – calor
Qt – calor total
Qu – calor útil
R$ - Reais
s – segundos
S – sul
SI – Sistema Internacional
T.A – temperatura ambiente
Tf – temperatura final
Ti – temperatura inicial
T.R – temperatura reservatório
x – multiplicação
W - Watts
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ....................................................................................................14
1.1 OBJETIVO GERAL..........................................................................................14
1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS............................................................................14
1.3 JUSTIFICATIVA...............................................................................................15
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA...........................................................................16
2.1 SOL..................................................................................................................16
2.2 RADIAÇÃO SOLAR.........................................................................................17
2.3 INSTRUMENTOS DE MEDIÇÃO DE RADIAÇÃO...........................................19
2.4 A TERRA E SEUS MOVIMENTOS..................................................................22
2.5 CONDUTIVIDADE TÉRMICA DOS MATERIAIS.............................................26
2.5.1 Calorimetria.............................................................................................27
2.5.2 Rendimento Térmico..............................................................................28
2.6 TEMPERATURA E SEUS INSTRUMENTOS DE MEDIÇÃO..........................28
2.7 IMPORTÂNCIA AMBIENTAL...........................................................................30
2.8 APROVEITAMENTO DA ENERGIA SOLAR...................................................30
2.8.1 Energia Fotovoltaica...............................................................................30
2.8.2 Energia Termossolar para Aquecimento de Água...............................32
2.9 LEGISLAÇÃO..................................................................................................33
3 MATERIAIS E MÉTODOS...................................................................................34
3.1 PROJETO E CONSTRUÇÃO..........................................................................34
3.2 LOCAL DA COLETA DE DADOS....................................................................36
3.3 EQUIPAMENTOS UTILIZADOS PARA CONSTRUÇÃO DO EXPERIMENTO E COLETA DE DADOS.............................................................................................37
3.4 COLETA DE DADOS.......................................................................................39
3.5 CÁLCULOS......................................................................................................40
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES............................................................................41
4.1 CONSTRUÇÃO DO PAINEL...........................................................................41
4.2 CARACTERISTICAS DE FUNCIONAMENTO.................................................42
4.3 CUSTOS DE FABRICAÇÃO DO EXPERIMENTO...........................................43
4.4 COLETA DE DADOS.......................................................................................44
4.5 RENDIMENTO TÉRMICO DO PAINÉL............................................................47
4.5.1 Média Geral............................................................................................47
4.5.2 Média entre 7:00 e 17:30.......................................................................48
4.5.3 Dia 22/03.................................................................................................48
4.6 VIABILIDADE ECONÔMICA DE INSTALAÇÃO EM UMA RESIDÊNCIA........49
5 CONCLUSÃO.......................................................................................................52
REFÊRENCIAS BIBLIOGRÁFICAS..........................................................................53
ANEXO 1: Quadro Geral de Coleta de dados............................................................56
1 INTRODUÇÃO
Desde a crise petrolífera em 1973 e as dificuldades de venda que os países Árabes, grandes produtores de petróleo impuseram na época, causando um grande aumento de preço no barril de petróleo (COMETTA, 2004), e diante desta situação houve a necessidade de repensar a matriz energética então vigente, buscando fontes alternativas de energias. Uma vez que as reservas dos combustíveis fósseis são finitas, se faz necessário, com a maior rapidez possível, o desenvolvimento de novas fontes de energia, renováveis e não poluentes. E é exatamente nesse cenário que entra a energia solar, que chega até nós de forma gratuita (PALZ, 2002) e em grandes quantidades.
	Este trabalho apresenta vários assuntos relacionados à energia solar, radiação e os efeitos que a localização geográfica e a topografia têm sobre as quantidades de energia solar disponível em cada local. Também é abordado o aquecimento de água no Brasil e algumas legislações e incentivos que já colaboram para o crescimento da utilização deste tipo de energia. É apresentado também um experimento com um modelo proposto de painel termossolar, que foi testado durante dois meses, fazendo-se quatro leituras diárias das temperaturas ambiente, da água no reservatório e o acumulado de radiação solar em cada dia, será apresentado os materiais utilizados e os métodos para a construção, coleta de dados e resultados obtidos com deste novo modelo. 
1.1 OBJETIVO GERAL
	Avaliar o rendimento térmico, viabilidade econômica e construtiva de um modelo proposto de painel termossolar para aquecimento de água.
1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
a) Caracterização da energia solar;
b) Projeto do painel termossolar do modelo proposto;
c) Construção do painel termossolar do modelo proposto utilizando-se de materiais recicláveis;
d) Fazer os testes necessários para que possamos ter uma avaliação do modelo proposto;
e) Viabilidade econômica (baixo custo);
f) Possíveis economias caso instalado em uma residência, com um painel termossolar de tamanho maior.
 
1.3 JUSTIFICATIVA
	
A radiação incide sobre a terra todos os dias, tendo variações dependendo de fatores climáticos que podem diminuir sua intensidade e também dependendo da época do ano que altera a inclinação da terra em relação ao sol, diminuindo a incidência direta de radiação, porém esses fatores negativos são compensados pelos fatores positivos, pois o custo é apenas o da compra, instalação e manutenção dos equipamentos para conversão da energia solar em energiatérmica ou elétrica. A radiação solar incidente no Brasil é uma das maiores do mundo, sendo superior à da maioria dos países da Europa.
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
2.1 SOL
Toda energia da terra provêm do sol através da radiação, até mesmo o petróleo, isso porque os organismos formadores do petróleo se beneficiaram da energia desse astro, porém nem toda energia do sol que chega ao planeta atinge a superfície, boa parte é refletida para fora do planeta através dos gases da atmosfera, a parte que chega à superfície é absorvida principalmente pelas plantas, pelo solo, e pela água (MOURA e PANZERA, 2009).
O sol é dito como astro central do nosso sistema, possui mais de 99,8 % massa total do sistema solar e sua massa é cerca de 330 000 mil vezes maior que a terra. Sua composição é basicamente hidrogênio e hélio, mas apresenta traços de outros metais, a distancia média da terra é de aproximadamente 150 milhões de quilômetros e sua luz demora 8 minutos e 18 segundos para chegar à terra (VAREJÃO-SILVA, 2005).
No Quadro 1, podemos ver algumas características do sol.
Quadro 1: Características do Sol
 Fonte: Introdução a Astronomia e Astrofisica (2003)
	Segundo Stensmann (2013), energia que o planeta recebe do sol é em média 1400 W/m², para termos uma ideia, a energia que a terra recebe em um dia é equivalente a toda energia consumida no mundo por 27 anos (LOPEZ, 2012).
 	A primeira coisa a dizer é: sem sol, logo sem vida, o planeta depende do sol por inteiro, primeiro por que a terra tem seu movimento de translação uniforme influenciado pelo campo magnético do sol, se o sol desaparecesse a terra poderia vagar sem rumo pelo espaço. Ainda que o sol influenciasse a terra quanto a sua órbita, mas não emitisse mais a sua luz, a vida na terra acabaria em pouco tempo, ele é responsável direto pela energia do planeta, sem ela não tem fotossíntese das plantas, que é fonte primária de alimentos, as águas congelariam por não ter calor suficiente para mantê-las em estado líquido (VAREJÃO-SILVA, 2005).
2.2 RADIAÇÃO SOLAR
	A radiação é a forma que o sol emite sua energia, são ondas eletromagnéticas curtas que viajam à velocidade da luz e atingem a terra o tempo inteiro. Geralmente o horário de maior incidência de radiação ou com maior intensidade em um dado local é por volta do meio dia, caso o tempo fique nublado ou sob influência de neblina o nível de radiação cai bastante. Já à noite, a radiação solar incidente em determinado local vai a zero. O nível de radiação solar que atinge um determinado ponto varia bastante e depende de vários fatores como: altitude, longitude, latitude, variação de nuvens, dia ou noite e principalmente a declinação solar (BISCARO, 2007).
	Segundo Lopez (2012), existe três tipos de radiação: direta, difusa e refletida. A totalidade de radiação que atinge um corpo qualquer é a soma destas três. Conforme as variações climáticas estas três radiações podem sofrer uma serie de mudanças até sua chegada ao solo.
Radiação direta é aquela que não sofre qualquer mudança de direção a não ser aquela sofrida pelos raios solares na atmosfera. Já radiação difusa é aquela recebida por um corpo cuja direção dos raios solares foi modificada por reflexões na atmosfera, geralmente ocasionada pela presença de nuvens e nevoeiros. Por fim a radiação refletida é aquela em que os raios solares são refletidos por algum corpo ou superfície e recebidos por outro corpo, depende muito das características do solo e posição do elemento receptor (LOPEZ, 2012). Pode ser visualizado de forma mais simplificada as três formas de radiação solar na Figura 1.
Figura 1: Tipos de Radiação Solar que Atingem a Superfície.
Fonte: Greenpro, 2004.
Segundo Cometta (2004), quando citamos a radiação média da terra, a energia recebida pela atmosfera e na superfície, em dias claros, são bem diferentes, chegam a valores próximos a 40 % menores na superfície que fora dela, pode-se ver no Quadro 2 quanto esses valores variam ao decorrer da latitude.
Quadro 2: Valores Médios Anuais de Radiação solar Sobre a Superfície da Terra, Dados em kWh/m².dia.
	Latitude
	0’’
	10’’
	20’’
	30’’
	40’’
	50’’
	60’’
	70’’
	80’’
	90’’
	Fora da Atm
	10,2
	10,06
	9,61
	8,92
	8,02
	6,91
	5,63
	4,87
	4,43
	4,24
	Sobre a superfície
	6,63
	6,57
	6,42
	6,1
	5,49
	4,69
	3,76
	3,22
	2,84
	2,64
Fonte: Cometta, 2004.
	Mas não é somente pela latitude e longitude que o local é influenciado para o nível de radiação recebido, além de sofrer uma leve influencia da altitude, o local também é fortemente influenciado pelas condições climáticas (BISCARO 2007). Como por exemplo, podemos citar um deserto que praticamente não recebe níveis significativos de chuvas e nunca ocorre neblina, mesmo estando longe da linha do Equador, terá altos níveis de radiação anual se comparado a uma floresta tropical onde a ocorrência de chuvas e neblinas são constantes, mesmo ela se situando na linha do Equador.
	O site Sundata, é um local onde inserindo os valores de latitude e longitude podemos consultar valores aproximados dos índices de radiação solar em diferentes localidades no Brasil. O site tem como fonte de dados estações meteorológicas espalhadas em diferentes locais do país. Também pode-se consultar a radiação no plano horizontal ou inclinado em 23°N, 27°N e 47°N, no Gráfico 1 podemos verificar o exemplo de uma consulta feita para a cidade de Xanxerê – SC para o plano inclinado de 23°N.
Gráfico 1: Gráfico da Incidência Solar em Xanxerê.
 
