6 - APROVEITAMENTO DA RADIACAO SOLAR

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE LAVRAS 
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA 
NÚCLEO DE AGROMETEOROLOGIA E CLIMATOLOGIA 
GNE109 - Agrometeorologia 
 
 
 
APROVEITAMENTO DA RADIAÇÃO SOLAR 
 
SISTEMA DE AQUECIMENTO DE ÁGUA PARA USO RESIDENCIAL E INDUSTRIAL 
 
 
Prof. Antônio Augusto Aguilar Dantas 
Prof. Luiz Gonsaga de Carvalho 
Prof. Pedro Castro Neto 
 
 
 
1. Introdução 
 
A energia solar é tida como inesgotável e não poluente. Apesar do custo bastante 
reduzido, o seu aproveitamento é ainda normalmente caro, o que conduz ao estímulo de 
desenvolvimento de pesquisas neste campo de aplicação quanto ao seu aproveitamento. 
 A conversão da energia solar em energia elétrica é possível, porém, ainda de alto 
custo pelo processo conhecido como “células fotoelétricas”. É aplicável quando se 
necessita de pequenas tensões em locais com difícil acesso à rede elétrica convencional. 
 A maior possibilidade de aproveitamento da radiação solar na zona rural está nas 
estruturas de secagem de grãos e sementes. A construção de terreiros de secagem 
seguindo técnicas simples (face de exposição, inclinação, ausência de sombreamento) 
aumenta a eficiência do mesmo. 
 Pode ser considerado como aproveitamento de radiação o planejamento de obras 
rurais objetivando dar maior conforto térmico aos animais e mesmo ao homem. Certas 
construções, como bezerreiros, devem receber sol da manhã no seu interior por questões 
profiláticas e granjas avícolas não devem receber sol no seu interior por questão de 
conforto térmico. 
 Outra possibilidade de fácil acesso são os aquecedores solares planos que, sendo 
de baixo custo, permitem aquecimento da água para o consumo em residências, piscinas, 
hotéis, indústrias, edifícios, propriedades rurais ou ainda para a utilização em higienização 
de instalações ou mesmo pré-aquecimento de água para fins industriais ou agro-
industriais. Em locais em que a água não apresenta boa qualidade para consumo, pode-
se construir destiladores solares, tendo-se, assim, água de qualidade a custo baixo. E 
quando se pensa em água quente com economia, a energia solar reforça ainda mais essa 
visão por ser realidade. Assim, serão descritos adiante os detalhes físicos e construtivos 
de um sistema de aquecimento de água. 
 Para o bom aproveitamento da radiação solar a baixo custo deve-se ter um bom 
conhecimento físico desse potencial energético. A partir daí, a criatividade e habilidade 
farão boa parte do trabalho. 
 
 
 
 
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2. Composição e construção 
 
Basicamente, o sistema de aquecimento de água por energia solar é composto de 
coletores solares (placas) e reservatório térmico (Boiler), (Figura 1). 
Normalmente as placas coletoras (Figura 2), são constituídas por uma caixa com chapas 
de alumínio com dimensões aproximadas de 2,00 x 1,00 x 0,07 m. O fundo dessa caixa é 
revestido com material termo-isolante (mantas de lã de vidro ou espuma de poliuretano 
expandido). Sobre esse material é colocada a tubulação (tubos de cobre) da serpentina, e 
em seguida, cobrindo essa serpentina, devidamente sobreposta e cobrindo toda a 
extensão da área da caixa é colocada uma chapa fina de alumínio ou cobre. Esta 
superfície é pintada com tinta preta fosca permitindo minimizando a reflexão de energia, 
contribuindo para maior capacidade de absorção. Por fim, o caixa é coberto com vidro 
transparente, encaixado e vedado com borracha à base de silicone. 
O reservatório térmico também conhecido por Boiler, é um recipiente para 
armazenamento da água aquecida. É um cilindro de cobre, fabricado em aço inox, cobre 
ou polipropileno, também revestido com isolante térmico (mantas de lã de vidro ou 
espuma de poliuretano expandido) e proteção externa em chapa de alumínio. Desta 
forma, a água é conservada aquecida para consumo posterior. 
Os materiais de cobre e alumínio são utilizados, pois além de possuírem maior 
resistências a temperaturas elevadas possuem elevada condutividade térmica, 
necessários para a eficiência do sistema. 
 
