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SISTEMAS DE AQUECIMENTO 
SOLAR DE PEQUENO PORTE 
MANUAL DO PROJETISTA 
 
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CURSO DE CAPACITAÇÃO EM AQUECIMENTO SOLAR 
SISTEMAS DE PEQUENO PORTE 
 
 
 
 
 
 
 
REDE ELETROBRAS PROCEL SOLAR 
 
 
 
 
 
MANUAL DO PROJETISTA 
 
 
 
 
3 
 
Autores e Colaboradores 
Profª Elizabeth Marques Duarte Pereira 
Alexandre Salomão de Andrade 
Luciana Penha de Carvalho 
Luiz Otávio Marques Duarte 
Samira Fontes Domingos 
 
Bolsistas de Iniciação Científica 
Ana Carolina Benfica Mariano 
Eliane Aparecida Leão 
Filipe Silva Cota 
Jaqueline Cordeiro da Silva 
Leilaynne Pascoal Pedro 
Priscila Alexandre Barbosa Coelho 
Rodrigo Andrade 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Este Manual é um produto da Rede Eletrobras Procel Solar, sendo proibida sua reprodução 
total ou parcial sem prévia autorização da Eletrobras/Procel. 
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SUMÁRIO 
1. Apresentação do programa de Capacitação Rede Procel Solar 
 
2. CAPÍTULO 1 – INSTALAÇÕES DE AQUECIMENTO SOLAR DE PEQUENO PORTE 
2.1. Classificação quanto ao porte e operação 
2.2. Componentes do SAS de pequeno porte 
2.2.1. Coletor Solar 
2.2.2. Reservatório Térmico 
2.2.3. Caixa d’água 
 
3. CAPÍTULO 2 – TERMOSSIFÃO – PRINCÍPIOS DE FUNCIONAMENTO 
3.1 Parâmetros para o bom funcionamento do termossifão 
3.1.1. Distância topo-fundo 
3.1.2. Soluções arquitetônicas 
3.1.3. Reservatórios em nível ou híbridos 
3.1.4. Alimentação do sistema 
3.2 Seleção do melhor coletor 
 3.2.1. Minicoletores 
 3.2.2. Coletores compactos 
 3.2.3. Coletores horizontais e verticais 
 3.2.4. Coletores invertidos 
 3.2.5. Coletores a vácuo 
3.3 Sistema anticongelamento 
 3.3.1. Válvula anticongelamento 
 3.3.2. Circuito indireto 
 3.3.3. Bombeamento 
3.4 Seleção do melhor reservatório 
 
4. CAPÍTULO 3 – DIMENSIONAMENTO DO SAS 
4.1. Cálculo da demanda de água quente 
4.1.1. Demanda diária de água quente 
4.2. Perfil do consumo de água quente no setor residencial 
4.2.1. Nível de conforto 
4.3. Passo a passo do dimensionamento detalhado 
 
5. CAPÍTULO 4 – INSERÇÃO DO SAS EM EDIFICAÇÕES 
5.1. Inserção do SAS em Edificação: Fase do Projeto 
5.1.1. Características da cobertura 
5.1.2. Tubulações e pontos de consumo 
5.1.3. Isolamento de tubulações, sombreamento e acessibilidade 
5.2. Inserção de SAS em Edificações Existentes 
 
6. CAPÍTULO 5 – SISTEMA HIDRÁULICO DO SAS DE PEQUENO PORTE 
6.1. Distribuição hidráulica do SAS 
6.2. Tipos de tubulações 
6.3. Dimensionamento das tubulações 
6.4. Circuito primário 
6.4.1. Cálculo do diâmetro de alimentação e retorno do sistema 
6.4.2. Perda de carga 
6.5. Circuito secundário 
6.5.1. Cálculo do diâmetros da tubulação do circuito secundário do sistema 
5 
 
6.6. Isolamento de tubulações 
 
7. CAPÍTULO 6 – QUALIDADE DA INSTALAÇÃO DE UM SAS 
7.1. Qualidade de produtos: coletor solar 
7.2. Qualidade de produtos: reservatório térmico 
7.3. Qualidade da instalação 
7.4. Qualidade do isolamento térmico 
7.5. Sistema anticongelamento 
7.6. Qualidade do sistema auxiliar 
7.7. Segurança do sistema 
7.8. Acessibilidade e manutenção 
7.9. Abastecimento e qualidade da água 
6.10. Check-list 
 
8. CAPÍTULO 7 – RECOMENDAÇÕES PARA O INSTALADOR 
8.1. Primeiro passo: preparação 
8.2. Segundo passo: avaliação do local de instalação 
8.3. Terceiro passo: planejamento da instalação in loco 
8.4. Quarto passo: instalação do SAS 
8.5. Quinto passo: comissionamento do SAS 
8.6. Check-list para o instalador 
 
9. CAPÍTULO 8 – SISTEMAS DE AQUECIMENTO SOLARA PARA O PROGRAMA MINHA CASA 
MINHA VIDA 
9.1. SAS de Pequeno Porte: Programa Minha Casa Minha Vida 
9.2. Componentes do SAS MCMV 
9.3. Inserção do SAS em residências unifamiliares 
9.4. Inserção do SAS em residências multifamiliares 
9.5. Recomendações para o instalador e boas práticas 
 
10. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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1. Apresentação do Programa de Capacitação – Rede Procel Solar 
 Ao longo dos últimos anos, uma equipe se formou com apoio da Eletrobras/Procel 
para o desenvolvimento de projetos e também para a proposição de ações estruturantes à 
disseminação da energia solar térmica no Brasil, notadamente para o aquecimento solar de 
água. 
 Acredita-se que uma das mais importantes iniciativas seja exatamente essa: a 
capacitação de professores para atuar como multiplicadores na formação de profissionais em 
toda a cadeia produtiva do aquecimento solar. 
 O Programa de Capacitação REDE ELETROBRAS SOLAR surgiu após os resultados dos 
trabalhos de avaliação em diversas obras realizados por um convênio entre a Eletrobras e a 
PUC Minas onde se identificou que grande parte das instalações solares avaliadas em sete 
cidades de estados diferentes estavam com problemas, muitas vezes causados por um projeto 
ou uma instalação incorretos. Assim surgiu a ideia de criar uma rede de cursos de capacitação 
que a carência de profissionais capacitados em todo o setor. Esses cursos formam profissionais 
capazes de analisar, dimensionar, projetar e instalar sistemas de aquecimento solar (SAS) 
tanto para piscinas e como também para fins sanitários de pequeno, médio e grande porte. Os 
organogramas a seguir mostram os esquemas dos cursos da REDE. O primeiro organograma 
(Figura 1.1) ilustra o curso para projetistas solares: 
 
Figura 1.1 - Estrutura esquemática do programa de capacitação da Rede Eletrobras Procel 
Solar – Projetista 
 
 O segundo cronograma (Figura 1.2) ilustra o curso de instaladores solares: 
7 
 
 
 
Figura 1.2 - Estrutura esquemática do programa de capacitação da Rede Eletrobras Procel 
Solar – Instalador 
 A Rede conta, em sua versão inicial, com seis instituições de ensino e pesquisa na área 
da energia solar, abrangendo todas as cinco regiões do país. A concepção de sua estrutura é 
dinâmica e aberta, podendo agregar rapidamente outras instituições com interesse no tema. 
 Em sua implantação, a Rede é financiada pela Eletrobras/Procel, através de Convênio 
de Cooperação com o Instituto UNA de Responsabilidade Social e Cultural, mas tem como 
meta a busca por sua sustentabilidade técnica e financeira em futuro próximo. 
 Essa iniciativa da Eletrobras/Procel está em plena sintonia com as ações previstas no 
Plano Estratégico para “Disseminação de Sistemas de Aquecimento Solar no Brasil”, elaborado 
pelo Grupo de Trabalho em Energia Solar Térmica, coordenado pelo Ministério de Meio 
Ambiente e que conta com a participação do Ministério de Minas e Energia e da própria 
Eletrobras, através da equipe técnica do PROCEL. 
 O curso de projetista de pequeno porte tem como público alvo engenheiros, 
arquitetos, técnicos de concessionárias de energia elétrica e de cooperativas habitacionais, 
professores, instrutores e técnicos em geral. Esse curso tem como pré-requisito o curso de 
“Introdução ao Aquecimento Solar – Módulo Básico” e tratará de assuntos como 
dimensionamento do SAS e do sistema hidráulico, inserção dos equipamentos nas edificações, 
boas práticas de instalação, materiais utilizados, entre outros. Também teremos um capítulo 
dedicado ao sistema de aquecimento solar adotado no Programa Minha Casa Minha Vida, que 
é caracterizado como pequeno porte, mas possui alguns aspectos especiais e distintos do 
sistema convencional. 
 Para consolidar o conhecimento do aluno estarão disponíveis, além desta apostila, 
aulas teóricas com recursos multimídia, aulas práticas onde o aluno irá trabalhar com 
bancadas de simulação de SAS em tamanho real, bancada de simulação de um banheiro com o 
sistema hidráulico visível, maquetes eletrônicas e o software Dimensol que será usado em 
muitos exercícios. 
Avaliação Avaliação 
8 
 
 
Capítulo 1 
 
2 INSTALAÇÕES DE AQUECIMENTO SOLAR DE PEQUENO PORTE 
 
 
 
Instalações de Aquecimento Solar de Pequeno Porte 
Componentes de uma instalação de pequeno porte 
 
 
PALAVRAS-CHAVE: Porte das instalações;operação do sistema; coletor solar; reservatório térmico; caixa 
de água fria. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
9 
 
 
2.Instalações de Aquecimento Solar de Pequeno Porte 
2.1 Classificação quanto ao porte e operação 
No curso “Introdução ao Aquecimento Solar – Módulo Básico” foi visto que os sistemas de 
aquecimento solar (SAS) possuem diversas aplicações e para cada uma delas existe uma 
classificação diferente. A mais comum é quanto ao seu porte, que está diretamente 
relacionada ao volume de água aquecido. Por isso os SAS são classificados, em geral, quanto ao 
porte e operação. 
De maneira geral a classificação do SAS quanto ao porte é como mostrada na Tabela 2.1, a 
seguir: 
Tabela 2.1 – Classificação de sistemas de aquecimento solar quanto ao porte 
Classificação SAS Volume diário de armazenamento [L] 
Pequeno porte V < 1500 
Médio porte 1500 < V <5000 
Grande porte V > 5000 
 