Fonte: Sundata, 2014.
2.3 INSTRUMENTOS DE MEDIÇÃO DE RADIAÇÃO
	Existem diversos tipos de aparelhos para medição da radiação solar, para cada tipo de radiação existe um aparelho que seja o mais indicado, segundo Palz (2002), o aparelho para medição do tempo de insolação diária é o Heliógrafo, que mede somente em radiação direta, caso alguma nuvem projete sombra sobre o Heliógrafo, dependendo da sua sensibilidade ele para de contabilizar, essa sensibilidade pode variar de aparelho para aparelho, mas geralmente fica na faixa de 70 a 280 Wm-². Podemos visualizar o exemplo de um Heliógrafo na Figura 2.
Figura 2: Heliógrafo
Fonte: Greenpro, 2004.
	Para Lopez (2012), o aparelho para medição solar global, que mede no plano horizontal e inclinado é o Piranômetro, que pode ser visto na Figura 3. E como coloca Palz (2002), este aparelho recebe a energia de todo o hemisfério celeste, ou seja, de todas as direções, essa energia pode ser de qualquer tipo de radiação: direta, indireta ou difusa (refletida). Este aparelho fica repousado sobre uma base fixa e não se move ou se inclina.
Figura 3: Piranômetro
Fonte: Lopez, 2012.
	Outro aparelho de medição global de energia, segundo a CRESESB (Centro de Referência para Energia Solar e Eólica Sérgio de Salvo Brito) (2014), é o Actinógrafo, este é composto por sensores que são baseados em expansão diferencial de um par bimetálico, esses sensores são conectados a uma pena, que quando se expande registra o valor instantâneo da radiação. Este aparelho apresenta uma precisão em torne de 15 a 20 % e podemos visualiza-lo na Figura 4.
Figura 4: Actinógrafo
Fonte: Cresesb, 2014
	Segundo a CRESESB (2014), outro equipamento de medição de radiação é o Pireliômetro, porem este mede somente a radiação direta, ele possui uma pequena abertura onde visualiza somente o sol e sua região vizinha denominada circunsolar, este equipamento é seguidamente ajustado ao movimento solar, pode-se ver um Pireliômetro na Figura 5.
Figura 5: Pireliômetro
Fonte: Cresesb, 2014
	Esses aparelhos de medição podem operar sozinhos ou em conjunto com outros, geralmente em uma estação meteorológica, esta estação é um local onde diversos aparelhos medem os mais variados tipos de dados relacionados à meteorologia, tais como: temperaturas de bulbo úmido e bulbo seco, pressão atmosférica, umidade relativa e absoluta do ar, velocidade do vento, índices pluviométricos, índices de radiação e insolação entre outros (VAREJÃO-SILVA, 2005)
 2.4 A TERRA E SEUS MOVIMENTOS
Como a maioria dos planetas a terra é um planeta esférico, tem seu raio aproximadode 6,3 mil quilômetros e possui uma atmosfera gasosa composta principalmente por nitrogênio e oxigênio, mas também tem em sua minoria hélio, neônio, argônio, xenônio e criptônio (BISCARO, 2007).
A terra tem dois movimentos que são responsáveis principalmente pelas estações do ano e dias e noites, que são translação e rotação. Translação é o movimento anti-horário que a terra faz em torno do sol, é um movimento contínuo elíptico, tem duração de 365 dias, 6 horas e 9 minutos, durante este movimento a terra sofre uma declinação que vai de 23,27° a -23,27°, pode ver visualizado mais precisamente na Figura 6 como é esse movimento (BISCARO, 2007).
Figura 6: Translação da Terra
Fonte: Introdução a Astronomia e Astrofisica (2003)
Rotação é o movimento de leste para oeste que a terra faz em seu próprio eixo, é responsável pelos dias e noites e tem duração de 23 horas, 56 minutos e 4 segundos. Na Figura 7 pode ver visto como é a mecânica desse movimento.
Figura 7: Rotação da Terra
Fonte: Crv Educação, 2014
Tecnicamente, Biscaro (2007) chama de declinação solar (δ) o ângulo formado por uma linha imaginária que vai do centro da Terra ao centro do Sol, logicamente a declinação solar é diferente em pontos diferentes da Terra e que se diz respeito ao paralelos. O ângulo de declinação solar varia de acordo com a época do ano e é influenciado pelo movimento de translação da Terra ao redor do Sol. Esse ângulo de declinação varia entre 23°27” a -23°27”. Quando esse ângulo é atingido ao máximo é chamado solstício de inverno ou solstício de verão. Quando o valor da declinação e 0°, ou seja, o Sol encontra-se exatamente reto a linha do equador recebe o nome de equinócio. O equinócio acontece duas vezes ao ano.
	Ainda segundo Biscaro (2007), para se calcular a declinação solar para qualquer data que seja e usada a Equação 1:
Equação 1: 
δ = 23,45 x seno [(360/365) x (DJ- 80)] 
Onde:
DJ= dias Juliano corresponde aos dias percorridos a partir do dia 1 de janeiro até a data em que se deseja calcular a declinação.
	Porém para instalação de painéis, tanto para aquecimento de água tanto para eletricidade, o ideal seria instala-los de maneira que sempre o ângulo da incidência solar fosse perpendicular ao painel, porém como o ângulo solar muda todos os dias, cada fabricante faz uma recomendação para o melhor rendimento do seu painel, mas o mais indicado segundo coloca o Grupo de Trabalho de Energia Solar, a GTES (2004), é que o ângulo de instalação seja instalado próximo o ângulo de latitude para um painel fixo, caso seja possível mexer em sua inclinação durante o ano, pode ser inclinado no ângulo de latitude mais 15° no inverno e no verão seu ângulo de latitude menos 15°. E quanto a orientação, este deve estar direcionado para o Norte no hemisfério Sul e para o Sul no hemisfério Norte.
Segundo Varejão-silva (2005) e Biscaro (2007), as coordenadas terrestres que são: altitude, latitude e longitude ajudam a localizar com precisão qualquer ponto sobre a superfície terrestre, a altitude é medida em metros acima do nível do mar enquanto a altitude e longitude são medidas em graus, minutos e segundos. Para latitude e longitude a Terra foi dividida em linhas imaginárias sendo paralelos e meridianos.
	Para Varejão-Silva (2005), não basta apenas saber a latitude e a longitude para mapear um ponto exato sobre a superfície terrestre, se faz necessário uma terceira coordenada que é a altitude, poderia ser adotado para altitude uma medida a partir do centro da Terra, porém como é um valor alto, cerca de 6371 km rejeita-se essa hipótese e se adota uma medida de altura em metros acima do nível médio do mar observado em um período de vários anos. Considera-se altitude positiva tudo o que estiver acima desse ponto, e negativa tudo o que tiver abaixo desse ponto, como pode ser visto na Figura 8. Geralmente adotam-se pontos no litoral para esta medida, pois a superfície da Terra não é perfeitamente igual em todos os pontos, por isso que são adotados vários pontos nos litorais como base, pois pontos muito distantes poderiam dar a impressão de altitudes incorretas.
Figura 8: Altitude em Relação ao Nível do Mar.
Fonte: MEC, 2009
	De acordo com Biscaro (2007), a divisão da Terra feita principalmente em dois hemisférios: hemisfério norte e hemisfério sul. Cada um dos hemisférios e subdivididos em diversas linhas chamadas paralelos, como pode ser visto na Figura 9. Toda e qualquer distância a partir da linha do equador que divide os dois hemisférios e é tida como referência é chamada de latitude. A latitude pode variar de 0o a 90o. Quando a latitude é localizada no hemisfério sul é dita como latitude negativa e positive quando for localizada no hemisfério norte. Também pode se dizer que pode haver inúmeros locais com a mesma latitude, desde que se localizem no mesmo paralelo.
Figura 9: Latitudes
Fonte: MR DOWLING, 2014
Para Varejão-Silva (2005), a divisão da Terra pelo meridiano de Greenwich separando a em leste e oeste leva o nome de longitude. O nome do meridiano de Greenwich foi dado pelo fato de essa linha passar justamente em cima do observatório astronômico da cidade de Greenwich na Inglaterra. As demais linhas que subdividem a Terra em relação ao meridiano de Greenwich se chamam meridianos e variam suas medidas de 0° a 180° a oeste e de 0° a 180° a leste. Essas linhas podem ser melhor visualizadas na Figura 10.
Figura 10: Longitudes
Fonte: WORLD MAPS, 2014
2.5 CONDUTIVIDADE TÉRMICA DOS MATERIAIS
	Segundo o site de estudos da Unioeste (2013), a condutividade térmica consiste em uma grandeza física na qual se pode medir a capacidade de uma substância em conduzir o calor. Essa grandeza física permite distinguir materiais que são bons condutores térmicos de materiais que não são bons condutores térmicos. Mais tecnicamente, pode ser definida como a energia transferida sob a forma de calor por segundo, medida através de uma superfície de um material que se deseja medir a capacidade que tenha a medida de 1 m² de área e 1 m de espessura, quando a diferença de temperaturas entre as duas faces dessa superfície é de 1 K. k = condutividade térmica do material. Exprime-se no Sistema Internacional (SI) em watt por metro e por kelvin (W/(mK)). A condutividade térmica funciona sempre com o objetivo de equilibrar as temperaturas dos materiais em contato, sempre a condução acontecendo do material com maior temperatura para o material com menor temperatura. Na Tabela 1, pode-ser ver alguns exemplos da condutividade térmica dos materiais.
Tabela 1: Condutividade Térmica de Alguns Materiais.
Fonte: Tinôco, 2001
2.5.1 Calorimetria 
	
