Projeto de aquecimento de água para chuveiro

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MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO 
SECRETARIA DE EDUCAÇÃO PROFISSIONAL E TECNOLÓGICA 
INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA 
DE GOIÁS CÂMPUS GOIÂNIA 
DEPARTAMENTO DE ÁREAS ACADÊMICAS II - COORDENAÇÃO DE 
ENGENHARIA AMBIENTAL E SANITÁRIA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Projeto de aquecimento de água para chuveiro 
 
 
Trabalho apresentado na disciplina de 
Tecnologia das Construções do Curso de Engenharia 
Ambiental e Sanitária do Instituto Federal de Goiás – 
Campus Goiânia. 
Acadêmico(a): Rhayane Andrade 
Professor: Paulo Augusto 
 
 
 
 
Goiânia, 2019 
1. Introdução 
A demanda cada vez maior pelo uso de energias renováveis faz com que se 
busquem alternativas para o dia a dia, seja referente a como esta energia será 
obtida ou como ela será melhor utilizada. Especificamente no uso da energia solar, 
um item bastante importante é o chuveiro para aquecedor solar. No entanto, ainda 
há dúvidas sobre qual melhor modelo para cada caso específico, além de outros 
detalhes que devem ser resolvidos antes mesmo da instalação do mesmo, como, 
por exemplo, qual o número de placas ideal de acordo com a utilização dos 
moradores. 
O chuveiro para aquecedor solar funciona com a água que é armazenada em 
um reservatório (boiler) – onde é aquecida pelo calor do sol, obtido através das 
placas de captação 
2. Memorial Descritivo 
2.1. Informações do local: 
 A residência onde será implantado o projeto de aquecimento de água para 
chuveiros se encontra no município de Aparecida de Goiânia-GO, situada na região 
metropolitana de Goiânia, localizada no setor Parque Trindade 1, região sudeste do 
município, com habitações predominantemente unifamiliar de um pavimento. O 
loteamento possui cerca de 367,00 m², a área de garagem tem área de 15,6m² 
polígono em rosa e a área do telhado (construída) é de aproximadamente 93,2 m² 
destacado em azul . 
 
Imagem 1: Polígono da residência citada 
Habita atualmente na residência 5 indivíduos: sendo 5 adultos, onde 4 
pessoas passam cerca de 10 horas em outros locais , 1 fica alocada geralmente 
todos os dias na atual residência. 
A média de consumo de água na residência é de 17,33 m³/mês , onde em 
meses de maior consumo como o mês de dezembro e janeiro chega a 20 m³/mês 
como apresentado no gráfico 1, nota-se que o consumo na residência é bastante 
elevado e por isso se justifica o projeto. 
 
 
 
 
 
 
 
 Gráfico 1: Consumo de água mensal 
 ​ Fonte: autoral 
 
 ​2.2. Dados 
Além das condições atmosféricas (nebulosidade, umidade relativa do ar, 
entre outras) a radiação solar que incide sobre a superfície terrestre também 
depende da latitude local e da posição no tempo (hora do dia e dia do ano), devido à 
inclinação do eixo imaginário em torno do qual a terra gira (movimento de rotação) e 
à trajetória elíptica que a terra descreve ao redor do sol (translação). Apesar de 
diferentes características climáticas constatadas em todo o Brasil, a média anual de 
irradiação global apresenta boa uniformidade, com médias anuais consideradas 
altas em todo país. Segundo o Atlas Brasileiro de Energia Solar, a radiação solar no 
Brasil é de 4,25 kWh/m2 na região sul, e de até 6,5 kWh/m2 no interior do nordeste. 
Os valores de irradiação solar anual em qualquer região brasileira encontram-se na 
média (1500-2500 kWh/m2) são superiores a de países como, Alemanha (900-1250 
kWh/m2), França (900-1650 kWh/m2) e Espanha (1200-1850 kWh/m2), onde 
projetos de aproveitamento da energia solar são amplamente disseminados e 
alguns contam com fortes incentivos governamentais (ABES, 2005). 
De acordo com dados do INMET a temperatura média anual é de 24,9 Cº em 
Goiânia. Apresentado na tabela 1 a seguir: 
 Tabela 1: Temperatura média anual de 2018 
 ​ Fonte: INMET 
 
De acordo com o Atlas Brasileiro de Energia Solar a radiação média anual em 
Goiânia varia entre 5,25 a 4,9 kWh/m² como é mostrado na figura 1. 
 