Quanto à operação dos SAS há dois tipos distintos: circulação natural e circulação 
forçada ou bombeada. Em regiões de clima mais frio como a América do Norte e a Europa é 
necessário que o sistema opere em circulação forçada para que não haja risco de 
congelamento da água no interior do coletor solar, o que provocaria danos no equipamento. 
Assim, é comum nesses locais o uso de sistemas de bombeamento em todos os tipos de SAS, 
inclusive nos de pequeno porte. 
No entanto, países como o Brasil que possuem temperaturas amenas podem dispensar 
o sistema de bombeamento em SAS de pequeno porte e adotar a circulação natural ou 
termossifão como forma de operação. Para sistemas maiores, porém, esse tipo de operação se 
torna ineficiente, sendo necessário operar por bombeamento. A tabela 2.2 mostra a 
classificação dos sistemas quanto à operação. 
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Tabela 2.2 – Classificação de sistemas de aquecimento solares quanto à operação 
Classificação SAS Tipo 
Pequeno porte Termossifão 
Médio porte Circulação forçada 
Grande porte Circulação forçada 
 
A circulação natural ocorre pela diminuição da densidade do fluido devido ao seu 
aquecimento, também conhecido como efeito termossifão. O principio de funcionamento e as 
características desse efeito serão abordadas com mais detalhes no capítulo 2. 
Mais de 90% dos sistemas de aquecimento solar no Brasil são sistemas termossifão, 
que oferecem ao consumidor baixo custo, eficiência e confiabilidade. Em relação à circulação 
da água, vale lembrar que, dividimos os sistemas de aquecimento solar em duas categorias. 
Nos sistemas bombeados, uma motobomba é responsável pela circulação da água, que sai do 
reservatório térmico (RT), passa pelos coletores e volta para o reservatório. Já nos sistemas 
por termossifão, essa circulação ocorre de maneira natural. 
2.2 Componentes do SAS de Pequeno Porte 
Podemos citar como componentes do SAS de Pequeno Porte o coletor solar, reservatório 
térmico, caixa de água fria (ou caixa d’água) e as tubulações que ligam tais equipamentos, que 
serão detalhados a seguir: 
2.2.1 Coletor Solar 
O coletor solar tem como função absorver a radiação solar cujo calor será absorvido 
pela água que passa em seu interior. Existem diversos tipos de coletores solares que também 
são classificados de acordo com sua configuração física. Os mais comuns são os coletores 
abertos, os fechados ou planos e os de tubo a vácuo. 
Os primeiros não possuem cobertura transparente, isolamento térmico e nem caixa 
metálica, já que operam a baixas temperaturas. São muito utilizados para o aquecimento de 
piscinas que devem ser aquecidas a temperaturas da ordem de 25°C a 27°C. 
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Os coletores planos são os mais usados no Brasil e operam em temperaturas de 60°C a 
70°C. São mais complexos do que os coletores abertos e possuem a seguinte estrutura: 
 Caixa metálica que abriga todos os materiais do coletor; 
 Camada isolante instalada no fundo e nas laterais da caixa metálica, para 
reduzir as perdas térmicas; 
 Flauta ou tubos metálicos por onde a água circula; 
 Aletas metálicas, que geralmente são pintadas de preto para absorver a maior 
energia térmica possível, e são soldadas ou encaixadas na flauta; 
 Cobertura transparente que faz o fechamento do coletor, reduz as perdas 
térmicas e gera o efeito estufa no interior do equipamento; 
Na Figura 2.1 é possível observar os componentes do coletor solar. 
 
Figura 2.1: Componentes do coletor solar 
A qualidade e desempenho do coletor solar estão diretamente ligados às características dos 
seus componentes como espessura do isolamento térmico, metal utilizado para a produção 
das aletas e tipo de vidro da cobertura. No Capítulo 2 veremos como essas características 
influenciam na escolha do melhor coletor. 
Finalmente, os coletores de tubo a vácuo trabalham a temperaturas de até 100°C e sua 
construção difere tanto dos coletores abertos quanto dos fechados. O corpo do coletor é 
composto por uma série de tubos individuais por onde a água circula. Esses tubos possuem 
duas camadas de vidro: uma externa e outra interna. Na face interna, que também recebe 
uma pintura especial para potencializar a absorção da irradiação solar, a água é aquecida e 
circula através do efeito termossifão. Entre a face interna e externa do vidro existe o vácuo, 
que servirá como isolamento minimizando as perdas térmicas do coletor. Esses tubos são 
montados em uma estrutura e, muitas vezes, acoplados diretamente ao reservatório térmico. 
Para mais detalhes consulte o próximo capítulo. 
Isolamento 
Aleta metálica 
Flauta 
Caixa metálica 
Cobertura transparente 
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2.2.2 Reservatório térmico 
Nos sistemas de aquecimento solar de água é fundamental prever seu 
armazenamento, visto que ela não será consumida de modo intermitente. Assim, o 
reservatório térmico se faz necessário e tem a função de armazenar e manter, por um período 
de tempo razoável, a água aquecida para posterior consumo. 
Esse equipamento é o responsável por alimentar os coletores solares com água fria e 
armazenar a água que retorna aquecida. Para isso ele deve conter os tubos de ligação, o corpo 
interno que ficará em contato com a água, o isolamento térmico, o corpo externo que 
protegerá todo seu interior das intempéries e os suportes de sustentação. Além disso, o SAS 
sempre possui um sistema de aquecimento auxiliar que entrará em operação quando os 
coletores não aquecerem a água – em dias nublados, por exemplo – ou quando o consumo 
superar o volume previsto. Para o aquecimento elétrico por acumulação uma resistência 
também é inserida no corpo do reservatório e será acionada nesses casos. A Figura 2.2 ilustra 
todos esses componentes. 
 
Figura 2.2: Componentes do reservatório térmico 
2.2.3 Caixa d’água 
A caixa de água fria é responsável pela alimentação do SAS, seu uso é muito comum no 
Brasil, pois o abastecimento de nossas casas geralmente é indireto. Para o SAS é possível 
utilizar a própria caixa d’água da residência ou adicionar outra dedicada apenas à alimentação 
do sistema. Em casos de abastecimento direto ela não é necessária, pode-se apenas instalar 
uma caixa de quebra pressão com volume reduzido que irá fornecer água para o SAS. Esse 
último tipo é muito usado nos sistemas do Programa Minha Casa Minha Vida. 
 
 
Corpo externo 
Isolamento térmico 
Corpo interno 
Tubo de ligação 
Tubo de ligação 
Resistência elétrica 
Suportes 
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Capítulo 2 
 
3 INSTALAÇÕES DE AQUECIMENTO SOLAR DE PEQUENO PORTE 
 
 
 
Princípios de funcionamento 
Termossifão detalhado 
Seleção do melhor coletor 
Seleção do melhor reservatório térmico 
 
 
 
 
PALAVRAS-CHAVE: Circulação natural, coletores solares, reservatórios térmicos, sistema anticongelamento. 
 
 
 
 
 
 
 
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3. Termossifão: princípios de funcionamento 
Apesar das instalações solares de pequeno porte que operam por termossifão serem 
relativamente simples, existem alguns detalhes que o projetista deve ficar atento. Se instalado 
demodo apropriado, o sistema termossifão é praticamente imune a falhas de circulação. A 
seguir a circulação por termossifão será detalhada. 
 Apesar de parecer um tanto quanto mágica a forma como o sistema naturalmente 
promove a circulação da água, o princípio do termossifão é bastante simples. Tudo começa 
com a mudança da densidade da água que ocorre quando há uma variação na sua 
temperatura. Para temperaturas acima de 4°C, à medida que a temperatura da água aumenta 
a sua densidade diminui, conforme mostra a figura 3.1. 
 
Figura 3.1 - Variação da densidade da água em função do aumento da temperatura 
 
 Isso quer dizer que à medida que a água é aquecida, ela fica mais "leve" em relação à 
água mais fria. Por isso, em um reservatório térmico, a água quente está sempre na parte mais 
alta. Na verdade, a água quente está flutuando sobre a água mais fria, assim como uma boia 
cheia de ar flutua sobre a água porque o ar dentro dela é menos denso do que a água. 
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 Agora vamos imaginar um tubo em formato de “U” preenchido com água em 
temperatura constante, como mostra a Figura 3.2: 
 
Figura 3.2 - Tubo em “U” preenchido com água com colunas à mesma temperatura 
 A pressão exercida pelas colunas de água A e B, que estão paradas, sobre o ponto C é 
chamada de pressão estática. A fórmula para a pressão estática manométrica1 (Equação 3.1) 
diz que a pressão exercida é igual à aceleração da gravidade vezes a densidade do fluido (no 
caso, água) multiplicada pela altura da coluna, ou seja: 
onde: 
Pman: é a pressão manométrica estática [Pa] 
 é a densidade do fluido [kg/m3] 
g: é a aceleração da gravidade (aproximadamente 9,8 m/s2) 
h: é altura da coluna [m]. 
 Se então considerarmos as pressões exercidas pelas colunas A e B, podemos ver que 
elas são iguais, pois as densidades são as mesmas e a altura h também é a mesma. Nessas 
condições, as duas colunas continuam em equilíbrio e com a mesma altura. 
 Vamos imaginar agora que começamos a fornecer energia para a coluna A, como 
ilustra a Figura 3.3. 
 
 
1 A pressão manométrica é a pressão exercida pela coluna descontando-se a pressão 
atmosférica. Se levarmos em conta a pressão atmosférica, temos o que chamamos de pressão 
absoluta. 
= (Equação 3.1) 
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Figura 3.3 - Coluna A recebendo energia para aquecimento. 
 A água no interior da coluna A começará a se aquecer. Porém, como se pode notar na 
Figura 3.4, se a água está mais aquecida, a sua densidade diminui. Ao observar a equação 3.1, 
nota-se que ao diminuir a densidade da água, reduz-se a pressão que a coluna exerce. Isso 
quer dizer que a diminuição da densidade leva a uma redução da pressão da coluna A. Como a 
temperatura da coluna B não mudou, surge uma diferença de pressão. A coluna A agora 
exerce menor pressão e assim é empurrada pela coluna B, até que uma nova situação de 
equilíbrio seja estabelecida (Figura 3.4). 
 
