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Tema 3 Aula 3 Metodologia Simplificada de calculoda área de coleção

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SISTEMAS DE ENERGIA SOLAR
Prof. Dr. Walfrido Alonso Pippo
walfrido.pippo@unila.edu.br
Engenharia de Energias Renováveis 
UNILA, Foz do Iguaçu 1º.semestre 2016
Tema 3 -Aula 3 : Metodologias simplificadas de cálculo da área de coleção 
Objetivos da aula:
Dar as conhecer os principiais métodos simplificados de cálculo dos sistemas solares e os aspectos a considerar durante o uso dos mesmos
Orientação dos coletores e painéis solares
Dimensionamento das partes principais do sistema solar para aquecimento de água
Não existe uma norma ou ordem geral aceitada por todos, mas a maioria das metodologias calcula os elementos fundamentais baseado no perfil de consumo previamente determinado :
Dimensionamento da área teórica de coletores;
Determinação do rendimento do sistema de coletores 
Determinação do número de coletores;
Dimensionamento do tanque de armazenamento da água quente.
Outros elementos que podem ser calculados caso o sistema solar não seja standard
Seleção dos diâmetros da tubulação
Seleção das válvulas
Cálculo das perdas do sistema hidráulico 
Dimensionamento da bomba de circulação
Dimensionamento do tanque de expansão 
Seleção de elementos e recalculo do sistema 
Dimensionamento da área teórica de coletores
Metodologia rápida de Fraunhofer Institute fofr solar Energy System ISE ( Stefan Hess) 
Dimensionamento da área teórica de coletores
Metodologia rápida de Fraunhofer Institute fofr solar Energy System ISE ( Stefan Hess) 
Dimensionamento da área teórica de coletores
Na Alemanha onde este tipo de sistemas é mais usado no mundo a radiação solar média é quase 4 vezes menos que no Brasil e por isso o uso desta metodologia tem que ser feito com muito cuidado.
Metodologia rápida de Fraunhofer Institute fofr solar Energy System ISE ( Stefan Hess) 
Dimensionamento da área teórica de coletores
Calculando o perfil de consumo como foi feito na aula anterior
Metodologia rápida de Fraunhofer Institute fofr solar Energy System ISE ( Stefan Hess) 
Dimensionamento da área teórica de coletores
Calculando as necessidades energéticas anuais como foi feito para o Hotel Felicidade
6,44m3/day
Metodologia rápida de Fraunhofer Institute fofr solar Energy System ISE ( Stefan Hess) 
Dimensionamento da área teórica de coletores
Essência da metodologia 
Valor preliminar
Valor preliminar
Metodologia rápida de Fraunhofer Institute fofr solar Energy System ISE ( Stefan Hess) 
Dimensionamento da área teórica de coletores
Dados de entrada ao Monograma 
Solar fraction : The percentage of the seasonal heating requirement of a building that is provided by a solar heating system.
Gains 500 (kWh/year.m2 . Ap
Vstorage =5 m3
Metodologia rápida de Fraunhofer Institute fofr solar Energy System ISE ( Stefan Hess) 
6,44m3/day
consumptionn
Dimensionamento da área teórica de coletores
75 litros do nomograma
Valor reajustado
Valor reajustado
Metodologia rápida de Fraunhofer Institute fofr solar Energy System ISE ( Stefan Hess) 
Dimensionamento da área teórica de coletores
Agora vamos ver o que acontece se pegamos um área menor 86->64 m2
Neste caso a fração
Solar cai de 36% para 27% . O qual significa que a disponibilidade de área de irradiação solar e seu valor influem determinantemente nas dimensões do sistema
Metodologia rápida de Fraunhofer Institute fofr solar Energy System ISE ( Stefan Hess) 
Existe um método que serve para mais o menos ter uma idéia de se nossos calculos estão próximos à realidade. É um critério empírico que tem que ser muito bem valorado antes de ser usado. 
Esse critério diz que para uma unidade solar térmica familiar satisfazer as necessidades básicas a relação área de coletor /ocupante da vivenda deve ser : 1m2/ocupante.
Existem programas profissionais que calculam estes sistemas , não são free. 
F-CHART, Blue-Sol etc.
Dimensionamento da área teórica de coletores
Dimensionamento da área teórica de coletores
Dimensionamento da área teórica de coletores
Metodologia AEE INTEC, Austria aplicada a South Africa
Dimensionamento da área teórica de coletores
Metodologia AEE INTEC, Áustria aplicada a South Africa (exemplo)
Dimensionamento da área teórica de coletores
Metodologia AEE INTEC, Austria aplicada a South Africa
Dimensionamento da área teórica de coletores
Metodologia AEE INTEC, Austria aplicada a South Africa
Dimensionamento da área teórica de coletores
Dimensionamento da área teórica de coletores
Dimensionamento da área teórica de coletores
Metodologia AEE INTEC, Áustria aplicada a Sud África
Uma explanação necessária sobre o coeficiente
de eficiência ou rendimento de um coletor solar antes de concluir a metodologia da AEE INTEC 
Dimensionamento da área teórica de coletores: Rendimento do coletor solar
Dimensionamento da área teórica de coletores: Rendimento do coletor solar
Dimensionamento da área teórica de coletores: Rendimento do coletor solar
Dimensionamento da área teórica de coletores: Rendimento do coletor solar
Dimensionamento da área teórica de coletores: Rendimento do coletor solar
Dimensionamento da área teórica de coletores: Rendimento do coletor solar
Dimensionamento da área teórica de coletores: Rendimento do coletor solar
Dimensionamento da área teórica de coletores: Rendimento do coletor solar
Retomando a metodologia de cálculo da AEE INTEC temos:
Dimensionamento da área teórica de coletores Metodologia AEE INTEC
Dimensionamento da área teórica de coletores Metodologia AEE INTEC
Dimensionamento da área teórica de coletores Metodologia AEE INTEC
Angle of tilt- altura solar ou ângulo de inclinação dos coletores (paineis) 
Considerações sobre a inclinação dos telhados
Escolha da inclinação ótima
Como inclinação adequada para os coletores solares térmicos planos estacionários deve
ser escolhido um ângulo fixo para todo o ano. Muitas vezes ainda que para determinada altura
do ano não se maximize a captação solar, produz-se uma melhor distribuição da mesma ao
longo do ano. Em geral, deve-se favorecer a captação no inverno em detrimento dos meses de
verão, já que no verão é comum haver energia captada em excesso.
O critério adotado para dimensionar a superfície coletora consiste em que a energia
solar captada no período de atividade satisfaça as necessidades requeridas [26].
Assim, as inclinações ótimas a dar aos coletores solares térmicos para aquecimento de
diversos sistemas são as indicadas na Tabela 3.12, conforme a época do ano e seu uso [22]:
Tabela 3.12 - Inclinações usadas para coletores consoante o tipo de utilização
Considerando que os sistemas de refrigeração por absorção funcionarão durante os 12 meses do ano para “produção de frio”, pela tabela acima admite-se que a inclinação adequada dos coletores solares térmicos planos estacionários será a correspondente a todo o ano
(Latitude do lugar -5 º).
A expressão que determina a inclinação óptima é:
I ótima =Lat.+ ( ângutiliz ) (3.48)
em que:
I óptima - Inclinação óptima do colector de acordo com a sua utilização [º]
Lat. - Latitude do lugar [º]
ângutiliz - Ângulo de utilização [º]
Referências
Referências

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