	Segundo Bonjorno (19xx), calorimetria e a parte da física em que se estuda a troca de calor entre os corpos. Calor é a energia térmica que transita em corpos com diferentes temperaturas, e temos dois tipos de calor:
a) Calor Latente: que é o calor perdido ou recebido numa mudança de estado;
b) Calor Sensível: este é o que acarreta somente a mudança de temperatura ao ser ganho ou perdido
 Já calor (Q), é uma grandeza pela qual podemos medir a energia térmica em trânsito quando é trocada entre corpos ou sistemas com temperaturas diferentes. A quantidade de calor sensível entre os corpos pode ser medida através da equação fundamental da Calorimetria, pode ser visualizado esta equação na Equação 2.
Equação 2:
Q = m.c.(ΔT)
Onde:
Q é a quantidade de calor sensível dado em calorias;
m é a quantidade de massa dado em gramas;
c é o calor específico da substância;
ΔT é a diferença de temperatura, ou seja temperatura final menos temperatura inicial ( Tf-Ti);
	Segundo Bonjorno (19xx), 1 caloria é igual a 4,186 Joules, e Watts é a potência dada pelo trabalho executado em determinado tempo, ou seja: Joules por segundo igual a Watts ( W= J/s). Logo, pode ser aplicado isso como uma equação, onde potência é igual a Joules por segundo, conforme se pode visualizar na equação 3.
Equação 3:
Potência = Joules / tempo (em segundos)
2.5.2 Rendimento Térmico
	Segundo Cordeiro (2010), rendimento térmico é a capacidade de uma máquinaou equipamento em transformar o seu combustível, seja ele qual for, em trabalho ou mesmo em calor. Existem inúmeras formas de calcular o rendimento térmico, cada equipamento pela sua construção ou forma de funcionar pode ter a sua equação em particular. Uma equação muito usada em geradores de vapor é que serve também para muitos outros equipamentos é a Equação 4 dada a seguir (ANDRADE, 20xx).
Equação 4: = ( Qútil / Qtotal ) x 100
Onde: Qútil = total de calor aproveitado pelo sistema
	Qtotal = total de calor disponibilizado para o sistema
2.6 TEMPERATURA E SEUS INSTRUMENTOS DE MEDIÇÃO
Temperatura é o indicador da energia cinética molecular de um corpo, ou seja, a vibração de suas moléculas (ANACLETO, 2007).
Segundo Rocha (2012), instrumentos de medição de temperatura são extremamente necessários nos mais diversos setores da sociedade, como indústria, medicina, meteorologia, entre outras.
Anacleto (2007) relata que a temperatura é uma das grandezas físicas mais medidas e controladas, praticamente todos os fenômenos físicos dependem da temperatura. Logo é preciso instrumentos para que se possa medi- lá. O instrumento de medição mais comum é o termômetro que pode haver dezenas de variações tanto quanto exatidão, métodos de medição e gama de medição (capacidade de medição).
Segundo Anacleto (2007), os principais tipos de termômetros são os termômetros de dilatação que podem usar líquidos como dilatadores, os principais líquidos usados são o mercúrio, álcool, tolueno e acetona. Também pode ser usados metais como produto da dilatação, geralmente o termômetro que usa o metal é chamado bimetal.
De acordo com Rocha (2012), é um tipo de termômetro mecânico que usa dois metais com coeficientes de dilatação diferente, assim quando houver variação na temperatura esses metais variam sua dilatação de forma diferente, fazendo assim com a ajuda de um relógio calibrado a medição da temperatura. Esse tipo de termômetro é o tipo mais comum na indústria, por ser de baixo custo e também com uma boa confiabilidade. Na Figura 11 pode-se verificar como funciona um termopar.
Figura 11: Termopar Eletrônico.
Fonte: Ehow, 2014
2.7 IMPORTÂNCIA AMBIENTAL 
Para Siqueira (2009), aquecedores solares para água seria uma excelente alternativa para a redução das contas de energia elétrica no Brasil, além de ser bom para a economia do país nos mais diversos setores também é uma ótima alternativa a redução do consumo de combustíveis fósseis e redução de áreas alagadas para construção de hidroelétricas. Porém esses coletores solares devem ter a maior eficiência possível com o menor custo. Já existem diversos estudos e experiências sendo feitas com esses objetivos, inclusive em muitos desses estudos estão se usando em grande parte de sua construção apenas materiais recicláveis como garrafas pet e caixinhas de leite, deixando os coletores com baixíssimo custo. Ainda segundo Siqueira (2009), o setor residencial consome aproximadamente 24% da energia elétrica brasileira, e somente os chuveiros elétricos consomem 18% da energia elétrica em horário de pico. Se fosse mais popularizado um projeto simples e de baixo custo para as residências brasileiras, a economia seria muito grande, e daria de certo modo uma folga na pressão sobre o setor elétrico para a construção de novas fontes de energia.
2.8 APROVEITAMENTO DA ENERGIA SOLAR
	Segundo Coutinho (2013), o uso da energia solar no mundo é muito difundida na Europa, EUA, China e Canadá, tanto para geração elétrica quanto para aquecimento de água. No Brasil, o uso dessa alternativa energética renovável ainda está no início. Com a lei de micro geração promulgada aprovada no ano de 2012, abriu-se novas oportunidades para que a população possa gerar sua própria energia a partir do pacote tecnológico de aplicação de painéis fotovoltaicos.
2.8.1 Energia Fotovoltaica
Os painéis fotovoltaicos atuais são fabricados de materiais monocristalinos, geralmente de custo baixo, com um revestimento anti refletivo de óxido de silício, possuem partes com grades de contato negativa, abaixo desta camada esta uma camada dopada com fósforo, mais abaixo desta, esta as pastilhas dopadas com boro. Geralmente essas células tem apenas 2 cm x 2 cm, mas um painel fotovoltaico pode conter centenas de células interligadas, e uma unidade produtora, dependendo do tamanho pode conter até milhares de painéis interligados. Porém existe outros materiais usados como dopadores, mas são mais caros e menos eficientes (PALZ, 2002).
Segundo Urbanetz Junior (2010), os sistemas fotovoltaicos se dividem principalmente em dois grandes grupos: Os sistemas interligados a rede e os sistemas isolados. Os sistemas ligados à rede, onde independente da quantidade de energia gerada, esta é lançada na rede de distribuição, para isto são requeridos diversos equipamentos específicos para este fim. Já o sistema isolado, produz energia e esta é consumida na própria unidade geradora, pode ser como sistema complementar ou único. Este último é de mais simples instalação, mas também conta com diversos aparelhos específicos para este fim. Pode ser a aplicação de sistemas fotovoltaicos na Figura 12.
Figura 12: Tipos de Sistemas Fotovoltaicos.
Fonte: Urbanetz JUNIOR, 2010.
Outro sistema para geração de energia elétrica segundo Lopez (2012) é a foto térmica, onde através de alguns equipamentos concentradores, como calhas parabólicas e sistemas tipo prato a energia solar é concentrada em uma pequena área, aquecendo fluídos térmicos, que podem gerar vapor e alimentar uma turbina elétrica.
2.8.2 Energia Termossolar para Aquecimento de Água
	Para Siqueira (2009), energia solar térmica é aquela onde é usada, de algum modo a energia solar para aquecimento de água, aquecimento de estufas, aquecimento de aviários, secagem de grãos, entre outros. Mas o principal modo, mais usado e estudado é a energia solar para aquecimento de água, onde é empregado os mais diversos modelos de termopainéis.
	Existem hoje dezenas de modelos de aquecedores solar para água, mas a maioria é para efeito de testes e experimentos, poucos chegam ao mercado, a maioria desses coletores são construídos com materiais de baixo custo, não tem um rendimento adequado e serve apenas para uso residencial, são completamente contraindicados para uso em grande escala (SIQUEIRA 2009).
Ainda como coloca Siqueira (2009), a maioria dos aquecedores solares no Brasil, a nível comercial e com rendimento, funcionamento e confiabilidade aceitável é o modelo de boiler, que tem como fluído térmico a própria água, e tem um funcionamento bem simples, como pode ser visualizado na Figura 13.
Figura 13: Sistema de Aquecimento de Água Convencional
Fonte: Siqueira, 2009.
	O funcionamento do sistema da Figura 13, é muito simples: a água fria proveniente de uma fonte externa qualquer, entra pela parte de baixo do boiler e ainda pela parte de baixo sai para o coletor solar, onde essa é aquecida e retorna para o boiler na parte de cima, onde no outro lado deste tem uma saída para o consumo. Essa diferença entre a entrada da água fria na parte de baixo, e quente na parte de cima se da pela diferença de densidade entre a água em diferentes temperaturas. Esse sistema ainda tem as suas variações, alguns boilers tem resistência elétrica em seu interior que ajudam no aquecimento em caso noturno ou em ausência solar. Alguns também contam com pequenas bombas de bombeamento e até mesmo caixas térmicas de armazenamento (SIQUEIRA, 2009).
2.9 LEGISLAÇÃO
Quando se fala em leis e decretos, que dizem respeito à energia solar exclusivamente, no Brasil quase não existem, e as que a citam a energia solar ainda são muito poucas, podemos citar a Resolução normativa Nº 77, de 18 de agosto de 2004, que: ‘’estabelece os procedimentos vinculados à redução das tarifas de uso dos sistemas elétricos de transmissão e de distribuição, para empreendimentos hidroelétricos e aqueles com fonte solar, eólica, biomassa ou cogeração qualificada, com potência instalada menor ou igual a 30.000 kW’’ (ANEEL).
Pode-se citar também a Resolução normativa482 da ANEEL, de 17 de abril de 2012, que estabelece regras e condições de microgeração e minigeração de energia elétrica para distribuição na rede com sistema de compensação.	Essa lei é a introdução de energia na rede por pequenos produtores, essa energia pode ser de qualquer fonte produtora, mais uma vez vemos que não é uma lei exclusiva à energia solar. Mas nos últimos anos, com as crescentes discussões sobre energias, o cenário tende a mudar, já existe em alguns municípios incentivos para quem tem sistemas alternativos de aquecimento de água, e recentemente com o programa do governo federal ‘’Minha Casa Minha Vida’’surgiu uma lei de incentivo, a lei 12.424, e mais especificamente o artigo 82 cita: ‘’Fica autorizado o custeio, no âmbito do PMCMV, da aquisição e instalação de equipamentos de energia solar ou que contribuam para a redução do consumo de água em moradias. ’’(BRASIL, 2011).
3 MATERIAIS E MÉTODOS
3.1 PROJETO E CONSTRUÇÃO
Com o experimento, que será apresentado nos esboços da Figura 14, onde este foi desenvolvido através do software SketchUP, se pretende construir um termopainel diferente dos modelos comerciais e também dos modelos que se vê em experimentos. O modelo proposto visará aquecer rapidamente a água que passará em seu interior, pois o mesmo deverá ter uma grande área de troca térmica se comparado ao volume de água. Para a água percorrer um caminho maior e ter uma maior área de troca térmica será feito chicanas na placa entre 8cm e 10cm de distância entre elas.
Figura 14: Esboços do Projeto 
 