Figura 3.4 - Diferença de altura nas colunas gerada pelo aquecimento da coluna A 
 Se agora fecharmos esse tubo na parte superior (Figura 3.5), o efeito causará um fluxo 
contínuo da água no sentido horário, para a coluna B e depois para a coluna A, onde a água é 
aquecida. 
 
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Figura 3.5. Circulação por termossifão em um circuito fechado 
 
 O coletor solar e o reservatório que operam por circulação natural possuem o mesmo 
comportamento observado na Figura 3.5, sendo que sua fonte de energia é solar. 
 
 O efeito termossifão em circuitos hidráulicos não é usado apenas por sistemas de 
aquecimento solar. Existem muitas outras aplicações na engenharia térmica que utilizam essa 
diferença de densidade para gerar a circulação do fluido no transporte de calor. Por exemplo, 
os sistemas de resfriamento de reatores nucleares utilizam esse mesmo fenômeno para evitar 
o seu superaquecimento, onde a energia nuclear é a fonte de aquecimento. Outro exemplo, 
mais comum, é o uso do calor dos fogões à lenha para aquecimento de água, que passa por 
uma serpentina inserida ao lado da chaminé e segue para um tanque que fica sob o telhado. 
 Para observar como esse efeito ocorre em um SAS a Figura 3.6 ilustra os equipamentos 
e suas ligações: 
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Figura 3.6. Sistema de aquecimento solar operando em circuito por termossifão. 
 Todo o sistema apresentado está cheio de água, inicialmente à temperatura ambiente. 
As placas serão aquecidas pela radiação solar. Como essas placas são construídas para 
absorver a maior quantidade de energia, diminuindo as perdas, elas aquecem e transferem 
essa energia térmica para a água dentro das placas. Essa água, em temperatura superior à 
água da tubulação, tem uma tendência de subir e irá em direção ao reservatório térmico, 
assim como no circuito fechado mostrado na Figura 3.5. 
 Em sistemas instalados em residências a água aquecida não é consumida de maneira 
constante, o que leva a necessidade de armazenamento, que é a função do reservatório 
térmico. Ele também é responsável por conservar a água quente por um período de tempo tal 
que garante a autonomia do sistema e conforto do usuário. 
 A diferença de pressão criada por um sistema simples de aquecimento solar que utiliza 
termossifão é muito pequena, certa de 100 vezes menor que a pressão produzida por uma 
pequena motobomba. Pode-se concluir então que a força motriz do termossifão é pequena. 
Pequena, mas suficiente para promover uma boa circulação em um sistema bem instalado. 
Para isso, basta respeitar as limitações e desafios do termossifão. 
 3.1 Parâmetros importantes para o bom funcionamento do 
termossifão 
 O termossifão é um sistema simples e tem muitas vantagens em relação ao sistema 
bombeado. Uma das principais vantagens é a de não precisar inserir gastos com motobombas 
e outros instrumentos que são imprescindíveis em um sistema bombeado. Além do custo 
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inicial, não há o custo para manter uma motobomba em funcionamento. Assim, para que o 
sistema funcione em um dia ensolarado, não há nenhum custo agregado ao sistema que utiliza 
termossifão. Dessa forma é melhor sempre optar pela circulação natural quando há condições 
para que ela opere corretamente. 
 Vimos que a diferença de temperatura provoca o “deslocamento” da água no interior 
dos equipamentos e é a forma pela qual o SAS de pequeno porte funciona na maioria dos 
casos. Porém, precisamos lembrar que durante o dia o coletor solar é aquecido pela energia 
solar e está mais quente que a água que passa pelo seu interior, mas durante a noite a placa se 
resfria enquanto a água está aquecida no reservatório, isso provoca o chamado fluxo reverso. 
Esse fluxo nada mais é que o próprio termossifão que ocorre em sentido contrário, ou seja, a 
água aquecida que está no reservatório passa pelo coletor e sofre resfriamento. Assim, vemos 
a necessidade de evitar esse fenômeno no período noturno e a forma mais adotada é através 
da inserção dos equipamentos obedecendo algumas medidas que serão detalhadas em 
seguida. 
3.1.1. Distância topo fundo 
 A altura entre o topo dos coletores e o fundo do reservatório térmico (que 
chamaremos de agora em diante apenas de distância topo/fundo) é uma medida importante a 
ser considerada em um sistema onde é desejável trabalhar por termossifão. As dimensões 
mínimas para evitar a ocorrência do fluxo reverso são mostradas na Figura 3.7. 
 
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Figura 3.7 - Dimensões em uma instalação convencional por termossifão típica (vista lateral). 
 Contudo, podemos ver que para acomodar os equipamentos sob o telhado 
obedecendo tais medidas precisaríamos de uma cobertura de grande inclinação, ou 
declividade, o que pode impactar na estética e custo da residência. 
 Se tomarmos como exemplo um coletor solar de 2,0 metros de comprimento, com 
inclinação de 30°, sua projeção vertical será de 1,0 metro. Ao adicionar 20 centímetros da 
distância topo/fundo, mais o diâmetro do reservatório térmicode 52 centímetros, mais a 
distância entre o reservatório e a caixa d’água de 15 cm, mais a altura da caixa d’água de 74 
centímetros, temos um telhado com altura total de 2,61 metros. Para efeito de comparação 
esse valor é 21 centímetros acima do valor mínimo aceitável para o pé-direito de um 
ambiente. Naturalmente sabemos que essas condições são irreais para se atingir em 
construções convencionais. 
 Para solucionar esse problema temos alternativas que serão apresentadas a seguir: 
3.1.2. Soluções arquitetônicas 
 Para manter o reservatório térmico e a caixa d’água internamente é possível utilizar 
torres (Figura 3.8) que são soluções arquitetônicas para a “falta de altura” do telhado. Essa 
opção é simples e relativamente barata, mas possui um maior impacto em termos da estética 
da construção quando não prevista em projeto. 
 O ponto negativo dessa solução é o potencial para formação de sombra sobre os 
coletores, e é por isso que a posição da torre em relação aos coletores deve ser bem avaliada 
antes da sua construção. 
 
Figura 3.8 – Exemplos de instalações com torre 
 
3.1.3. Reservatórios em nível ou híbridos 
 Em uma instalação convencional, a caixa de água fria vem em um nível acima do 
reservatório térmico (Figura 3.9). Essa diferença de altura garante que a caixa de água será 
capaz de abastecer o reservatório térmico sempre que este for esvaziando. 
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Figura 3.9 - Caixa d’água e RT. Instalação convencional 
 
 Outra solução para reduzir a altura total do termossifão é o emprego de um 
reservatório térmico em nível com a caixa d´água (Figura 3.10). Nesse caso, os dois 
componentes podem ser instalados no mesmo nível, sem a necessidade de que eles estejam 
próximos, lado a lado. Assim a torre pode ter sua altura reduzida e/ou há a possibilidade de 
instalá-los diretamente sob o telhado. 
 
 
Figura 3.10 - Caixa d’água e RT. Instalação em nível 
22 
 
 
 O inconveniente, porém, é que existe a possibilidade de mau funcionamento em 
regiões onde ocorre falta de abastecimento de água durante o dia. Quando isso ocorre, se 
houver consumo de água quente, não haverá reposição, e o nível da água no RT cairá. E a 
partir do momento em que o nível da água cai abaixo do ponto de retorno da água quente 
proveniente dos coletores, a água pára de circular no sistema. Além disso, a instalação 
hidráulica entre o RT e a caixa d’água exige alguns cuidados adicionais. 
3.1.4. Alimentação do sistema 
 Um ponto importante para manter o sistema em bom funcionamento é a conexão 
correta das tubulações, respeitando as saídas e entradas da água quente ou fria. A figura 3.11 
a seguir mostra um sistema típico operando em termossifão. 
 
Figura 3.11. Sistema de aquecimento solar operando em circuito por termossifão 
 
 A retirada de água da caixa d´água deve ser realizada por um ponto baixo, como 
mostra o ponto (1). Isso para garantir que mesmo com a caixa vazia, ainda será possível 
retirar água. Se a retirada fosse a um ponto muito alto, logo que a caixa diminuísse seu nível, 
não seria mais possível realizar a retirada de água, e assim a caixa perderia sua função, que é a 
de armazenar água fria. 
 A saída de água fria deve ser conectada em uma parte inferior do reservatório 
térmico, como mostra o ponto (2), pois dessa forma é garantido que a água fria estará sempre 
na parte inferior do reservatório. A tomada de água do reservatório para abastecer o coletor 
deve ser sempre da parte inferior do reservatório, como mostra o ponto (3). Isso deve 
acontecer, pois é na parte de baixo que se encontra a parte fria da água dentro do 
reservatório, e é essa água fria que deve ser aquecida pelo coletor. Essa água fria deve entrar 
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no coletor sempre pela parte de baixo do mesmo, como mostra o ponto (4). Assim, o coletor 
terá água mais fria na parte de baixo. Como estudado anteriormente, a água quente tem uma 
densidade menor que a água fria e assim torna-se mais leve, ficando sempre acima da água 
fria. À medida que a radiação solar vai incidindo na placa, a água fria da parte inferior do 
coletor será aquecida e assim irá iniciar o termossifão em si, onde a água da parte de baixo do 
coletor irá iniciar um movimento ascendente. Dessa forma, com o tempo, na parte de cima do 
coletor haverá uma água mais quente que a da parte de baixo. Por isso a retirada de água do 
coletor deverá ser feita pela parte de cima, no ponto (5). Essa água quente deverá entrar no 
reservatório pela parte de cima, no ponto (6). 
 Portanto, dentro do reservatório térmico haverá água fria na parte de baixo e água 
quente na parte de cima. Na verdade, essa água quase não se mistura, pois a diferença de 
temperatura garante a separação por densidade, e assim dentro do reservatório haverá 
“faixas” de água com temperaturas diferentes. Essa configuração é denominada estratificação. 
Em um reservatório vertical, a estratificação é ainda mais definida que a do reservatório 
horizontal, garantindo que a água fria fique bem separada da água quente, naturalmente. A 
retirada da água para o uso deve ser feita pelo ponto (7), que deve ser um ponto alto no 
reservatório, para garantir que seja uma água mais quente. À medida que essa água for 
utilizada, mais água fria sai da caixa d´água, preenchendo o reservatório. Porém, se não há 
utilização de água quente por um período, a circulação de água entre o reservatório e o 
coletor mantém-se, com o objetivo de aquecer cada vez mais quantidade de água. 
 3.2. Seleção do melhor coletor 
 No mercado brasileiro, existem vários tipos de coletores que podemos utilizar. A seguir 
serão detalhadas as vantagens e desvantagens de cada tipo. 
3.2.1 Minicoletores 
 Uma alternativa para a redução da altura total do sistema, necessária para garantir o 
bom funcionamento do termossifão, é diminuir o comprimento do coletor. Para isso existem 
coletores menores chamados minicoletores (Figura 3.12), que conseguem reduzir até 30 cm 
dessa altura total. Eles geralmente possuem cerca de 1,0 m de comprimento por 1,0 m de 
largura. 
24 
 
 
Figura 3.12 - Instalação com minicoletores. 
3.2.2 Coletores compactos 
 O coletor compacto ou acoplado tem uma característica de unir o reservatório à placa 
coletora. Essa característica pode ser positiva pela facilidade de instalação, dispensando um 
suporte para o coletor e outro para o reservatório. Porém, a aproximação do reservatório e da 
placa diminui muito a altura topo/fundo, possibilitando a ocorrência do fluxo reverso durante 
a noite. A Figura 3.13 a seguir mostra um tipo de coletor acoplado. 
 