 Figura 1: Radiação Solar Global média anual 
 ​ Fonte: Atlas Brasileiro de Energia Solar 
 
 
 
 
 
2. Memorial de Cálculo: 
2.1 Volume teórico de consumo de água de chuveiro 
Inicialmente deve-se efetuar o cálculo do volume de água quente consumida 
diariamente. Tal volume pode variar em função da vazão das peças de utilização, 
tempo médio e frequência de uso. O volume para consumo é definido pela seguinte 
expressão: 
Vconsumo= (Qpu u )Σ × T × F 
Onde: 
V consumo: é o volume total de água quente consumido diariamente (m³); 
Qpu: vazão da peça de utilização (l/min); 
Tu: tempo médio de uso diária da peça de utilização (min); 
Frequência de uso: é o número total de utilização de peças por dia. 
Então temos: 
consumo l/min 0min 80 litros ou 0, 8 m³ V = 6 × 1 × 8 = 4 4 
 
2.2 Cálculo do volume do sistema de armazenamento 
O volume do sistema de armazenamento é definido pela seguinte expressão: 
 
armazenamentoV = (Tarmaz − Tamb)
V consumo×(Tconsu − Tamb) 
Onde : 
V armaz:​ é o volume do sistema de armazenamento do SAS (m³). Sugere-se que o 
volume de armazenamento seja maior ou igual a 75% do volume de consumo. 
T consumo:​ é a temperatura de consumo de utilização (°C). Sugere-se a utilização 
de 40°C. 
T armaz:​ corresponde a temperatura de armazenamento da água (°C). Sugere-se 
que a temperatura de armazenamento seja igual ou maior do que a temperatura de 
consumo. 
T ambiente:​ é a temperatura média anual do local de instalação. 
Logo: 
= ​351,82 litros < 75% do volume de consumoarmazenamentoV = (50−23,1)
560×(40−23,1) 
então adotar 420 litros ou 0,42 m³ 
O reservatório que será utilizado será de 500 litros com isolamento térmico 
como mostra a imagem a abaixo: 
 
 ​Figura 2: ​Caixa D' Água em Aço Inox com Tampa 500​ litros 
 Fonte: Tigre 
2.3 Cálculo da demanda de energia útil 
Deve-se ainda calcular a demanda útil de energia, de acordo com a seguinte 
expressão: 
utilE = 3600
V armaz×ρ×Cp×(Tarmaz−Tamb) 
Eútil: é a energia útil, expressa em kilowatts hora por dia (kWh/dia) 
p: corresponde a massa específica da água igual a 1000 (kg/m3) 
Cp: é o calor específico da água igual a 4,18 (Kj/Kg) 
 
=13,11 kwh/diautilE = 3600
0,42×1000×4,18×(50−23,1) 
 
2.4 ​Cálculo da área coletora 
Para finalizar, basta efetuar o cálculo da área coletora, para que desta forma 
possa ser definido em função do modelo da placa e quantas placas serão 
necessárias no projeto. 
O cálculo da área coletora é definido em função da seguinte expressão: 
 
coletoraA = PMDEE×Ig
(Eutil+Eperdas)×FCintal×4,901 
Acoletora ​: é a área coletora (m2) 
Ig: é o valor da irradiação global média anual para o local da instalação 
(kWh;m².dia) 
Eperdas: é o somatório das perdas térmicas dos circuitos primário e secundário 
(kWh/dia), calculada pela soma das perdas ou pela equação: 
Eperdas:​ 0,15 X Eútil 
PMDEE: é a produção média diária de energia específica do coletor solar (kWh/m²), 
expressa pela equação. 
MDEE , 01 Frτα , 249 rul) P = 4 9 × ( − 0 0 × F 
Considerando um modelo específico de coletor solar,o PMDEE pode ser 
dimensionado da seguinte maneira. 
PMDEE = 4,901 x (0,83 – 0,0249 x 7,110) = 3,2 kWh/m² 
FCinstal: é o fator de correção para a inclinação e orientação do coletor solar dado 
pela equação: 
cinstalF = 1
1−(0,00012×(β−βotimo)²+3,5× y²) 
 
