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GREYFSON VALADARES DE MORAES HUYLBER KEYSE BARBOSA DE CARVALHO LUCIANA CRISTINA DE ANDRADE LIMA WEUDES PEREIRA DA ROCHA TECNOLOGIA DA CONSTRUÇÃO II Palmas 2015 GREYFSON VALADARES DE MORAES HUYLBER KEYSE BARBOSA DE CARVALHO LUCIANA CRISTINA DE ANDRADE LIMA WEUDES PEREIRA DA ROCHA AQUECIMENTO SOLAR Relatório Elaborado Como Requisito de Avaliação Parcial, da Disciplina de Tecnologia da Construção II, do Curso de Engenharia Civil do CEULP/ULBRA, Ministrada pelo Professor Fabrício Bassani. Palmas 2015 SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO 4 2. OBJETIVOS GERAIS 4 3. OBJETIVOS ESPECÍFICOS 5 4. NORMAS PERTINENTES 6 5. METODOLOGIA 6 5.1 Radiação Solar 6 5.2 Sistemas de Aquecimento Solar 7 5.2.1 Coletores Solares 7 5.2.1.1 Como Funciona um Aquecedor Solar 8 5.2.1.2 O Coletor Solar 9 5.2.1.3 O Reservatório Térmico 9 5.2.1.4 O Sistema Auxiliar de Aquecimento 11 5.2.1.5 Coletor Solar Plano 11 5.2.1.6 Coletor Concentrador Solar 11 5.2.1.7 Coletor Concentrador Parabólico 11 6. DISCUSSÃO 12 6.1 Aplicações da Energia Solar 12 6.2 O Aquecedor Solar 12 6. CONCLUSÃO 12 7. REFERÊNCIAS 14 1. INTRODUÇÃO Os primórdios dos sistemas de aquecimento solar remontam o ano de 1767 quando o suíço Horace de Saussure fez as primeiras experiências, com uma caixa revestida com isolamento térmico, para entender melhor a capacidade do sol de aquecer a água. Mas somente em 1909, um norte-americano, William Bailey , avançou um pouco mais, patenteando um Aquecedor Solar muito parecido com os modelos que usamos hoje. Embora o princípio de funcionamento e os equipamentos básicos do coletor de Bailey sejam parecidos com os produtos modernos, o fato é que, através dos anos, os Aquecedores Solares ficaram bem mais baratos, mais leves, duráveis, além de mais eficientes e é por isso que o uso do Aquecedor Solar não pára de crescer no Brasil e no mundo, sendo que mesmo países frios, como a Alemanha, têm usado cada vez mais essa tecnologia. O Brasil se interessou pelos Aquecedores Solares nos anos 70, fruto da crise do petróleo, nos anos 80 os produtos ganharam mais qualidade, o mercado cresceu e surgiram as primeiras normas da ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas - específicas para o setor. Na década de 90, o que se viu foi um crescente profissionalismo em resposta a um mercado cada vez mais exigente e estruturado. Os equipamentos ganharam em qualidade. Laboratórios especializados surgiram, bem como novas normas da ABNT. O setor inclusive se organizou com a criação da ABRAVA - Associação Brasileira de Refrigeração, Ar Condicionado, Ventilação e Aquecimento. Para embasar melhor a argumentação sobre o assunto, foi feito uma visita à empresa especializada – Arasol Energia Solar – na cidade de Palmas – TO, contando com informações técnicas do Sr. Daniel Kochi, diretor técnico da mesma. 2. OBJETIVOS GERAIS A produção e o uso da energia são algumas das principais causas da destruição do meio ambiente. Queima de combustíveis como gás e óleo diesel, acidentes com navios petroleiros e inundações de hidroelétricas são alguns exemplos. - E é por isso que a Energia Solar é tão interessante: porque ela não polui. Assim como outras energias renováveis, a energia solar é considerada inesgotável - e é uma alternativa energética muito promissora para enfrentar os desafios da expansão da oferta de energia com menor impacto ambiental. No Brasil, mais de 70% da energia elétrica é gerada por usinas hidroelétricas, que alagam áreas imensas para construir represas. A água ocupa áreas que poderiam ser aproveitadas na agricultura ou pecuária, além de prejudicar a fauna e a flora. Sabemos que nos dias atuais, é impossível pensar que alguém possa viver sem energia, pois no dia a dia fazemos uso dela diversas vezes e em varias horas, sendo assim, o primeiro passo é usá-la de forma inteligente, usufruindo de todos os seus benefícios, mas sem desperdício. Além disso, temos que usar cada vez mais fontes de energia limpas, como a Energia Solar e a energia dos ventos. 