Fonte: Os Autores
 O termopainel tem como reservatório recipiente de água já vencido, este será reciclado e o isolamento térmico do mesmo será feito com embalagens tetra Park usadas. A quantidade de água que se pretende usar nos testes será de 10 litros, em sistema fechado, ou seja: não tem saída ou entradas de água adicional serão sempre os mesmos 10 litros. O painel é interligado ao reservatório através de mangueiras de silicone com diâmetro interno de 5mm.
	Para a construção do termopainel foi ser adquirida uma chapa de aço com dimensões mínimas de 0,55m x 0,55m e espessura de 0,8 mm, pois a área útil deverá ter 0,50m x 0,50m, sendo que nas bordas deverá ser soldado uma tira de aço de 2,5cm de largura e 3mm de diâmetro. Essas partes metálicas deverão ser pintada com tinta esmalte preta própria para metais. A parte de cima do painel que servira como parte receptora da radiação solar será utilizado vidro temperado de 6mm nas mesmas dimensões da base da chapa metálica. 
Para se fazer a vedação e chicanas foi ser usado silicone PUR de alta abrasão, e para fixar o vidro sobre a placa metálica se usará ripas de madeiras laterais fixadas com parafusos e auxílio de sargento. Para a base do termopainel e reservatório poderá ser usado retalhos de madeiras. Para a circulação de água fria entre o termopainel e o reservatório será através da mangueira de 6mm instalada na parte inferior do reservatório e do termopainel, já para a circulação de água quente se instalará na parte superior. Para a conexão entre a mangueira e o reservatório foi ser usado furadeira com broca 6mm e a vedação da mesma poderá ser usado o silicone PUR. Como fixação das embalagens para isolamento térmico será usado cola e/ou fita adesiva.
A placa ficou estar orientada para o Norte e sua inclinação terá que ser de no mínimo a latitude do local de implantação do experimento, visto que isto resultará em raios solares mais perpendiculares á placa, a placa fica a pelo menos 60 cm do solo e o reservatório de água a 80 cm.
Próximo ao local da instalação do termopainel foi instalado um termômetro de mercúrio para coleta da temperatura ambiente, este ficará a sombra e em altura de aproximadamente 1,5m do chão, para a coleta de temperatura no interior do reservatório poderá ser usado um termômetro eletrônico termopar que tenha sensor com fio longo, já que o aparelho necessita ficar em local protegido do sol e da chuva, este deverá fazer as medições de forma contínua. Planeja-se que o experimento e os aparelhos de medição fiquem situados conforme a figura 15.
Figura 15: Planta Baixa do Local
Fonte: Os Autores
 3.2 LOCAL DA COLETA DE DADOS
Pela facilidade de coleta de dados nos horários pré-estabelecidos, principalmente em sábados, domingos e feriados e verificação de possíveis problemas optou-se que a instalação do experimento será na residência de um dos autores do trabalho. Esta se localiza no bairro Vista Alegre, na cidade de Xanxerê, Estado de Santa Catarina, as coordenadas do local, segundo o software Google Earth são: 26°53’33.15’’S e 52°23’37.90’’ O, e altitude aproximada de 850 metros em ralação ao nível do mar, conforme podemos ver na Figura 16. A instalação do painel deverá ser em local onde não haja sombreamento de qualquer que seja o objeto.
Figura 16: Vista Aérea do Local da Coleta de Dados
Fonte: Google Earth, 2014.
3.3 EQUIPAMENTOS UTILIZADOS PARA CONSTRUÇÃO DO EXPERIMENTO E COLETA DE DADOS
Para a construção do experimento se planeja utilizar alguns materiais reciclados, alguns novos, além de diversas ferramentas, conforme será listado abaixo:
a) Chapa de aço 8 mm medindo 0,55 m x 0,55 m;
b) Tiras de aço 10 mm x 3 mm;
c) Tinta esmalte preta pronta para pintura metalúrgica;
d) Guilhotina de corte 1000 mm;
e) Pistola de pintura com caneca 500 ml e bico 1.4 mm;
f) Máquina para solda MIG;
g) Vidro temperado 0,55 m x 0,55 m x 6 mm;
h) Silicone de Poliuretano (PUR) alta aderência;
i) Pregos 16 x 24;
j) Parafuso 24 x 6;
k) Vasilhame 20 litros de água;
l) Caixas de leite Tetra Pack;
m) Madeiras diversas;
n) Fita adesiva (50 mm de largura);
o) Arame recozido;
p) Mangueira de silicone;
q) Lata de alumínio;
r) Martelo;
s) Chave de fenda;
t) Arco de serra com serrinha;
u) Fita métrica;
v) Aplicador de silicone;
w) Sargento.
x) Bússola
y) Transferidor de grau 
Já para a coleta de dados, três importantes instrumentos de medição serão utilizados:
a) Termômetro Termopar Eletrônico;
Com este aparelho foi feita as medições da temperatura da água no interior do recipiente, este aparelho tem um fio longo de 2 metros entre o sensor e o aparelho, este sensor deverá ficar durante todo o período do experimento dentro da água e em nenhum momento poderá se intervir no processo. O termômetro deverá possuir um visor em LCD e sua medição necessita ser continua, ou seja, poderá se verificar a temperatura a qualquer momento. 
b) Termômetro de mercúrio (dilatação de líquido);
Este termômetro será usado para medições da temperatura ambiente. Este termômetro pode ser visualizado na Figura 17.
Figura 17: Termômetro de Mercúrio.
Fonte: Os Autores
c) Estação Meteorológica;
A estação meteorológica a ser utilizada para coleta de dados é a estação marca Davis, modelo Weatherlink Advantage PRO2. Esta estação está instalada junto ao Bloco H da UNOESC, que fica distante cerca de 5 km em linha reta do local em que o experimento será instalado. Para este experimento se buscará na estação dois dados importantes: a radiação solar acumulada em cada um dos dias e também os dados pluviométricos. A estação pode ser vista na Figura 18.
Figura 18: Estação Meteorológica Instalada no Campus da UNOESC – Xanxerê
Fonte: Os Autores
3.4 COLETA DE DADOS
