Trabalho Aquecedores solares

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RCM 23
Aquecedor Solar
Alunos:
Eduardo Ranieri Junkes – Matrícula: 2016103236
Sandro Augusto de Souza – Matrícula: 2017102082
Objetivo
Este trabalho tem o objetivo de dimensionar um coletor solar de baixo custo para aquecimento de água de uma banheira.
Atualmente é utilizada a energia elétrica para o aquecimento o que gera um gasto significativamente alto.
A proposta é que o sistema solar forneça água quente e que o sistema elétrico seja utilizado somente para manter a água aquecida. 
Metodologia
Utilizamos a Norma da ABNT NBR 15569 que apresenta uma metodologia de projeto para dimensionamento do nosso sistema.
Seguindo esse algoritmo e inserindo os dados corretos em relação ao posicionamento do sistema de aquecimento solar, podemos obter a área coletora em função de nossa demanda de energia.
Assim, o trabalho a seguir apresenta uma aplicação prática para dimensionamento de coletores de energia solar de baixo custo, para um sistema aquecimento de água de banho, gerando economia com a redução do consumo de energia elétrica. 
Local de Instalação
A residência fica localizada na cidade de Pouso Alegre, Minas Gerais e sua latitude geográfica é de 22° 13’.
Residência
Sentido do Norte
Geográfico
Fotos do Local
Posição do Sol as 14:30hr.
Problema:
O telhado está inclinado para o Sul.
Algoritmo
Algoritmo
Dados Obtidos para Dimensionamento
Dados
Valor
Referência
Vazão (Qpu)
3,92 l/min
Tempo
51 minutos
Frequência
2
Volume de consumo
400 Litros
Norma ABNT-NBR-15569 Anexo C - Tabela C.1
Frequência de uso
2 vezes ao dia
-
Temp. de consumo
40 °C
Norma ABNT-NBR-15569 Anexo C - Tabela C.1
Temp. de armazenamento
50 °C
-
Temp. ambiente
20 °C
Norma ABNT-NBR-15569 Anexo C - Tabela C.1
Massa específica da água
1000 Kg/m^3
-
Calor específico da água
4,18 KJ/Kg*°C
-
Irradiação média global no local
3,85 KWh/m^2
Atlas brasileiro de energia solar (considerado nível de irradiação para período de Junho a Agosto)
Coeficiente de ganho do coletor solar
0,78
SiteInmetrohttp://www.inmetro.gov.br/consumidor/pbe/coletores-solares.asp;
Coeficiente de perda do coletor solar
14,726
SiteInmetrohttp://www.inmetro.gov.br/consumidor/pbe/coletores-solares.asp;
Inclinação do coletor em relação ao plano horizontal
32°
Será instalado suporte para que os painéis fiquem apontados para o Norte
Inclinação ótima do coletor em relação ao plano horizontal
32°
Latitude do local 22° 13' com acréscimo de 10° afim de priorizar o inverno
Declinação do norte magnético (Azimute)
21°
http://www.heliodon.com.br/calcular_declinacao_2.html e geomag.nrcan.gc.ca
Considerações
Para definição dos parâmetros de ganho e perda do coletor solar de PVC utilizamos a tabela de aquecedores solares informados no INMETRO considerando o pior caso daqueles fabricados com termoplástico. 
Como o telhado é voltado para o Sul, consideramos a instalação de uma estrutura de suporte que possibilite que o painel tenha uma inclinação com valor ótimo (32 ° ).
Para o ângulo azimutal, consideramos a declinação magnética obtida pelos sites: http://www.heliodon.com.br/calcular_declinacao_2.html e www.geomag.nrcan.gc.ca
Obtenção do Ângulo Azimute Local
Dados de Latitude de Pouso Alegre e declinação magnética
Instalação
Para uma maior eficiência, seria necessário que os coletores estivessem elevados em ângulo contrário ao telhado e voltados para o Norte Geográfico (21° Leste de onde aponta o norte magnético).
Resultados
Aplicando os dados no algoritmo obtemos os seguintes resultados:
Volume Consumo
400
Litros
EUtil
9,29
kWh/dia
E perdas
1,39
kWh/dia
FC inst
1,016
PMDEE
2,026
kWh/m2dia
A coletora
6,84
m^2
Conclusão
Para o caso considerado, e de acordo com a bibliografia de construção de aquecedores de baixo custo, teríamos que construir ao menos 6 coletores com 1 m^2 para obtermos a temperatura desejada.
Também seria necessário o custo de uma estrutura de suporte para a melhor captação de energia.
O modelo de cálculo mostra-se robusto e eficiente, levando neste caso em particular considerar que o investimento inicial não seria pequeno pois mesmo que cada placa, indicada pela bibliografia, custe o equivalente a R$120,00, teríamos que gastar ao menos R$ 840,00 mais o custo da estrutura e mão de obra.
Um fator que poderia melhorar o desempenho do sistema é reduzir as temperaturas de armazenamento e utilização e também a frequência para um banho. Assim precisaríamos de menos energia e menos área de coletores solares.
Bibliografia
http://www.inmetro.gov.br/consumidor/pbe/coletores-solares.asp
Manual de Construção e Instalação Aquecedores Solares com Tubos de PVC – Ver. 1.2 – 2012 - Obtido do site www.sempresustentavel.com.br
http://www.heliodon.com.br/calcular_declinacao_2.html ;
www.geomag.nrcan.gc.ca
Norma ABNT NBR 15569