3. OBJETIVOS ESPECÍFICOS As aplicações práticas da energia solar podem ser divididas em dois grupos: energia solar fotovoltaica, processo de aproveitamento da energia solar para conversão direta em energia elétrica, utilizando os painéis fotovoltaicos e a energia térmica (coletores planos e concentradores) relacionada basicamente aos sistemas de aquecimento de água. Este trabalho visa aprofundar um pouco nesse ultimo grupo: Energia térmica para aquecimento de água. A energia solar térmica pode ser implantada com sucesso em qualquer latitude. Mesmo regiões que apresentam poucos índices de radiação podem possuir grande potencial de aproveitamento energético. Conforme o Balanço de Energia Útil publicado pelo Ministério de Minas e Energia (MME)(http://www.energiabrasil.gov.br/BEN/BalancoEnergiaUtil.pdf), uma parcela significativa de toda a energia gerada no Brasil é consumida na forma de calor de processo e aquecimento direto. Parte desta demanda poderia ser suprida por energia termo solar, inclusive na forma de pré-aquecimento para processos que demandam temperaturas mais altas. Com isso é fácil perceber a importância que a energia solar térmica poderia ter no sistema elétrico brasileiro, principalmente quando sabemos que somente com aquecimento doméstico de água para banho, via chuveiro elétrico, são gastos anualmente bilhões de KWh de energia elétrica que poderiam ser supridos com aquecedores solares, com vantagens socioeconômicas e ambientais. Mais grave ainda é o fato de que quase toda essa energia costuma ser consumida em horas específicas do dia, o que gera uma sobrecarga no sistema elétrico. O grande argumento para a difusão e o desenvolvimento da tecnologia solar térmica é o fato de o aquecimento solar, para aquecimento de água, proporcionar medidas eficazes de conservação de energia, com atenuação e deslocamento do horário de ponta (entre 17h e 21h) das concessionárias de energia. 4. NORMAS PERTINENTES ABNT NBR-7198 - Projeto e instalação água quente predial; ABNT NBR-10184 - Coletores – desempenho; ABNT NBR-10185 - Reservatórios – desempenho; ABNT NBR-15569 - Sistemas de aquecimento solar de água em circuito direto Projeto e Instalação (substitui a NBR-12269 Execução de instalações de sistemas de aquecimento solar). 5. METODOLOGIA A energia solar térmica é obtida por meio de coletores planos ou de concentradores solares. Diferentemente das células fotovoltaicas, a solar térmica é usada para gerar calor, não somente para aquecimento de água no uso doméstico ou em piscinas, mas também para secagem ou aquecimento industrial, enfim, para uma série de aplicações. 5.1. RADIAÇÃO SOLAR Além das condições atmosféricas (nebulosidade, umidade relativa do ar etc.), a disponibilidade de radiação solar, também denominada energia total incidente sobre a superfície terrestre, depende da latitude local e da posição no tempo (hora do dia e dia do ano). Isso se deve à inclinação do eixo imaginário em torno do qual a Terra gira diariamente (movimento de rotação) e à trajetória elíptica que a Terra descreve ao redor do Sol (translação ou revolução). A radiação solar depende também das condições climáticas e atmosféricas. Somente parte da radiação solar atinge a superfície terrestre, devido à reflexão e absorção dos raios solares pela atmosfera. Mesmo assim, estima-se que a energia solar incidente sobre a superfície terrestre seja da ordem de 10 mil vezes o consumo energético mundial (CRESESB, 2000). A maior parte do território brasileiro está localizado relativamente próximo da linha do Equador, de forma que não se observam grandes variações na duração solar do dia. 5.2. SISTEMAS DE AQUECIMENTO SOLAR Os dois sistemas de aquecimento solar mais utilizados são: Circulação em termossifão - Onde o mesmo fluido a temperaturas diferentes tem também densidades diferentes,quanto maior é a sua temperatura menor a sua densidade. Por isso, quando se aquece um fluido, este tem tendência a estratificar-se ficando a parte mais quente na zona superior. No sistema de termossifão a água aquecida pelo sol no coletor sobe empurrando a água mais fria do depósito, forçando-a a tomar o seu lugar, descendo, para subir novamente quando, por sua vez for aquecida. O depósito deve ficar acima do coletor, senão dá-se o fenômeno inverso quando já não houver sol (termossifão invertido). Estes sistemas são compostos pelo coletor solar, depósito acumulador, purgador, vaso de expansão e outros pequenos acessórios. (Portal das Energias Renováveis, 2004). Circulação Forçada - Nas situações em que não é viável a colocação do depósito acima da parte superior dos coletores e para os grandes sistemas em geral é necessário usar bombas eletrocirculadoras para movimentar o fluido térmico. A bomba poderá ser comandada por um sistema de controle automático (o comando diferencial). O sistema de controle (comando diferencial) está regulado de modo a colocar a bomba em funcionamento logo que a diferença de temperatura entre os coletores e o depósito atinja 5ºC. Estes sistemas são compostos pelo coletor solar depósito acumulador, bomba eletrocirculadora, controlador diferencial, purgador, vaso de expansão e outros pequenos acessórios. (Portal das Energias Renováveis, 2004). 