	A coleta de dados das temperaturas acontecerá durante 60 dias contínuos, a partir do dia 15 de março de 2014 até o dia 13 de maio de 2014, ininterruptamente, em quatro horários pré-estabelecidos, sendo que os horários serão: às 07h00min horas, às 12h00min, às 17h30min e às 23h00min. Aqui nesta coleta, em cada horário se coletará as temperaturas do ambiente, temperatura da água no interior do reservatório e anotado a condição meteorológica do momento, todos esses dados serão anotados em uma prancheta de papel e posteriormente repassadas para uma tabela em software Microsoft Excel. No final destes 60 dias será solicitado à UNOESC os dados referentes a este período, principalmente o que diz respeito a radiação solar e índices pluviométricos. Com esses dados então será possível fazer a análise,interpretação e discussão dos resultados.
3.5 CÁLCULOS 
Ao fim da coleta de dados foram realizados os cálculos referentes ao rendimento térmico e viabilidade econômica do termopainel caso este fosse instalado em uma residência pequena. Poderá ser feito médias semanais e gerais da radiação solar, além do acúmulo das chuvas, também poderá ser traçados gráficos para uma melhor visualização dos dados. As equações usadas nos cálculos deverão ser extraídas da bibliografia e também poderá ser usado o software Microsoft Excel, principalmente para as médias e os gráficos. 
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES 
4.1 CONSTRUÇÃO DO PAINEL
Depois de ter projeto pronto e o local de instalação definido, foi iniciado a construção do painel. Inicialmente foram compradas as peças metálicas em uma metalúrgica, sendo que a chapa de aço só se encontrava no tamanho 1m x 1m, e as tiras de aço em barras com 3 metros de comprimento. Em posse destas, no próprio local da compra, realizou-se o corte da chapa para que a mesma tivesse as medidas do projeto (0,55 m x 0,55m), e também das tiras para que cobrissem as laterais da chapa, esses cortes foram realizados em uma guilhotina de corte manual de 1000 mm. Depois disso foi realizada a solda das tiras de aço sobre a chapa, com aparelho de solda MIG. Feita a solda, realizou-se a pintura da mesma com tinta preta esmalte, própria para materiais metálicos, essa pintura foi feita com ajuda de uma pistola de pintura. Pode ser visto na Figura 19 a base do painel, já colocado, ainda sem a cobertura de vidro.
Figura 19: Base do Painel.
Fonte: Os Autores
	Com a chapa soldada e pintada, a próxima etapa foi a compra do vidro temperado de 6mm, foi escolhido este ser mais resistente. Foram adquiridos os outros matérias necessários para a construção do painel, como o silicone PUR, o reservatório, as mangueiras e os dois termômetros. Foi prosseguido para a construção da base de apoio do painel e do reservatório. Para a construção destas duas bases foram utilizadas madeiras de sobra de construção. 
	Pronto isso se iniciou a última etapa de construção do painel, que foi a fixação do vidro em cima da placa e a colocação das mangueiras para ligação com o reservatório. Inicialmente foi colocado o silicone por toda a parte lateral da placa e também foi feito as chicanas, depois disso colocamos o vidro em cima e deixado em descanso para secagem por 24 horas antes de fazer a ligação com o reservatório e o primeiro teste de passagem de água. Passado o tempo de secagem foi realizado a colocação das mangueiras de ligação com o reservatório. Para fazer o orifício da entrada e a saída do reservatório foi usado apenas um prego aquecido, já que o reservatório é em polietileno. É possível observar na Figura 20 o painel já colocado, com o reservatório de água, o sensor e as mangueiras de circulação. Um ponto importante a ser citado aqui é quanto à orientação e inclinação, que neste caso o painel foi orientado para o Norte com a ajuda de uma bússola e deixado o mesmo a uma inclinação de aproximadamente 26,5° que é a latitude local. Essa inclinação foi conseguida com a ajuda de um transferidor de grau.
Figura 20: Painel Montado.
Fonte: Os Autores
4.2 CARACTERÍSTICAS DE FUNCIONAMENTO
Para iniciar os testes, foi optado por se utilizar 10 litros de água, que é a quantidade aproximada de 1/4 da água diária consumida por pessoa em uma residência, segundo a norma NB 128/ABNT. Durante todo o período de testes foi utilizada a mesma água visto que era, um circuito fechado.
Nenhum equipamento de bombeamento foi utilizado, já que a água circula por termossifão, ou seja, a água de maior temperatura é menos densa que a água com temperatura menor, assim, quando a água fria chega ao painel ela força a água quente a subir e passar por toda a extensão do painel termossolar, recebendo assim o calor deste. Após a passagem pelo termopainel ela retorna ao reservatório, onde fica na parte superior deste, completando o ciclo e reiniciando outro e assim sucessivamente.
4.3 CUSTOS DE FABRICAÇÃO DO EXPERIMENTO
Será listado no Quadro 3, os custos dos matérias usados para confecção e coleta de dados do experimento, porém deve-se salientar que os equipamentos e ferramentas que foram utilizados para construção do painel não será considerado como custo, pois estes foram adquiridos anteriormente para outros fins ou foram adquiridos como empréstimo sem custos, apenas para a fabricação do experimento, vale ainda salientar que os materiais recicláveis não entram na lista de custo, pois estes iriam para o lixo.
Quadro 3: Custos do Experimento
	Item
	Quantidade
	Preço unitário (R$)
	Preço total (R$)
	Chapa de aço
	1
	R$ 40,00
	R$ 40,00
	Tiras de aço
	1
	R$ 12,00
	R$12,00
	Tinta esmalte
	1
	R$ 8,00
	R$ 8,00
	Vidro temperado
	1
	R$ 60,00
	R$ 60,00
	Silicone de poliuretano
	2
	R$ 25,00
	R$ 50,00
	Pregos/Parafusos
	20
	R$ 0,05
	R$ 1,00
	Fita adesiva
	1
	R$ 3,00
	R$ 3,00
	Arame recozido
	1
	R$ 10,00
	R$ 10,00
	Sargento
	4
	R$ 8,00
	R$ 32,00
	Termômetro de Mercúrio
	1
	R$ 15,00
	R$15,00
	Termômetro eletrônico
	1
	R$ 125,00
	R$ 125,00
	