Para este coletor vamos considerar a pior situação de projeto. Apesar da cidade de 
Goiânia está localizada na latitude 15°, vamos considerar que a placa estará 
definida com uma inclinação de 15° e voltada 30° para o leste ou oeste. 
Além disso, foi possível determinar o valor da irradiação global média anual para a 
cidade de Goiânia de acordo com o “Atlas Brasileiro de Energia Solar”. 
Portanto, em resumo teremos os seguintes valores necessário para 
dimensionamento da área total da placa solar. 
Logo: 
Eperdas: ​1,74 kWh/dia 
PMDEE: ​3,2 kWh/m² 
FCinstal: ​1,05 
Ig: ​4,9 kWh;m²dia 
=​4,94 m²coletoraA = 3,2×4,9
(13,11+(0,15×13,11)×1,05×4,901 
Através deste dados foi possível obter o resultado de dimensionamento da área da 
placa solar igual a 4,94 m² porém será adotado 5 m² . 
 
3 ORÇAMENTO FÍSICO-FINANCEIRO 
3.1 Orçamento final do projeto 
Os valores dos produtos a ser utilizados na realização deste projeto estão 
discriminados na tabela abaixo: 
 
Produto Preço (R$) Projeto (R$) 
Tubo 22mm Aquatherm 3m 
Tigre 
29,90/3 metros 89,70 
Reservatório 500 litros inox 960/unidade 960 
Serviços 200,00/dia 200,00 
Placas solares 650/uni 650,00 
Projeto 650,00 650,00 
Total = 1900,00$ 
 
3.2 Viabilidade econômica 
 
Quanto à economia, segundo o Departamento de Energia Solar da 
Associação Brasileira de Refrigeração, Ar-condicionado, Ventilação e Aquecimento 
(ABRAVA), o modo mais econômico de aquecer água é usando o calor do sol. Este 
sistema chega a suprir 70% da demanda anual por água quente. Claro que 
devemos considerar cidades onde o clima é mais ameno ou em que a incidência de 
raios solares seja menor, além de considerar também períodos pouco ensolarados, 
com menores incidências solares. Nesses casos, geralmente é utilizado o sistema 
híbrido: o chuveiro é aquecido pelo sol, sendo alternado para eletricidade ou para 
um sistema de gás sempre que se fizer necessário. 
Segundo dados da companhia de energia de Goiás, a Eneel, os valores 
cobrados para categoria B1 residencial convencional. Utilizando o simulador da 
Eneel para um banheiro com chuveiro elétrico a 60 minutos por dia, seu custo é ao 
mês R$ 110,26; consumo de 165 kWh/mês e com tarifa de 67 centavos por kWh. 
Logo, 
 = 1,92 anos = 2 anos.etorno Projeto R = 2549,7(110,26x12) 
Como se trata de um projeto pequeno para aquecimento de água de 
chuveiro os custos de projeto serão pequenos , então o projeto se torna bastante 
viável já que se recupera o valor gasto em apenas 2 anos com uma economia de 
R$ 110,26 por mês, 
 
 
 
 
REFERÊNCIAS: 
 Goldemberg, J.; Villanueva, L. D. Energia, meio ambiente e desenvolvimento. São 
Paulo: EDUSP, 225p., 2003. 2. Agência Nacional de Energia Elétrica, Ministério de 
Minas e Energia. Balanço Energético Nacional - BEN 2004, 2004. [online] 
http://www.mme.gov.br/, 2005. 3. Stivari, S. M. S; Oliveira, A. P.; Soares, J. On the 
climate impact of the local circulation in the Itaipu lake área. Climatic Change, 
72(1-2):103-121, 2005. 4. Fearnside, P. M. Do hydroeletric dams mitigate global 
warming? The case of Brazil’s Curuá-Una dam. Mitigation and Adaptation Strategies 
for Global Change, 10:675-691, 2005. 5. Centro de Pesquisas de Energia Elétrica. 
Atlas do Potencial Eólico Brasileiro. CEPEL/ELETROBRÁS/Ministério de Minas e 
Energia. 45p., 2001. 6. Tiba, C. Atlas Solarimétrico do Brasil – banco de dados 
terrestres. Recife: Editora Universitária da UFPE, 2000.