5.2.1 COLETORES SOLARES Os coletores solares são usados, principalmente para aquecimento de água, a temperaturas relativamente baixas (inferiores a 100ºC). A sua aplicação ocorre em vários setores, tais como: residências, edifícios públicos e comerciais, hospitais, restaurantes, hotéis e similares. Como a incidência de radiação solar é intermitente, alternando dias e noites, além da ocorrência de períodos nublados e chuvosos, no caso de instalação termo solar, deve-se sempre prever uma forma de aquecimento auxiliar, normalmente elétrico ou a gás. 5.2.1.1 Como Funciona um Aquecedor Solar Um sistema básico de Aquecimento de água por Energia Solar é composto de coletores solares(placas) e reservatório térmico (Boiler). As placas coletoras são responsáveis pela absorção da radiação solar. O calor do sol, captado pelas placas do aquecedor solar, é transferido para a água que circula no interior de suas tubulações de cobre - (figura 1). O reservatório térmico, também conhecido por Boiler, é um recipiente para armazenamento da água aquecida. São cilindros de cobre, inox ou polipropileno, isolados termicamente com poliuretano expandido sem CFC, que não agride a camada de ozônio. Desta forma, a água é conservada aquecida para consumo posterior, sendo que a caixa de água fria alimenta o reservatório térmico do aquecedor solar, mantendo-o sempre cheio. Em sistemas convencionais, a água circula entre os coletores e o reservatório térmico através de um sistema natural chamado termossifão. A circulação da água também pode ser feita através de motobombas em um processo chamado de circulação forçada ou bombeado, e são normalmente utilizados em piscinas e sistemas de grandes volumes. FIGURA 1 – Ilustração de sistema de aquecimento solar. 5.2.1.2 O Coletor Solar Quando os raios do sol atravessam o vidro da tampa do coletor, eles esquentam as aletas que são feitas de cobre ou alumínio e pintadas com uma tinta especial e escura que ajuda na absorção máxima da radiação solar. O calor passa então das aletas para os tubos (serpentina) que geralmente são de cobre. Daí a água que está dentro da serpentina esquenta e vai direto para o reservatório do aquecedor solar. O número de coletores a ser usado numa instalação depende do tamanho do reservatório térmico, mas pode também variar de acordo com o nível de insolação de uma região ou até mesmo de acordo com as condições de instalação. FIGURA 2 – Ilustração do processo de instalação.. 5.2.1.3 O Reservatório Térmico O reservatório térmico é como uma caixa d’água especial que cuida de manter quente a água armazenada no aquecedor solar . Esses cilindros são feitos de cobre, inox, ou polipropileno e depois recebem um isolante térmico. Os modelos de reservatório térmico podem vir com sistema de aquecimento auxiliar elétrico ou podem ser fabricados com sistema auxiliar a gás ou até mesmo sem esse recurso. No dimensionamento do aquecedor solar é preciso fazer uma estimativa de quantos serão os usuários diários, a duração média do consumo e quantos serão os pontos de uso de água quente, ou a dimensão da piscina, e assim por diante- (figura 3). FIGURA 3 Placas ou coletores solares Reservatório térmico Movimento da água 5.2.1.4 O Sistema Auxiliar de Aquecimento Para garantir que nunca falte água quente, é interessante que o Aquecedor Solar faça uso de um sistema auxiliar de Aquecimento, para o caso de quando o tempo ficar muito nublado ou chuvoso por vários dias, ou quando o consumo de água exceder por algum motivo, acima do dimensionamento inicial. Assim, o sistema auxiliar - que pode ser elétrico ou a gás - entra em ação. Em todo caso, se for uma residência e não houver maiores necessidades, ainda é possível optar simplesmente pelo chuveiro elétrico normalmente, sem complicações. Existem vários tipos de coletores solares, sendo eles Planos, Coletores concentradores e os CPC ou coletores concentradores parabólicos. 