	
	Valor Total
	R$ 356,00
Fonte: Os autores
Ao se citar os custos, deixamos claro que os custos dos termômetros devem ser citados e levados em conta apenas em um experimento, em um projeto não experimental não deve ser considerado, já que estes foram adquiridos tão somente para o fim de coleta de dados do experimento, diminuindo assim R$ 150,00, deixando um custo do painel à R$ 206,00 reais para 0,25 m², logo para uma casa com três pessoas, considerando 1m² para cada pessoa o custo ficaria em R$ 2472,00 reais. Em caso de instalação do projeto em uma residência também deverá ser feito um levantamento de custos de implantação deste, contando com boiler isolado termicamente, tubulações e juntas, além de mão de obra. Em pesquisa feita na internet, se verificou que um Boiler custa em torno de R$ 2000,00. As tubulações podem variar muito de preço, dependendo de bitola e distância do painel até o boiler e deste até o local consumo, colocamos para efeito de cálculo R$ 400,00. Já mão de obra estima-se que fique em torno de R$ 700,00 reais, totalizando assim um custo estimado de R$ 5572,00. Em resumo, podemos visualizar abaixo estes custos:
Estimado para uma residência com 3 pessoas:
· Painéis R$ 2472,00;
· Boiler R$ 2000,00; 
· Tubulações R$ 400,00;
· Mão de Obra R$ 700,00;
Totalizando R$ 5572,00
4.4 COLETA	DE DADOS
	A coleta de dados foi feita, durante sessenta dias em quatro horários diários para as temperaturas ambiente e do reservatório, além de anotações das condições meteorológicas do momento de cada coleta. Também foram retirados dados da estação meteorológica da UNOESC – Campus Xanxerê referente ao acumulado de chuvas a cada dia e o acumulado de radiação solar. Como a estação fornece dados a cada dez minutos referentes à radiação que é dada em W/m².h foi preciso fazer uma média de cada hora e soma-las a fim de chegarmos ao acumulado de cada dia. 	Essa média é somada os valores que a estação forneceu dentro do intervalo de uma hora e dividida pela quantidade de vezes que ocorreu medição neste intervalo.
	Quando terminou o período da coleta de dados foi montado um quadro com os valores médios e semanais dos dados referente ao acumulado de chuvas e médias semanais referentes à radiação solar, no Quadro 4 pode-se observar esses valores de radiação média e acumulo de chuvas por semana, já para visualização dos valores de cada coleta de dados pode ser consultado o Anexo 1.
Quadro 4: Médias Semanais de Radiação e Acúmulo de Chuvas
	 Semana
	Radiação média por dia em W/m².dia
	Acúmulo
	M. 1ª Semana
	2645,01
	98,8mm
	M. 2ª Semana
	5844,18
	0 mm
	M. 3ª Semana
	4674,12
	55,4mm
	M. 4ª Semana
	3888,08
	72,4mm
	M. 5ª Semana
	4505,51
	81,9mm
	M. 6ª Semana
	3554,5
	7,9mm
	M. 7ª Semana
	3625,46
	216,7mm
	M. 8ª Semana
	3389,2
	0 mm
	M. 9ª Semana
	3802,89
	0 mm
	Média Geral
	3999,2
	533 mm
Fonte: Os Autores
	Também pode-se visualizar melhor estes dados em forma de gráfico, para que se possa fazer umaanálise da interferência de um sobre o outro e a evolução destes no decorrer das semanas. Pode-se visualizar esta interação no Gráfico 2.
Gráfico 2: Gráfico de Interação entre dados das médias semanais
Fonte: Os Autores
Na primeira semana, esperava-se uma radiação maior, porém mesmo não tendo pluviosidade muito significativa ocorreram nebulosidades constantes, já a diminuição da segunda semana em diante o gráfico ficou com um declive esperado, já que quanto mais próximo ao inverno menor é a radiação esperada para o local, também se pode notar que as chuvas não tiveram muita interferência na radiação, isso pode se justificar por elas terem ocorrido no período noturno.
Outro quadro que podemos expor aqui é as médias das temperaturas durante todo este período, onde é colocado as médias das temperaturas ambiente e do reservatório durante todo o período de forma geral e em cada um dos quatro horários em que a coleta de dados era feita, podemos visualizar estes dados no Quadro 5.
Quadro 5: Médias das Temperaturas Ambiente (T.A) e do Reservatório (T.R)
	Descrição
	T. A
	T.R
	Média Geral das Temperaturas em °C
	19,1
	24,1
	Média das Temperaturas às 7:00 horas em °C
	15,9
	16,2
	Média das Temperaturas às 12:00 horas em °C
	20,1
	24,9
	Média das Temperaturas às 17:30 horas em °C
	22,1
	32,3
	Média das Temperaturas às 23:00 horas em °C
	18,3
	22,8
Fonte: Os Autores
Podemos ter uma visualização melhor dos dados do quadro 5 no Gráfico 3.
Gráfico 3: Gráfico das Médias de Temperaturas
Fonte: Os Autores
	Pode-se notar pelo gráfico que a temperatura da água dentro do reservatório foi crescente á partir das 7:00 horas da manhã, até as 17:30 horas, sendo que depois disso ela volta a ser decrescente até chegar praticamente a mesma da temperatura ambiente no outro dia de manhã. Visto que o sistema de isolamento térmico proposto no experimento com embalagens tetra Park não surtiu efeito, o que também faz com que os dados para cálculos á partir das 17:30 minutos até as 7:00 da manhã seguinte sejam desprezados em alguns cálculos.
4.5 RENDIMENTO TÉRMICO DO PAINEL
	Para calcularmos o rendimento térmico precisamos ter em mãos todos os dados do experimento e usaremos inicialmente a Equação 2 para calcularmos a quantidade de calor que foi absorvida pela água para aumentar a sua temperatura o resultado será dado em calorias, então faremos o calculo para passar este resultado em joules (passo 1). No passo 2 então é transformado a radiação solar de watts para joules com a Equação 3, considerando média de 10:30 por dia, e no passo 3 é calculado o rendimento do termopainel com a Equação 4. Será feito este cálculo com as médias gerais, entre os horários das 7:00 horas até às 17:30 horas, entre estes dois horários por que fica entre os pontos onde existe maior radiação. Também será calculado de um dia que apresentou boa radiação solar, com tempo limpo, para este cálculo escolhemos o dia 22 de março.
4.5.1 Média Geral:
a) Passo 1:
Q = m.c.(ΔT)
Q= 10000 x 1 x (24,1-19,1) = 50000 calorias
50000 x 4.186 = 209300 Joules
b) Passo 2:
P=J/s
999,8=J/37800
J= 999,8 x 37800 = 37792440 Joules
Observação 1: Foi usado 999,8 watts visto que o painel é de 0,25 m² e a radiação é colhida foi em 1 m². 
Observação 2: O valor 37800 é oriundo da transformação de 10:30 horas em segundos.
c) Passo 3:
η = (Qu/Qt) x 100
η = (209300/ 37792440)X 100 = 0,55 % de rendimento
4.5.2 Média entre 7:00 e 17:30
a) Passo 1:
Q = m.c.(ΔT)
Q= 10000 x 1 x (32,3-22,1) = 102000 calorias
102000 x 4.186 = 426972 Joules
b) Passo 2:
P=J/s
999,8=J/37800
J= 999,8 x 37800 = 37792440 Joules
Observação 1: Foi usado 999,8 Watts visto que o painel é de 0,25 m² e a radiação é colhida foi em 1 m². 
Observação 2: O valor 37800 é oriundo da transformação de 10:30 horas em segundos.
c) Passo 3:
η = (Qu/Qt) x 100
η = (426972/ 37792440) x 100 = 1,12 % de rendimento
4.5.3 Dia 22/03
a) Passo 1:
Q = m.c.(ΔT)
Q= 10000 x 1 x (38,2 – 21,2) = 170000 calorias
170000 x 4.186 = 711620 Joules
b) Passo 2: 
P=J/s
999,8=J/37800
J= 999,8 x 37800 = 37792440 Joules
Observação 1: Foi usado 999,8 watts visto que o painel é de 0,25 m² e a radiação é colhida foi em 1 m². 
Observação 2: O valor 37800 é oriundo da transformação de 10:30 horas em segundos.
c) Passo 3:
η = (Qu/Qt) x 100
η = (711620/ 37792440) x 100 = 1,88% de rendimento
4.6 VIABILIDADE ECONÔMICA DE INSTALAÇÃO EM UMA RESIDÊNCIA
	Será usada aqui uma residência pequena com três pessoas, para fins deste cálculo, serão usados apenas os dados de temperatura e radiação solar retirados entre as 07h00min horas e às 17h30min, visto que o reservatório não teve a capacidade de isolamento térmico que se imaginava, ficando assim inviável cálculos durante o tempo em que não houve radiação solar.
	Inicialmente será calculada a quantidade de calorias necessária para elevar a temperatura da água de 22,1°C (média ambiente as 17:30 horas) para um banho com água à temperatura de 40°C com a Equação 2. Depois será feita a transformação de calorias para joules e multiplicado por três, já que se esta calculando em uma residência com três pessoas.
Observação 1: Será usado um valor hipotético de 40°C, porém esse valor pode ser muito variável, visto que cada pessoa tem sensibilidade e gosto diferente para banho.
Observação 2: Será usado a quantidade de 40 litros de água por banho para cada pessoa com cada banho durando em média 10 minutos (1800 segundos).
Q = m.c.(ΔT)
Q= 40000 x 1 (40-22,1)
Q= 716000 calorias 
716000 x 4,186 = 2997176 Joules.
2997176 x 3 = 8991528 Joules
	Diante destes resultados, o próximo passo será a realização do cálculo para saber a quantidade de energia elétrica gasta nesses três banhos e consequentemente o valor gasto por dia e por mês. O valor usado nos cálculos referentes ao custo do kW/h é R$ 0,36 reais, este valor foi calculado fazendo-se uma média com valores retirados de faturas de energia elétrica nos últimos meses conforme Quadro 6.
Quadro 6: Valores do kW/h dos Últimos Meses.
	tarifa consumo até 150 kW/h mês
	mês/ano
	jul/
2013
	ago/
2013
	set/
2013
	out/
2013
	nov/
2013
	dez/
2013
	jan/
2014
	fev/
2014
	mar/
2014
	abr/
2014
	mai/
2014
	valor (R$)
	0,35
	0,35
	0,37
	0,37
	0,37
	0,36
	0,37
	0,37
	0,36
	0,37
	0,36
	