 
 
3. Instalação do sistema 
 
Normalmente, como em instalações residenciais, os coletores solares são dispostos um 
ao lado do outro sobre o telhado. Deve apresentar uma inclinação, onde a entrada da 
água fria (de maior densidade) se dá pela parte inferior e a saída de água quente (de 
menor densidade) pela parte superior, devido ao processo natural de convecção da 
circulação de água. Em sua instalação, o correto posicionamento dos coletores é de 
fundamental importância para a eficiência do sistema. O coletor deve estar direcionado ao 
Sol com a sua área de absorção (cobertura de vidro) de tal forma que apresente a menor 
variação possível com a perpendicularidade aos raios solares diretos ao longo do ano. 
Assim devido à declinação solar, essa exposição dos coletores deve estar voltada para o 
polo geográfico onde, relativamente ao local, o sol se encontra no inverno. Assim, em 
geral para as regiões do Brasil, os coletores são expostos com face ao norte geográfico. 
Quanto à inclinação, tanto quanto possível, exceto em condições residenciais, onde a 
inclinação dos coletores é limitada pela inclinação do telhado por questões estéticas a 
inclinação deve ser igual ao valor do ângulo da latitude local ( 5o). Levando em 
consideração, a caminhamento aparente do sol durante o dia, e visando o 
armazenamento de água quente para a noite e a manhã do dia seguinte, a exposição dos 
coletores mais voltada para o oeste (pôr do sol) é mais interessante, contudo a exposição 
norte deve ser mais preponderante. Desta forma, a exposição de melhor eficiência dos 
coletores é a noroeste, considerando os caminhamentos aparentes do sol durante o dia e 
o ano. Não atendendo estas condições, o posicionamento dos coletores deve estar o mais 
próximo possível da inclinação e exposição acima especificadas. 
O boiler deve estar em nível dos coletores e abaixo do reservatório de água fria. O boiler 
pode também ser colocado ao lado da água fria, para tanto se deve utilizar uma válvula 
de retenção para evitar o refluxo de água quente. 
 
 
 
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4. Princípio de funcionamento 
 
A radiação solar ao incidir sobre os coletores solares atravessa o vidro. Lembre-se que a 
radiação solar ocorre predominantemente em ondas curtas, sendo o vidro transmissível a 
estes comprimentos de ondas e opaco à radiação que ocorre em comprimentos de ondas 
longas. Assim, o coletor ao absorver a radiação proveniente do sol, aquece toda a 
superfície interna do coletor. Este aquecimento é intensificado devido ao efeito estufa 
causado pela cobertura de vidro que impede transmissão da radiação de ondas longas 
emitida pela superfície interna do coletor. Lembre-se conforme demonstra a lei de Planck, 
que à medida que a temperatura de um corpo diminui, a emissão de ondas 
eletromagnéticas ocorre em comprimentos de ondas cada vez menores. Assim serpentina 
de tubos de cobre por onde circula a água é aquecida e esta transfere para a água, por 
condução, o calor absorvido fazendo com que a temperatura da água atinja valores 
bastante elevados. Desta forma, a água ao ser aquecida circula entre os coletores pelo 
processo natural da convecção. Nesse sistema, a água dos coletores fica mais quente e, 
portanto, menos densa que a água no reservatório. Assim a água fria “empurra” a água 
quente gerando a circulação. Observa-se que, os três processos de transferência de 
energia estão presentes nesse sistema. A circulação da água também pode ser feita 
através de motobombas em um processo de circulação forçada (bombeado), e são 
normalmente utilizados em piscinas e sistemas de grandes volumes. 
A caixa de água fria alimenta o reservatório térmico pela parte inferior, permitindo a 
circulação de água dentro do boiler, mantendo-o sempre cheio e evitando também o 
acúmulo de resíduos no fundo por decantação. 
 
 
 
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Figura 1. Sistema completo deaquecimento de água para uso residencial e, ou, 
industrial. 
(Fonte: http://www.soletrol.com.br/educacional/comofunciona.php) 
 
 
 
 
 
Figura 2. Coletor solar (placa) do sistema de aquecimento de água.