Figura 3.13 – Coletor acoplado 
 
3.2.3 Geometria dos coletores 
25 
 
 No mercado existem coletores verticais e horizontais. O coletor horizontal tem a altura 
menor que o comprimento, já o coletor vertical tem sua altura maior. Contudo, em ambos, os 
tubos por onde a água flui são sempre posicionados na vertical. Basicamente o parâmetro 
mais importante para a escolha entre esses dois tipos é a altura disponível do telhado ou 
suporte. Pois vale lembrar que a caixa d´água e o reservatório devem estar acima da parte 
superior da placa. Se o coletor é do tipo vertical e tem uma altura de 2,0 m, o reservatório 
deve estar elevado acima dessa altura, para favorecer o termossifão. A figura 3.14 a seguir 
mostra coletores horizontal e vertical, respectivamente. 
 
Figura 3.14 – Coletor horizontal e vertical 
 
 É muito comum encontrar em instalações o coletor invertido, que é a instalação de um 
coletor vertical na horizontal, ou seja, é literalmente um coletor vertical que foi "tombado". 
Esse tipo de instalação não favorece o bom funcionamento do coletor, pois seus tubos devem 
sempre estar na vertical permitindo o correto fluxo da água. E há mais um detalhe: essa 
solução possui os inconvenientes de aumentar a distância percorrida pela tubulação na 
instalação e de reduzir a força motriz do termossifão. 
 Para usar o coletor vertical na horizontalseria necessário instalar um sistema de 
bombeamento para forçar a passagem da água pelos tubos da placa, o que seria uma opção 
mais onerosa para o consumidor. Dessa forma, não é recomendável utilizar um coletor que foi 
fabricado para trabalhar verticalmente na forma horizontal. Essa solução pode comprometer 
fortemente o funcionamento da instalação. As figuras 3.15 e 3.16 mostram a construção 
correta e incorreta de um coletor horizontal. 
26 
 
 
 
Figura 3.15: Coletor horizontal correto. Fonte: Manual de Referência Curso de Capacitação da 
CAIXA. VERT Arquitetura e Consultoria/GIZ 
 
 
Figura 3.16: Coletor horizontal incorreto. Fonte: Manual de Referência Curso de Capacitação 
da CAIXA. VERT Arquitetura e Consultoria/GIZ 
 
3.2.5 Coletores a vácuo 
 Os coletores que possuem tubo evacuado estão cada vez mais presentes no mercado 
brasileiro. Eles tem a composição diferente de um coletor padrão, mas seu princípio de 
funcionamento é o mesmo. Esse coletor é composto por tubos com a seguinte estrutura 
(Figura 3.17): 
 Camada de vidro externa 
 Vácuo 
 Camada de vidro interna 
 Pintura especial 
27 
 
 
Figura 3.17 – Tubo evacuado 
 A água circula no interior desses tubos por efeito termossifão e depois é armazenada n 
reservatório, que pode ser acoplado diretamente aos tubos ou separado, sendo o primeiro o 
mais comum (Figura 3.18). 
 
Figura 3.18 – Coletor de tubo evacuado – Fonte: http://www.ecosoll.com/o-aquecedor 
 Esses coletores possuem eficiência superior ao coletor solar plano por possuírem o 
melhor isolamento existente: o vácuo. Isso é uma ótima característica, pois utilizando um 
coletor mais eficiente, é possível aumentar a temperatura da água ou diminuir a quantidade 
de placas. Assim, esse tipo de tecnologia pode ser mais bem indicado para obras de pequeno 
porte que necessitam de muitas placas e não possuem espaço suficiente para acomodá-las. 
 Em geral, esse coletor exige um investimento mais elevado do que de um sistema 
comum por ser importado. Outro ponto que deve ser destacado é que o Programa Brasileiro 
de Etiquetagem ainda não realiza testes nesses equipamentos e, portanto, não há garantia de 
qualidade para o consumidor. Para utilizar esse coletor é recomendável verificar se ele é 
testado em outros locais, como por exemplo, na Europa e avaliar sua classificação. Assim é 
possível escolher um equipamento de qualidade. 
Vidro externo 
Vácuo 
Vidro interno Pintura especial 
28 
 
 3.3 Sistema anticongelamento 
 A água, que é o fluido de trabalho dos coletores solares aplicados para instalações de 
pequeno porte, sofre um efeito que é denominado “dilatação anômala da água”. A maioria dos 
elementos conhecidos se contrai com a diminuição da temperatura. Por exemplo, uma chapa 
de metal terá dimensões maiores quando estiver a altas temperaturas e dimensões menores 
quando a baixas temperaturas. Porém a água apresenta um comportamento de dilatação 
incomum. Consiste no seguinte: à temperatura ambiente, a água líquida contrai seu volume à 
medida que diminui a temperatura, da mesma forma que as outras substâncias. Mas quando a 
água atinge uma temperatura de 4°C, logo antes de congelar, a água expande-se. Pode-se 
perceber esse fenômeno facilmente, quando é colocada uma garrafa cheia de água no 
congelador. Se não tiver para onde essa água expandir, a garrafa estoura. A figura 3.19 a seguir 
mostra a relação entre temperatura e volume da água. 
 
Figura 3.19 – Comportamento anômalo da água. Fonte: 
http://www.klickeducacao.com.br/simulados/simulados_mostra/0,7562,POR-12062-25-787-
2003,00.html 
 Da mesma forma que uma garrafa com água no congelador pode estourar, um coletor 
solar também pode. Em regiões onde a temperatura ambiente pode alcançar os 4°C, a água 
que está dentro do coletor começará a se expandir e assim estourar os tubos dentro do 
coletor. Existem algumas formas de evitar esse acontecimento, os quais serão citados a seguir. 
 
3.3.1 Válvula anticongelamento 
 A válvula tem como função drenar água fria do coletor, pela parte de baixo do mesmo. 
Dessa forma, há um retorno de água quente do reservatório térmico, aumentando um pouco a 
temperatura da água dentro do coletor e evitando que essa água atinja os 4°C. Essa é a forma 
mais utilizada para evitar o congelamento da água nos coletores. Nas figuras 3.20 e 3.21 é 
possível observar dois tipos de válvulas anticongelamento, a elétrica e a mecânica, já na figura 
3.22 é mostrada sua instalação no coletor solar. 
29 
 
 
Figura 3.20: VAC de acionamento elétrico Figura 3.21: VAC de acionamento mecânico 
 
 
Figura 3.22: VAC instalada em um coletor solar 
 
3.3.2. Circuito indireto 
 Uma forma muito utilizada em países do exterior é a utilização de um circuito indireto. 
Isso significa que o fluido que irá circular nos coletores não será água, e sim um fluido especial, 
que tenha um ponto de fusão menor que o ponto da água – por exemplo o etilenoglicol. 
Assim, dentro do reservatório térmico haverá uma troca de calor entre esse fluido e a água, 
que será utilizada para o consumo. 
3.3.3 Bombeamento 
 Uma forma bastante similar ao da válvula é o sistema que utiliza uma motobomba 
para retirar um pouco da água fria do coletor e permitir um retorno de água quente do 
30 
 
reservatório térmico. Isso será possível com o uso de um controlador diferencial de 
temperatura (CDT) que tenha entre suas funções a proteção contra congelamento. Assim, essa 
é uma solução viável para sistemas que já sejam bombeados, e que só precise inserir um CDT. 
 3.4 Seleção do melhor reservatório 
 A escolha do melhor reservatório depende de diversos parâmetros. Primeiramente do 
dimensionamento. É preciso dimensionar corretamente o volume de água quente que será 
consumido por dia na residência. O reservatório deve ser capaz de armazenar esse volume. 
Depois em relação à arquitetura do telhado. Não adianta escolher um reservatório gigante, se 
meu telhado não terá uma altura suficiente para alocá-lo. Também, faz-se necessário ter 
certeza que o suporte irá suportar o peso do reservatório cheio. Caso haja problemas com a 
altura do telhado e o espaço na cobertura, a utilização de reservatórios horizontais é 
aconselhável. A Figura 3.23 mostra dois exemplos de reservatórios térmicos, um horizontal e 
outro vertical. 
 
Figura 3.23: Geometrias dos reservatórios: horizontal e vertical 
 Se necessário é possível associar diferentes reservatórios para alcançar o volume 
desejado. Caso haja muito espaço livre no local da instalação, reservatórios verticais são 
indicados. Os reservatórios verticais tem uma altura grande e, dependendo do volume, podem 
provocar sombreamento nos coletores. Porém, a geometria desse reservatório favorece a 
estratificação, deixando dentro do reservatório, a água fria bem distante da água quente. Isso 
favorece o aumento da eficiência do sistema. 
 