	
	
	
	
	
	
	
	média (R$)
	0,36
Fonte: Faturas Iguaçu energia
P= j/ s
P= 8991528 / 1800
P= 4995 watts ou 4,995 kW por dia
4,995 x 0,36 = R$ 1,798 reais por dia
R$ 1,798 x 30 = R$ 53,946 reais por mês.
	Agora serão realizados os cálculos usando os valores de temperatura de banho igual à anterior e temperatura da água no reservatório igual à média das 17h30min (32,3 °C) e posterior cálculo de energia gasta e valor.
Q = m.c.(ΔT)
Q= 40000 x 1 (40-32,3)
Q= 308000 calorias 
308000 x 4,186 = 1289288 Joules.
1289288 x 3 = 3867864 Joules
P= J/ s
P= 3867864 / 1800
P= 2148 Watts ou 2,148 kW por dia
2,148 x 0,36 = R$ 0,773 reais por dia
R$ 0,773 x 30 = R$ 23,198 reais por mês
	Para se calcular a economia então subtraímos o valor gasto com o painel instalado (R$ 23,198) do valor dos cálculos caso não tivesse o painel instalado (R$53,946), esse valor seria de R$ 30,748 reais por mês. Como o custo da instalação foi estimado em R$ 5572,00, então teria um tempo de payback de aproximadamente 181 meses ou 15 anos e 1 mês.
5 CONCLUSÃO
Conclui-se ao término deste trabalho que quanto à construção do experimento, esta pode ser considerada fácil, e quanto à disponibilidade de materiais, apenas o vidro do painel que precisou ser encomendado por este ser temperado. No mais as outras peças não houve dificuldade em se encontrar. A maior dificuldade foi após a construção, quando o painel termossolar foi testado pela primeira vez e inúmeros vazamentos laterais foram detectados.
A partir dos resultados obtidos no experimento pode-se observar que o rendimento térmico do mesmo ficou baixíssimo se comparado ao rendimento térmico de painéis comerciais que atualmente ficam acima dos 30%. As possíveis justificativas de o rendimento ter sido baixo se deve ao sistema de isolamento térmico implantado que não funcionou, e tambémao sistema de circulação de água, onde as mangueiras eram muito finas, e por não ter um sistema de circulação forçado e sim apenas termofissão a água não circulou o quanto deveria.
Quanto à viabilidade econômica, se for citado o tempo de payback aqui calculado, este seria completamente inviável, visto que 15 anos é um tempo longo e talvez o painel nem tenha uma vida útil tão longa. Porém se levado em conta a questão ambiental, pode vir a ser uma alternativa energética, tirando o peso de produção concentrado nas hidroelétricas. Este tempo poderá vir a ser diminuído com incentivos fiscais, produção em larga escala e melhorias no sistema para que o rendimento térmico se torne maior.
O uso de materiais recicláveis para tornar o experimento de baixo custo não se mostrou viável, principalmente por que estes seriam usados como reservatório e isolamento térmico deste, visto que a temperatura do reservatório praticamente se igualava com a temperatura ambiente todos os dias no inicio da medição. 
	Para trabalhos futuros sugere-se que seja reformulado o sistema de isolamento térmico e circulação de água. Uma sugestão poderia ser o uso de isopor ou espuma de poliuretano ao redor do reservatório, ou até mesmo pode ser feito o uso de terra. Para a circulação de água é necessário que se aumente o diâmetro das mangueiras ou tubos. O tempo de coleta de dados também pode ser estendido ao máximo possível para que os resultados se aproximem da realidade.
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ANEXO 1: Quadro Geral de Coleta de Dados
	DIA Nº
	DIA
	HORA
	T. AMBIENTE CASA (C°)
	T. ÁGUA (C°)
	COND. METER.
	W/m² até 17:30
	CHUVAS (mm)
	1
	15/03/2014
	07:00
	22,1
	22,2
	Nublado
	2831,58
	0
	