5.2.1.5 Coletor solar plano É o mais comum e destina-se a produção de água quente a temperaturas inferiores a 100ºC. O uso dessa tecnologia ocorre principalmente em residências. 5.2.1.6 Coletor Concentrador solar O aproveitamento da energia solar aplicado a sistemas que requerem temperaturas mais elevadas ocorre por meio de concentradores solares, cuja finalidade é captar a energia solar incidente numa área relativamente grande e concentrá-la numa área muito menor, de modo que a temperatura desta última aumente substancialmente. A superfície refletora (espelho) dos concentradores tem forma parabólica ou esférica, de modo que os raios solares que nela incidem sejam refletidos para uma superfície bem menor, denominada foco, onde se localiza o material a ser aquecido. 5.2.1.7 Coletor Concentrador Parabólico Os sistemas parabólicos de alta concentração atingem temperaturas bastante elevadas, podendo ser utilizada para a geração de vapor e, conseqüentemente, de energia elétrica. Contudo, a necessidade de focalizar a luz solar sobre uma pequena área exige algum dispositivo de orientação, acarretando custos adicionais ao sistema, os quais tendem a ser minimizados em sistemas de grande porte. Atualmente, as usinas de energia solar usam grandes espelhos curvos em série para redirecionar luz aos painéis. Como girassóis, esses espelhos se movem ao longo do dia, evitando fazer sombra um no outro. 6. DISCUSSÃO 6.1 Aplicações da Energia Solar Apesar de quase todas as nossas principais fontes de energia terem ligação indireta com o Sol, o termo “Energia Solar” é em geral utilizado apenas para aplicações diretas; para aplicações em que a energia do sol é convertida diretamente para um uso qualquer, como a geração de calor ou de energia elétrica. Muita gente confunde outras aplicações da Energia Solar com o Aquecedor. Acha, por exemplo, que o Aquecedor pode gerar energia elétrica para a casa. Mas o fato é que geração de eletricidade através do sol acontece apenas através do efeito fotovoltaico, e isso é uma conversa para outra ocasião. 6.2 O Aquecedor Solar O Aquecedor Solar pode aquecer água para banho, piscina e até para o uso industrial, pode aquecer também o ar usado na secagem de produtos, pode esquentar ambientes ou mesmo aquecer fluidos industriais. Mas a aplicação da Energia Solar mais usada no Brasil e no mundo é o Aquecimento de água para banho. 7. CONCLUSÃO Um sistema de aquecimento solar instalado corretamente pode economizar até 80% da energia elétrica consumida para banho. Essa proporção, entretanto, depende do correto dimensionamento do equipamento para atendero nível de conforto pretendido pelos usuários. Estudos indicam que a maioria das falhas devem-se a erros no projeto hidráulico de distribuição de água quente seguidos por projetos arquitetônicos inadequados e erros no próprio sistema, como a instalação errada ou placas de má qualidade. Contudo, quando bem instalado, o sistema de aquecimento solar é muito eficiente. Para um melhor aproveitamento dos coletores solares, os mesmos devem estar voltados para a face norte e se não for possível, para o noroeste ou nordeste. Caso se utilize a face leste ou oeste do telhado deve-se acrescentar mais 25% de área de coletor solar. As tubulações que levam água quente ao ponto de consumo devem ser construídos com tubos resistentes ao calor como aço galvanizado, cobre, CPVC e polipropileno. IMAGEM Visita à ARASOL – Palestra ministrada por Daniel Visita à ARASOL - Palestra ministrada por Daniel 8. BIBLIOGRAFIA TRINDADE, Ana Lígia. Normalização de trabalhos acadêmicos: Normalização segundo ABNT: Universidade Luterana do Brasil – Biblioteca Martinho Lutero Canoas – Setor de Recursos online. Disponível em: www.ulbra.br/bibliotecas/files/abnt2011.pdf. >. Acesso em: 10.04.2015 www.soletrol.com.br/educacional/comofunciona.php visitada em 13/04/2015. fonte: Ministério do Meio Ambiente - Brasília, 11 de Abril de 2015 www.mma.gov.br/clima/energia/energias-renovaveis/energia-solar- visitada em 13/04/2015. � EMBED Word.Picture.8 ��� Tecnologia da Construção ll _1490647470.doc
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