 
 
 
31 
 
Capítulo 3 
 
4. DIMENSIONAMENTO DO SAS 
 
 
 
Cálculo da demanda de água quente 
Cálculo da área coletora 
Fração Solar 
Aquecimento auxiliar 
 
 
PALAVRAS-CHAVE: Dimensionamento de um Sistema de Aquecimento Solar (SAS); 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
32 
 
4. Cálculo da demanda de água quente 
 O dimensionamento adequado de um sistema de aquecimento solar (SAS) não é uma 
tarefa simples, exigindo o conhecimento prévio dos hábitos de consumo de água quente pelos 
usuários finais, com base em uma análise criteriosa do tipo da construção que receberá os 
coletores solares, disponibilidade de radiação solar nas condições específicas da obra, fatores 
climáticos locais e desempenho térmico dos produtos, dentre outros. 
 Esta seção trata da avaliação da demanda de água quente e da energia requerida para 
o dimensionamento básico do sistema (volume de água armazenado e quantidade de 
coletores solares necessários). Tal dimensionamento é muito importante para definição do 
desempenho térmico de longoprazo da instalação solar e respectiva análise econômica. 
 Para facilitar este estudo, detalha-se na Figura 4.1, o passo a passo do 
dimensionamento de instalações de aquecimento solar. 
 A visita técnica, caracterizada como Passo 1 do Dimensionamento, evidencia a 
necessidade de se identificar as expectativas do empreendedor ou usuário final quanto ao 
nível de conforto e economia a serem atingidos com uso do sistema de aquecimento solar 
através de questionários, pesquisa de hábitos, etc. Nessa oportunidade, é feita também uma 
avaliação prévia dos locais disponíveis na obra para inserção dos componentes de uma 
instalação solar. 
 
Figura 4.1. Fases para o correto dimensionamento de uma instalação de aquecimento solar 
 
 4.1 Demanda diária de água quente 
 Para dimensionar a necessidade de água quente dos usuários, caracterizada pelo 
volume diário de água quente e temperatura de operação requerida, é importante se ter 
conhecimento prévio de padrões de consumo para diferentes edificações brasileiras, em 
função das classes sociais e das aplicações finais para os setores residencial, industrial e de 
serviços. 
33 
 
 O levantamento da demanda de água quente é feito com base em informações gerais 
obtidas a partir de: 
 Normas de Instalações Prediais de Água Quente, como NBR128 e NBR7198; 
 Pesquisa de hábitos dos usuários potenciais; 
 Observação, sensibilidade e bom senso; 
 Experiência. 
 GHISI, 2005, sugere as faixas de temperaturas de operação, mostradas na Tabela 4.1, 
enquanto os volumes diários de água quente podem ser estimados com auxílio da Norma 
ABNT NBR 7198:1993, cujos consumos específicos para diferentes aplicações, estão mostrados 
na Tabela 4.2. 
Tabela 4.1 - Temperaturas de operação indicadas para diferentes aplicações 
Edificação 
Temperatura de operação 
Indicada[ °C] 
Lavanderias 
Cozinhas 
Uso pessoal e banhos 
75 a 85 
60 a 70 
35 a 50 
Fonte: GHISI, 2005 
 
Tabela 4.2 - Consumos específicos para diferentes aplicações a temperatura de 60°C 
Edificação Consumo [L] 
Alojamento Provisório 
Casa Popular ou Rural 
Residência 
Apartamento 
Quartel 
Escola Internato 
Hotel (s/ cozinha e s/ lavanderia) 
Hospital 
Restaurante e similares 
Lavanderia 
24 per capita 
36 per capita 
45 per capita 
60 per capita 
45 per capita 
45 per capita 
36 por hóspede 
125 por leito 
12 por refeição 
15 por kg roupa seca 
Fonte: NBR 7198:1993 
 
 
 
34 
 
 Entretanto, uma análise simples dos valores apresentados na tabela 4.2 nos leva a 
buscar explicações: 
 Por que o hóspede de um hotel consumiria água quente de modo similar ao 
morador de uma casa popular? 
 Por que o morador de um apartamento gastaria mais água quente do que o de 
uma residência? 
 Por causa de tais paradoxos, é que bom senso, observação crítica e conhecimento 
prévio da aplicação e tipologia construtiva se tornam tão importantes no dimensionamento da 
demanda diária de água quente. 
 Outra forma de dimensionamento pode ser desenvolvida com base na vazão e 
capacidade dos equipamentos de uso final no setor residencial, além do tempo e freqüência 
de sua utilização. A Tabela 4.3 apresenta valores típicos para uso residencial. 
 Tabela 4.3 - Vazão de água em diversos equipamentos 
Peças de Utilização 
Vazão total por peça 
(litros/minuto) 
Bidê 6,0 
Chuveiro ou ducha 12,0 
Chuveiro elétrico 6,0* 
Lavadora de pratos ou de roupas 18,0** 
Torneira da Pia da cozinha 15,0 
Torneira de jardim ou lavagem em geral 12,0 
Banheira 18,0 
Torneira do banheiro / Lavabo 9,0 
Fonte: NBR 5626 – Instalação predial de água fria 
* Este número, por exemplo, é bastante controverso. No caso de casas populares onde são 
instalados chuveiros de potência até 4400W, a vazão do banho é limitada pelo próprio 
equipamento em 3,0 litros/minuto. 
** As máquinas de lavar roupas, assim como as lava-louças consomem quantidades pré-
definidas de água para cada ciclo. Recomenda-se verificar com o fabricante do equipamento 
ou manual de instruções o consumo de água a ser utilizada. 
 Os valores da norma, apresentados na tabela anterior, são valores médios. A vazão do 
chuveiro elétrico, por exemplo, varia de acordo com o modelo e marca. Um chuveiro mais 
35 
 
simples, muito utilizado em habitações populares, possui uma vazão de 3,0 Litros por minuto. 
Porém, no mercado existem duchas com um nível de conforto elevado que podem chegar a ter 
uma vazão de 15,0 Litros por minuto. 
 Há diferenças entre os métodos de dimensionamento, assim há necessidade de uma 
avaliação criteriosa no dimensionamento do volume de água quente a ser armazenado em 
uma instalação de aquecimento solar. Mais uma vez é possível concluir que o 
dimensionamento deve ser exclusivo, respeitando as particularidades de cada instalação e 
voltando-se sempre no conceito fundamental de dimensionamento, mostrado pela Equação 
4.1, a seguir: 
 
Equação 4.1 
Onde: 
Vtotal-pto: volume total dimensionado por ponto 
Qpto: vazão no ponto de utilização 
tpto: tempo de uso do ponto 
Npto: número de utilizações diárias 
 Além do volume de água quente consumido, é importante conhecer em que período 
ocorre o consumo do volume dimensionado, isto é, o perfil de consumo da instalação. Por 
exemplo, nos vestiários de uma determinada indústria, o consumo de água quente estará 
intrinsecamente associado ao horário de troca de turnos dos seus funcionários. Se nessa 
indústria, tem-se troca de turno às 23hs e às 7hs da manhã, toda a água usada nos banhos 
deverá ser gerada no dia anterior e armazenada durante toda a noite. 
 No setor residencial, os horários de banho são muito variáveis, dependendo dos 
hábitos pessoais e até mesmo do dia da semana. 
 4.2 Perfil do Consumo de Água Quente no Setor Residencial 
 No Brasil, tem-se, ainda, grande carência de informações sistematizadas sobre o perfil 
de consumo de água quente no setor residencial. Avaliações preliminares realizadas pela 
CEMIG indicam um perfil bastante concentrado de demanda de água quente nas residências 
onde seu uso se restringe à aplicação de banho. De uma forma geral, afirma-se que 30% do 
volume total armazenado de água quente são consumidos nas primeiras horas da manhã e os 
70% restantes entre 17 e 21 horas. Em PARKER, 2004 discutem vários perfis de consumo para 
o Canadá e Estados Unidos, onde é bastante comum nas residências o consumo de água 
quente na cozinha e lavanderia também. Para efeito de comparação a Figura 4.2 mostra dois 
perfis de consumo de água quente, um adotado pela American Society of Heating, 
Refrigerating and Air-Conditioning (ASHRAE) e outro adotado pela CEMIG. 
36 
 
 
Figura 4.2 - Diferentes perfis diários para consumo de água quente 
4.2.1 Nível de conforto 
 Entende-se por nível de conforto no uso da água quente a relação entre vazão, tempo 
de uso e temperatura. O nível de conforto tem uma importante influência sobre o consumo 
total de água quente em uma residência. As vazões típicas apresentadas por um chuveiro 
elétrico ficam entre 3 e 6 litros por minuto. Duchas podem apresentar vazões muito maiores e 
registra-se casos de vazões superiores aos 30 litros por minuto. Em um momento no qual se 
fala em desenvolvimento sustentável a redução do consumo de água torna-se fundamental e 
por isto a vazão recomendada para atingir-se um bom nível de conforto deve situar-se entre 6 
e 10 litros por minuto. O tempo de banho é o outro fator que determina o nível de conforto e 
está associado também ao número de banhos diários. Segundo a Pesquisa de Posse de 
Eletrodomésticos e Hábitos de Uso - 2005 (PPH) identificou-se que 65,4 % dos entrevistados 
declaram tomar banhos de até 10 minutos. Dessa forma, pode-se tomar como referência nos 
dimensionamentos, um tempo de 6 a 10 minutos por banho. A Tabela 4.4 é outra referência 
que pode ser utilizada e coloca lado a lado os pontos de utilização e o consumo diário de água 
quente. 
Tabela 4.4 - Consumo médiode água quente por ponto de utilização 
 
Ponto de Utilização Consumo diário (a 40 oC) 
Ducha 
Lavatório 
Bidê 
Cozinha 
70 a 90 litros/pessoa 
5 a 7 litros/pessoa 
5 a 7 litros/pessoa 
24 litros/pessoa 
37 
 
Banheira 30 a 50% do volume da banheira 
 
 4.3 Passo a Passo do Dimensionamento Detalhado 
 O passo a passo a seguir auxilia o dimensionamento de uma instalação de 
aquecimento solar. Para exemplificar o preenchimento das planilhas seguintes, foi escolhida 
uma família, composta por 2 adultos e 2 adolescentes, residentes em um apartamento em que 
o chuveiro elétrico será substituído pelo aquecedor solar. Calcule a demanda diária de água 
quente, considerando-se um banho diário por morador com duração aproximada de 10 
minutos. 
Passo 1 – Determine o número de moradores por residência ou edificação: 
 4 moradores 
 
Passo 2 – Identifique os pontos típicos de consumo de água quente requeridos pelo futuro 
usuário do aquecimento solar na listagem apresentada a seguir: 
 
Pontos de Utilização 
1. Chuveiro 
2. Pia da cozinha 
3. Torneira do banheiro 
 
 O morador quis avaliar o potencial de uso do aquecimento solar em sua residência. 
Após feito o levantamento inicial, estes pontos de consumo de água quente serão reavaliados 
para compatibilizar conforto, custo inicial e economia pretendida. 
Passo 3 – De acordo com a vazão de cada peça e número de pontos de consumo encontre o 
volume diário de água quente: 
1. Chuveiro 
 Vamos considerar a vazão do chuveiro elétrico como 6,0 Litros por minuto, de acordo 
com a norma. Isso significa que o morador irá continuar a usar o mesmo chuveiro, porém no 
modo desligado. Assim o chuveiro que antes era elétrico agora funcionará como uma ducha. 
Se considerarmos que cada morador toma apenas um banho por dia de aproximadamente 10 
minutos, nesse tempo, ele consume 60 litros de água quente por banho. Dessa forma, para os 
quatro moradores, tem-se um consumo de 240,0 litros de água quente por dia somente com o 
chuveiro, o que resulta em um mês de 30 dias, um consumo de 7.200 Litros de água quente. 
 