	
	12:00
	24,2
	24,9
	Sol c/ nuvens
	
	
	
	
	17:30
	23,1
	24,8
	Sol c/ nuvens
	
	
	
	
	23:00
	21,9
	23,5
	Nublado
	
	
	2
	16/03/2014
	07:00
	21,8
	22
	Nublado
	1820
	0
	
	
	12:00
	27,5
	31,5
	Sol
	
	
	
	
	17:30
	28,7
	34,5
	Sol c/ nuvens
	
	
	
	
	23:00
	22,6
	25,4
	Limpo
	
	
	3
	17/03/2014
	07:00
	20,4
	20,6
	Limpo
	3935
	0
	
	
	12:00
	28,7
	35,4
	Sol
	
	
	
	
	17:30
	22,4
	30,4
	Nublado
	
	
	
	
	23:00
	17,9
	24,1
	Nublado
	
	
	4
	18/03/2014
	07:00
	17,9
	18,3
	Limpo
	3382,16
	6,9
	
	
	12:00
	24,1
	28,9
	Sol c/ nuvens
	
	
	
	
	17:30
	24,4
	27,6
	Sol c/ nuvens
	
	
	
	
	23:00
	18,8
	24,1
	Nublado
	
	
	5
	19/03/2014
	07:00
	18,6
	19
	Limpo
	1973,72
	0
	
	
	12:00
	23,9
	26,8
	Sol c/ nuvens
	
	
	
	
	17:30
	24,1
	24,9
	Nublado
	
	
	
	
	23:00
	18,7
	20,1
	Chuvoso
	
	
	6
	20/03/2014
	07:00
	17,3
	17,4
	Chuvoso
	1832,5
	40
	
	
	12:00
	20,4
	26,7
	Sol c/ nuvens
	
	
	
	
	17:30
	21,5
	26,7
	Sol c/ nuvens
	
	
	
	
	23:00
	19,4
	22,4
	Nublado
	
	
	7
	21/03/2014
	07:00
	18,7
	19,1
	Nublado
	2600,14
	51,9
	
	
	12:00
	21,2
	21,3
	Chuvoso
	
	
	
	
	17:30
	22,1
	22,4
	Nublado
	
	
	
	
	23:00
	17,5
	19,2
	Nublado
	
	
	8
	22/03/2014
	07:00
	15,8
	16,2
	Limpo
	6068,13
	0
	
	
	12:00
	20,7
	26,4
	Sol
	
	
	
	
	17:30
	21,2
	38,2
	Sol
	
	
	
	
	23:00
	14,5
	21,5
	Limpo
	
	
	923/03/2014
	07:00
	14,4
	14,8
	Limpo
	6258,41
	0
	
	
	12:00
	23,4
	28,7
	Sol
	
	
	
	
	17:30
	25,1
	38,9
	Sol
	
	
	
	
	23:00
	21,1
	24,5
	Limpo
	
	
	10
	24/03/2014
	07:00
	20,4
	20,7
	Limpo
	6671,49
	0
	
	
	12:00
	22,9
	29,4
	Sol
	
	
	
	
	17:30
	24,1
	41,8
	Sol
	
	
	
	
	23:00
	20,1
	28,1
	Limpo
	
	
	11
	25/03/2014
	07:00
	17,8
	18,1
	Nublado
	6190,59
	0
	
	
	12:00
	18,3
	26,8
	Sol
	
	
	
	
	17:30
	22,1
	37,5
	Sol c/ nuvens
	
	
	
	
	23:00
	19,8
	20,9
	Nublado
	
	
	12
	26/03/2014
	07:00
	17,8
	18,3
	Limpo
	5043,99
	0
	
	
	12:00
	21,5
	27,4
	Sol
	
	
	
	
	17:30
	26,4
	41,5
	Sol
	
	
	
	
	23:00
	22,4
	26,4
	Limpo
	
	
	13
	27/03/2014
	07:00
	17,9
	18,2
	Limpo
	5237,97
	0
	
	
	12:00
	21,1
	23,9
	Sol c/ nuvens
	
	
	
	
	17:30
	23,9
	30,9
	Sol c/ nuvens
	
	
	
	
	23:00
	20,7
	23,4
	Nublado
	
	
	14
	28/03/2014
	07:00
	19,8
	20,1
	Limpo
	5438,7
	0
	
	
	12:00
	22,1
	27,4
	Sol
	
	
	
	
	17:30
	26,5
	42,6
	Sol
	
	
	
	
	23:00
	19,2
	24,3
	Limpo
	
	
	15
	29/03/2014
	07:00
	19,1
	19,2
	Limpo
	5466,36
	0
	
	
	12:00
	23,4
	26,8
	Sol
	
	
	
	
	17:30
	25,4
	38,4
	Sol c/ nuvens
	
	
	
	
	23:00
	22,1
	28,8
	Nublado
	
	
	16
	30/03/2014
	07:00
	19
	19,2
	Limpo
	2369,8
	12,8
	
	
	12:00
	22
	26,1
	Sol c/ nuvens
	
	
	
	
	17:30
	24
	27,1
	Sol c/ nuvens
	
	
	
	
	23:00
	20
	23
	Chuvoso
	
	
	17
	31/03/2014
	07:00
	18,5
	18,6
	Chuvoso
	3652,9
	42,6
	
	
	12:00
	23,2
	26,6
	Nublado
	
	
	
	
	17:30
	23
	39,4
	Sol
	
	
	
	
	23:00
	20,1
	26,4
	Limpo
	
	
	18
	01/04/2014
	07:00
	17,2
	17,4
	Neblina
	5545,24
	0
	
	
	12:00
	23,1
	36
	Sol c/ nuvens
	
	
	
	
	17:30
	25
	41
	Sol c/ nuvens
	
	
	
	
	23:00
	22,1
	27
	Limpo
	
	
	19
	02/04/2014
	07:00
	16,2
	16,3
	Neblina
	5110,3
	0
	
	
	12:00
	24,1
	36,8
	Sol c/ nuvens
	
	
	
	
	17:30
	26,4
	42,6
	Sol c/ nuvens
	
	
	
	
	23:00
	20,9
	25,9
	Limpo
	
	
	20
	03/04/2014
	07:00
	14,4
	14,5
	Limpo
	5131,12
	0
	
	
	12:00
	23,9
	35,8
	Sol
	
	
	
	
	17:30
	26
	43
	Sol
	
	
	
	
	23:00
	19,9
	26,8
	Limpo
	
	
	21
	04/04/2014
	07:00
	15,8
	15,9
	Limpo
	5443,12
	0
	
	
	12:00
	24
	35,7
	Sol
	
	
	
	
	17:30
	24
	43,7
	Sol c/ nuvens
	
	
	
	
	23:00
	21,2
	27,1
	Limpo
	
	
	22
	05/04/2014
	07:00
	17
	17,1
	Limpo
	5625,9
	0
	
	
	12:00
	23
	34
	Sol
	
	
	
	
	17:30
	23,8
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	57