38 
 
 
 
 No exemplo em questão, o consumo mensal foi calculado com os seguintes valores: 
 
2. Torneira da pia da cozinha: 
 Vamos considerar a vazão da torneira da pia da cozinha como 15,0 Litros por minuto, 
de acordo com a norma. Será preciso estimar o tempo de uso durante um dia. Se 
considerarmos que essa torneira será acionada depois de cada refeição – café da manha, 
almoço e jantar – durante 10 minutos, chegamos a um tempo de uso de 30 minutos por dia. 
Nesse tempo serão consumidos 450 litros de água quente por dia. Se na cozinha houvesse 
mais torneiras com esse perfil, iríamos multiplicar o valor do consumo diário encontrado pelo 
número de torneiras semelhantes. 
 
 
 No exemplo caso em questão, o consumo mensal foi calculado com os seguintes 
valores: 
 
3. Torneira do banheiro: 
 O dimensionamento da torneira do banheiro é bem próximo do dimensionamento da 
torneira da pia da cozinha. Haverá uma diferença na vazão que de acordo com a norma é de 
9,0 Litros por minuto. Será preciso estimar o tempo de uso durante um dia. Se considerarmos 
que essa torneira será acionada três vez por dia por cada morador durante 1 minuto, 
chegamos a um tempo de uso de 3(acionamentos) x 4(moradores) x 1(minuto) = 12 minutos. 
Nesse tempo serão consumidos 108 litros de água quente por dia. 
 
 
 
 No exemplo em questão, o consumo mensal foi calculado com os seguintes valores: 
 
 Os valores somados para todos os equipamentos e respectivas participações 
percentuais são mostrados na Tabela 4.5, abaixo: 
39 
 
Tabela 4.5 – Volume diário de água quente por equipamento 
Local 
Consumo diário de água 
quente [L] 
Participação no consumo 
total 
Chuveiro Elétrico 240 30,1% 
Pia do banheiro 108 13,5% 
Pia da Cozinha 450 56,4 % 
Total 798 100% 
 
 Constata-se que o uso de água quente na pia da cozinha tem um peso importante no 
volume de água a ser armazenada, além de encarecer significativamente o custo inicial da 
instalação de aquecimento solar. Excluindo-se tal uso, o consumo diário de água quente é 
bastante reduzido. 
Passo 4 – Calcule o volume do reservatório: 
 Após o cálculo do volume diário de água quente, é necessário selecionar o volume do 
reservatório térmico. No nosso exemplo, o volume calculado de água quente diário será de 
798 L. Porém não há um reservatório com esse volume. O ideal será escolher um reservatório 
com o volume maior que o calculado, o mais próximo que tiver disponível no mercado. Não é 
aconselhável optar por um reservatório de volume inferior ao estimado, pois assim é possível 
faltar água quente. No mercado, existem reservatórios testados pelo INMETRO de volumes 
variados desde 100 até 1000L, variando de 100 em 100. Nesse caso, podemos optar por um de 
800 Litros. 
Passo 5 – Calcule a demanda mensal de energia: 
 Para o cálculo da demanda mensal de energia, faz-se necessário calcular o volume de 
água quente mensal. Para isso, basta multiplicar o volume diário por 30 dias. 
 
 Para o exemplo em questão, o Volume mensal de água quente requerido é de 23.940 
Litros. Vamos arredonda-lo para 24.000 Litros. 
 A energia necessária para aquecer este volume de água ao final do mês (Lmês), qualquer 
que seja a forma de aquecimento escolhida é dada pela 1ª Lei da Termodinâmica dada pela 
Equação 4.2: 
 
Equação 4.2 
 
Onde: 
40 
 
 : densidade da água, considerada igual a 1000kg/m3 
Vmês : volume de água quente requerido por mês, em litros 
Cp : calor específico da água a pressão constante igual a 4,18 kJ/kgC 
Tbanho e Tamb temperatura da água quente para banho e a temperatura ambiente, 
respectivamente. Uma Tbanho padrão é 40°C e da Tamb é 20°C. 
As constantes 1000 e 3600 da equação 4.2 são utilizadas para conversão de unidades. 
Exemplo 4.1 
Calcule a energia consumida por mês para aquecer a água até 40°C, se a temperatura ambiente local é 
igual a 20°C: 
Solução: 
O volume mensal será arredondado para 24.000 litros, correspondendo a um reservatório térmico de 600 
litros (valor a ser aquecido por dia): 
 
Lmês= 557,3 kWh/mês 
 
Passo 6 – Cálculo Simplificado da Área de Coletores 
 A área total de coletores solares necessária para atender à demanda de energia 
estimada pela equação 4.2 é definida pelas condições climáticas de instalação dos coletores 
na obra e, claro, pelas características operacionais e de projeto do modelo selecionado. 
 Para um pré-dimensionamento rápido, o número de coletores e, consequentemente, a 
área coletora total pode ser determinada a partir dos dados da Etiqueta do INMETRO. A Tabela 
4.6 mostra os critérios atuais de classificação do coletores solares no Brasil. Nessa tabela, Pme 
é a produção média mensal de energia. 
Tabela 4.6 - Classificação de Coletores Solares Planos 
 
41 
 
Fonte : Programa Brasileiro de Etiquetagem/INMETRO 
 Portanto, para dois coletores A e B, com produções mensais de energia da ordem de 
80 e 72 kWh/mês por metro quadrado, respectivamente, o exemplo 4.1 exigiria a instalação 
de: 
 ≈ 7,0 m² do coletor A 
 7,7 m² do coletor B 
ou seja, um acréscimo de 10% na área coletora. 
 Cabe ressaltar que este dimensionamento é apenas orientativo e, portanto, não deve 
ser adotado como metodologia de projeto. O valor da produção de energia mensal do coletor 
solar expresso na etiqueta do INMETRO só é válido para efeito comparativo entre produtos. 
Exemplo 4.2 
Uma família possui 5 pessoas, sendo os pais e mais três adolescentes. Eles procuraram você para realizar o 
dimensionamento de um sistema de aquecimento solar. Na casa há um banheiro social e uma suíte com 
banheira. A banheira tem um volume de 250 L e é utilizada uma vez por semana. Na primeira visita, você 
percebeu que por dia os pais tomavam 2 banhos e que os filhos tomavam apenas um. Nos dois banheiros 
estavam instalados chuveiros elétricos aos quais serão substituídospelo aquecimento solar. A Lavadora de 
louças é utilizada 2 vezes por semana, em um ciclo “eco” que gasta 1 hora para completar. A família deseja 
colocar solar nos seguintes locais: 
1)Chuveiro da suíte do casal 
2)Chuveiro do banheiro social 
3) Banheira da suíte 
Para isso você deve calcular o seguinte: 
a) Encontre o volume diário de água quente para cada ponto de consumo. 
b) Volume do reservatório 
c) Área de coletores através do método simplificado 
42 
 
Solução: 
a) A seguir será calculado o volume diário de água quente para cada ponto de consumo: 
1) Chuveiro da suíte do casal: 
Como averiguado na primeira visita, são os pais que usufruem desse chuveiro, ao tomarem 
dois banhos por dia. Iremos estimar um banho de 10 minutos. Assim: 
 
 
 
2) Chuveiro do banheiro social: 
Os filhos usufruem desse banheiro. São três filhos e cada um toma um banho de 10 minutos 
por dia. Assim: 
 
 
 
3) Banheira da suíte: 
De acordo com os dados coletados com a família, podemos concluir que o volume semanal de 
água quente é justamente o volume da banheira (250L), já que ela é utilizada apenas uma vez 
na semana. Para calcular o consumo diário basta dividir o volume semanal de água quente por 
7 dias. 
 
 
b) Para calcular o volume do reservatório é necessário estimar o consumo de água 
quente diário para todos os pontos de consumo. 
 
1)Chuveiro da suíte do casal – 240L 
2)Chuveiro do banheiro social – 180L 
43 
 
3) Banheira da suíte – 35,7L 
Assim, o volume total será de 455,7L de água quente por dia. De acordo com os coletores testados 
pelo INMETRO, o reservatório que tem o volume maior na sequencia será o de 500L. 
b) Área de coletores através do método simplificado 
 Portanto, para dois coletores A e B, com produções mensais de energia da ordem de 78 e 71 kWh/mês 
por metro quadrado, respectivamente, o estudo de casos exigiria a instalação de: 5,84m² do coletor A ou 
6,42m² do coletor B. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
44 
 
Capítulo 4 
 
1. INSERÇÃO DO SAS 
 
 
 
Critérios para correta inserção do SAS 
Integração com o edifício 
Soluções de projeto 
 
 
PALAVRAS-CHAVE: Qualidade da instalação de SAS; Inserção de coletores no telhado; 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
45 
 
5.1. Inserção do Sistema de Aquecimento Solar na Edificação – 
Fase de Projeto 
Para garantir que o sistema de aquecimento solar funcione corretamente e atinja o 
melhor desempenho não basta apenas que os equipamentos possuam alta qualidade, é 
fundamental que sua instalação também seja realizada da melhor maneira possível. Assim é 
necessário que o projetista considere, em conjunto, as seguintes variáveis: características do 
sistema (reservatório, coletor e operação); características da edificação (implantação, 
configuração da cobertura e localização dos pontos de consumo) e perfil do usuário (demanda 
de água quente e nível de conforto). Na tabela 5.1 pode-se observar um quadro resumo de 
importantes variáveis para consideração no início do projeto: 
Tabela 5.1 – Resumo de importantes variáveis para início do projeto 
 
Em sistemas de aquecimento solar de pequeno porte no Brasil, o tipo de 
funcionamento mais usual é a circulação natural ou termossifão. Conforme detalhado no 
Capítulo 02, para que o sistema funcione corretamente a instalação deve ser realizada de tal 
maneira que as distâncias entre os componentes sejam garantidas, bem como a melhor 
inclinação e orientação dos coletores deve ser adotada. Desse modo, ao realizar o projeto de 
uma residência o arquiteto deve sempre levar em consideração a implantação do aquecimento 
solar na cobertura. Note que a qualidade da edificação também está diretamente ligada à 
qualidade de todos os sistemas e subsistemas que a abastecem, o que mostra a importância 
da compatibilização de projetos por todos os agentes envolvidos. 
5.1.1 Características da cobertura 
A previsão do aquecimento solar no projeto de uma residência deve ser realizada 
ainda na fase de concepção, onde o programa de necessidades da família é estabelecido. 
Assim é possível que o sistema apresente qualidade superior em relação a um SAS que precisa 
se adaptar às características existentes do local de inserção, que nem sempre favorecem a sua 
instalação. Um exemplo disso é a inserção dos coletores no telhado, que se prevista em 
projeto torna sua instalação muito mais correta, segura e barata. 
 
46 
 
Vimos que a melhor orientação para o coletor solar é o Norte Verdadeiro com desvio 
azimutal de 180° e que são aceitáveis valores de até ±150° de desvio. De posse dessa 
informação, o projetista pode definir a melhor implantação do edifício considerando a 
inserção de coletores solares na cobertura. A Figura 5.1 mostra um exemplo de implantação 
de edifício considerando a melhor orientação de coletores na cobertura. 
 
 
Figura 5.1: Exemplo de boa implantação no terreno: ângulo azimutal de 150° 
Além de uma boa implantação no terreno é fundamental que o projeto de cobertura 
seja bem desenhado e o projetista defina a melhor água do telhado para a instalação do 
coletor solar, de acordo com o valor de seu desvio azimutal (Figura 5.2). 
 
Figura 5.2: Exemplo de inserção de coletores em telhado 
Quando não há a possibilidade de instalar os coletores em cobertura com desvio 
azimutal de 180° deve-se adotar a água do telhado com orientação mais favorável. Para tal é 
47 
 
necessário que o projetista identifique a orientação de todas as águas da cobertura (Figura 
5.3). 
 
Figura 5.3: Exemplo de orientação de águas de telhado 
Com relação à inclinação do telhado, recomenda-se que seu valor seja igual ou 
próximo ao indicado para coletores solares, facilitando assim sua instalação, que nesse caso 
poderá ser em sua própria estrutura. Vale ressaltar que a inclinação de coletores é sempre 
dada em graus e valores em porcentagem devem ser convertidos (Figura 5.4). 
48 
 
 
Figura 5.4: Exemplo de telhado com valores de declividade e inclinação 
A previsão de espaço para a caixa d’água e reservatório térmico também é de 
fundamental importância para uma boa instalação de SAS. Aqui se devem prever, para 
sistemas operados por circulação natural, as alturas necessárias para garantir seu 
funcionamento. No Capítulo 2 vimos que uma solução adotada para tal é a construção de 
torres para acomodação do reservatório e caixa d’água. Na Figura 5.5 temos um exemplo de 
edificação cujo espaço sob o telhado é suficiente para a instalação desses elementos. 
 
 
 
Figura 5.5: Exemplo de SAS inserido no telhado de edificação 
 
49 
 
5.1.2 Tubulações e pontos de consumo 
Para definir o melhor local de instalação do sistema também é importante verificar a 
distância entre ele e os pontos de consumo. Quanto menor o valor da distância, menor será a 
perda térmica na tubulação de distribuição e menor será o tempo de espera para o usuário. 
Como consequência, reduz-se o tamanho e o custo total da tubulação. Na figura 5.6 é dado um 
exemplo de solução para a inserção desses elementos em coberturas de casas. 
 
 
Figura 5.6: Exemplo de posicionamento do RT mais próximo possível dos pontos de consumo 
Após a definição do caminho que a tubulação irá percorrer devem-se evitar curvas 
desnecessárias e sifões em toda sua extensão para que não haja acúmulo de ar em seu 
interior, que poderia prejudicar substancialmente o funcionamento do sistema. Ainda assim é 
provável que o ar acumule no topo do sistema, por isso é importante instalar um eliminador 
de ar na tubulação de saída do coletor (Figura 5.7) e o respiro no topo do reservatório térmico. 
 
50 
 
 
 
Figura 5.7: Exemplo de eliminador de ar em tubulação de saída do último coletor solar 
Em relação ao reservatório térmico, onde o nível de água pode variar tanto para cima 
quanto para baixo, recomenda-se que o respiro seja elevado pelo menos de 15 a 20 
centímetros acima da caixa d’água. Vale ressaltar que atubulação de água quente deve estar 
sempre na ascendente. 
 
5.1.3 Isolamento de tubulações, sombreamento e 
acessibilidade 
O isolamento das tubulações de distribuição de água quente também deve ser 
corretamente empregado, a fim de reduzir as perdas térmicas até o consumo final. Tal 
isolamento pode ser feito com espuma de poliestireno e protegida por fita aluminizada ou 
chapa de alumínio, no caso de tubulação em contato com as intempéries. Observe nas figuras 
5.8 e 5.9 exemplos de tubulações com isolamento térmico. 
 
 
Figura 5.8: Tubulação com isolamento protegido por capa 
aluminizada 
Figura 5.9: Tubo com 
isolamento em espuma de 
51 
 
poliuretano 
 
A incidência de sombreamento no plano dos coletores solares deve ser minimizada e, 
portanto, deve-se evitar proximidade principalmente com obstáculos verticais posicionados na 
porção Norte da cobertura. Tais obstáculos podem ser edificações vizinhas, vegetação de 
médio e grande porte, torres de caixas d’água, entre outros (Figura 5.10). 
 
 
Figura 5.10: Exemplo de obstáculo que devem ser evitados. 
No caso de edificações existentes é possível realizar análise de sombreamento na 
cobertura com o auxílio da carta solar. Na literatura especializada não existem valores 
aceitáveis para a ocorrência de sombreamento em coletores, contudo, sabe-se que é preciso 
evitá-lo no horário de maior incidência de irradiação solar, compreendido entre as 10hs e 14hs 
do dia. Como exemplo disso cita-se o estudo realizado no projeto ECV 184/2006 
(Eletrobras/Procel/PUC Minas) em que foram simulados sombreamentos de 95 instalações de 
aquecimento solar em Belo Horizonte, onde se verificou que, em duas delas, a influência do 
sombreamento na eficiência do sistema está diretamente ligada ao horário em que ela ocorre. 
Observe nas figuras 5.11 a 5.14 os resultados do estudo: 
52 
 
 
Figura 5.11: Sombreamento Instalação 1 Figura 5.12: Sombreamento Instalação 2 
 
 
Figura 5.13: Sombreamento anual Obras 1 e 2 Figura 5.14: Perda na Fração Solar Obras 1 e 2 
Outro aspecto importante para garantir uma boa instalação de SAS é a acessibilidade 
dos equipamentos, que permite a realização de manutenção periódica e/ou substituição de 
elementos danificados. A figura 5.15 e 5.16 mostram exemplos de acessibilidades em boas e 
más condições, respectivamente. 
 
53 
 
 
Figura 5.15: Acessibilidade boa Figura 5.16: Acessibilidade ruim 
 
5.1.4 Inserção do Sistema de Aquecimento Solar em 
Edificações Existentes 
Para edificações existentes o projetista deverá realizar detalhado levantamento 
técnico in loco em que as principais informações serão obtidas. Novamente deverão ser 
consideradas: a configuração da residência, o perfil do usuário e as características do sistema 
que será implantado. 
 
Inicialmente é necessário observar a viabilidade do local para receber o sistema de 
aquecimento solar. Para a instalação dos coletores a orientação da cobertura deverá ser 
conhecida. Aqui é fundamental que o projetista leve consigo uma bússola de precisão e adote 
o seguinte procedimento: 
1. Produzir croqui básico com a configuração da casa em relação a um ponto conhecido 
(rua, edifício vizinho, praça e etc). 
2. Escolher uma parede e posicionar a bússola em paralelo a esse elemento. O valor 
indicado pela bússola é o do Norte Magnético, que deve ser corrigido com o acréscimo 
da declinação magnética, como mostra a Figura 5.17 e tabela 5.2 abaixo: 
54 
 
 
Figura 5.17: Visualização Norte Magnético e Norte Verdadeiro em uma bússola 
3. Anotar no croqui a orientação da parede escolhida. 
Tabela 5.2 – Declinação magnética para as capitais brasileiras 
Cidade Declinação magnética 
(graus) 
Cidade Declinação magnética 
(graus) 
Porto Alegre -14,74 Fortaleza -21,60 
Florianópolis -17,46 Teresina -21,40 
Curitiba -17,30 São Luis -20,70 
São Paulo -19,60 Belém -19,50 
Belo Horizonte -21,50 Macapá -18,50 
Rio de Janeiro -21,40 Palmas -19,90 
Vitória -22,80 Manaus -13,90 
Salvador -23,10 Boa Vista -14,00 
Aracaju -23,10 Porto velho -10,60 
Maceió -22,90 Rio Branco -7,34 
Recife -22,60 Goiânia -19,20 
João Pessoa -22,40 Cuiabá -15,10 
55 
 
Natal -22,10 Campo Grande -15,20 
.. .. Brasília -20,00 
Fonte: FINEP/SolBrasil - Manual do Professor 
 
A inclinação do telhado também deve ser levantada e pode ser feita de duas maneiras, 
a saber: medição da superfície inclinada em relação a horizontal e altura do ático; utilização de 
inclinômetro portátil. 
 
Também será necessário identificar onde a caixa de água fria está localizada e qual é 
seu volume. Para isso é importante acessá-la e verificar as condições em que se encontra, já 
que seu posicionamento é fundamental para a escolha do tipo de reservatório que será usado. 
Em alguns casos talvez seja necessário elevar a caixa d’água para garantir o correto 
abastecimento do SAS. Apesar dessa solução não ser esteticamente agradável, usualmente são 
projetadas torres de alvenaria onde a caixa será inserida para que atinja a altura necessária 
(Figura 5.18). 
 
Figura 5.18: Torre para caixa d’água 
 
Outro tipo de solução é o uso de reservatório térmico que opera em nível com a caixa 
d’água, dispensando sua elevação (Figura 5.19). 
56 
 
 
 
Figura 5.19 - Reservatório operando em nível com a caixa d’água. 
Em casas com instalação hidráulica de água quente é importante verificar as condições 
de operação, isolamento térmico e esquema de distribuição hidráulica para sanar qualquer 
problema preexistente, caso seja necessário. 
 
Em residências que não possuem instalação hidráulica de água quente deve-se prever 
o uso de um dispositivo misturador independente que será instalado nos pontos de consumo 
(Figura 5.20). Como esse misturador é instalado no teto do banheiro torna-se importante 
impermeabilizar e/ou proteger tal passagem a fim de se evitar infiltrações pelo telhado (Figura 
5.21). 
 
57 
 
 
Figura 5.20: Exemplo de Misturador Figura 5.21: Impermeabilização do furo 
Além disso, o projetista deverá estabelecer, juntamente com os moradores, os pontos 
de consumo que serão servidos pelo aquecimento solar e identificá-los em planta (croqui ou 
desenho esquemático). A vazão dos pontos de consumo precisa ser medida e pode ser feita 
com uso de balde milimetrado e cronômetro portátil. Recomenda-se que as medidas sejam 
realizadas pelo menos três vezes para reduzir incertezas e aumentar a precisão dos resultados. 
 
Para estabelecer o perfil dos moradores e nível de conforto requerido o projetista 
deve realizar entrevista com os usuários considerando os seguintes aspectos: número de 
residentes, número de banheiros, número de banhos e estimativa de tempo de banho de cada 
um deles. 
 
De posse dessas informações será possível verificar a viabilidade da instalação de SAS 
na residência, iniciar o dimensionamento e projeto do sistema. 
 
Após a determinação da demanda de água quente, do volume do reservatório térmico 
e da área coletora é necessário escolher o local de implantação do sistema de acordo com a 
proximidade com a caixa de água fria e pontos de consumo. Os critérios de melhor inclinação e 
orientação de coletores, já mencionados anteriormente, também devem ser atendidos para a 
escolha do melhor local. 
 
58 
 
Aqui se retoma o exemplo de residência (Figura 5.1), observa-se que é possível instalar 
os coletores solares na porção Norte do telhado, garantindo que o desvio azimutal seja 
aceitável e com valor de 150°. 
 
Figura 5.1: Exemplo de boa implantação no terreno: ângulo azimutal de 150° 
Sendo assim, torna-se importante posicionar o sistema o mais próximo possível dos pontos de 
consumo para amenizar as perdas térmicas da tubulação de distribuição, como no exemplo da 
figura 5.22. 
 
Figura 5.22: Exemplo de posicionamento do RT mais próximo possível dos pontos de consumo 
 
59 
 
O projetista deverá avaliar se a edificação permite que o sistemaseja operado por 
circulação natural ou termossifão, de acordo com detalhes de funcionamento mostrados no 
Capítulo 02 deste manual. Em casos onde pequenas adaptações sejam necessárias, as mesmas 
deverão ser previstas e detalhadas. Como exemplo pode-se citar a elevação da caixa de água 
fria para garantir o correto abastecimento do sistema. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
60 
 
Capítulo 5 
 
6 SISTEMA HIDRÁULICO DO SAS 
 
 
 
Tipos de tubulações 
Dimensionamento 
Isolamento de tubulações 
 
 
PALAVRAS-CHAVE: Circuito primário; circuito secundário; perda de carga; distribuição hidráulica. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
61 
 
6.1 Distribuição hidráulica do SAS 
Um sistema de aquecimento solar é dividido em dois circuitos hidráulicos, a saber: o 
primário é composto pela interligação dos elementos que compõem o sistema: reservatório 
térmico e coletores solares; o secundário é composto por toda a tubulação que distribui a água 
aquecida para os pontos de consumo (Figura 6.1). 
 
 
Figura 6.1: Circuitos primário e secundário 
 
O reservatório térmico, por sua vez, é abastecido pela caixa d’água através de 
tubulação própria para água fria (Figura 6.2). 
 
 
Figura 6.2: Abastecimento do sistema pela caixa d’água 
 
62 
 
6.2. Tipos de tubulações 
Para um sistema de aquecimento solar a especificação do material da tubulação é uma 
tarefa simples de ser realizada, já que a rede para o abastecimento do reservatório é de água 
fria e a destinada aos circuitos primário e secundário é de água quente. 
 
No Brasil há muitos tipos de materiais empregados para tubulação de água fria, mas o 
mais utilizado é o Cloreto de Polivinila ou PVC (Figura 6.3). Tal material pode ser encontrado na 
série soldável ou roscável com diâmetros que variam de 16mm a 110mm e 17mm a 113mm, 
respectivamente. Os processos de soldagem devem obedecer aos critérios estabelecidos pelo 
fabricante. Já a junta roscável é feita com roscas externas (padrão BSP, NBR6414) e também 
deve seguir as recomendações do fabricante. 
 
 
 
 
 
Figura 6.3: Exemplo de tubulação em PVC 
 
Para a tubulação de água quente, que deverá ser empregada na alimentação e retorno 
do sistema também existem vários materiais como o cobre, CPVC, PPR e aço carbono (Figuras 
6.4, 6.5, 6.6 e 6.7). Tradicionalmente no Brasil o cobre é o material mais utilizado para esse 
tipo de instalação, porém é crescente o uso de polímeros como o CPVC e o PPR por serem mais 
baratos e de montagem mais simples do que a do cobre. 
 
63 
 
 
Figura 6.4: Tubo de cobre Figura 6.5: Tubo PPR 
 
 
Figura 6.6: Tubo CPVC Figura 6.7: Tubo de Aço carbono 
 
As conexões de cobre devem ser realizadas através de soldagem capilar, utilizando 
metal de enchimento composto basicamente de 50% de estanho e 50% de chumbo (NBR 
5883). No caso de roscas macho e fêmea, o padrão a ser seguido é o BSP (ILHA et al, 2008). Já 
as conexões de materiais poliméricos devem seguir as recomendações dos fabricantes. 
6.3 Dimensionamento de tubulações 
Para realizar o dimensionamento das tubulações o projetista deverá possuir alguns dados da 
instalação para inserir nos cálculos, como o número de coletores, a área de cada um, e a vazão 
volumétrica (m³/s). A seguir serão apresentados os cálculos, passo-a-passo, para a 
determinação do diâmetro dos trechos de tubulação representados na Figura 6.8. 
 
64 
 
 
Figura 6.8: Esquema de distribuição hidráulica do SAS 
 
Cálculo do Diâmetro da Tubulação de Água Fria (Trecho 01) 
Admite-se para este cálculo que a vazão no trecho 01 é a mesma admitida no início da 
prumada de alimentação do sistema (situação extrema aonde praticamente toda a água que 
sai da caixa d’água até o reservatório está sendo aquecida pelos coletores solares e sendo 
enviada para consumo – Prumada de Alimentação), logo: 
Admite-se: 
 Q: Vazão volumétrica (m³/s); 
 
 V: Velocidade máxima da água dentro das tubulações de água fria: 3,0 m/s (NBR – 
5626/82); 
 
 
Adota-se a Equação 6.1 para o cálculo Diâmetro Nominal (DN): 
 
V
Q4
D




 Equação (6.1) 
 
 
65 
 
Exemplo 01: 
Determinar o diâmetro da tubulação de água fria que serve um sistema de aquecimento solar 
com área coletora de 6m². 
 
Dados: 
Vazão máxima estipulada para coletores fechados: 1,2 l/min/m² 
V=3,0 m/s 
 
Assim: 
Q= Qcoletores → Q = 1,2 x 6 = 7,2 l/min 
 
Para o cálculo é necessário converter l/min para m³/s: 
 
Q = (7,2 ÷ 60) ÷ 1000 = 0,00012 m³/s 
 
Então utilizando a fórmula XX: 
V
Q4
D




 
 
D = √(4 x 0,00012)÷(π x 3,00) = 0,00713m 
 
D = 7,13 mm → adotaremos o diâmetro comercial mais próximo do calculado, que pela 
norma é de 20mm. 
 
6.4 Circuito primário 
Para o circuito primário a tubulação se divide entre alimentação e retorno do sistema, 
ambos os trechos recebem materiais próprios para a água quente e podem ser quaisquer dos 
descritos anteriormente. A Figura 6.9 indica quais são os trechos (02 e 03) de alimentação e 
retorno do circuito primário de um SAS. 
 
66 
 
 
Figura 6.9: Tubulação de entrada e saída do sistema 
 
Nesses trechos também é necessário e fundamental o isolamento térmico das 
tubulações, conforme mostra a Figura 6.10. 
 
 
Figura 6.10: Isolamento térmico de tubulações 
 
6.4.1 Cálculo do diâmetro da tubulação de 
alimentação e retorno do sistema (Trechos 2 e 3) 
 
A vazão estipulada para coletores fechados para a aplicação banho é de 1,2 l/min por 
m² de área coletora. Para o dimensionamento adota-se a equação 6.2 detalhada abaixo: 
 
Fórmula de Forschheimer: 
43,1 XQD 
 Equação (6.2) 
67 
 
Onde: 
X = h / 24horas 
h = 6,66 horas (horas de uso de água quente). 
Q: Vazão volumétrica (m³/s). 
 
Exemplo 02: 
Determinar o diâmetro da tubulação de alimentação do sistema de aquecimento solar com 
área coletora de 6 m². 
 
Dados: 
Vazão máxima estipulada para coletores fechados: 1,2 l/min/m² 
 
Então: 
 
D = 1,3 x √0,00012 x 4√6,66/24 = 0,010335m = 10,33 mm 
 
Para tubulação de água quente não há, comercialmente, produto com o diâmetro calculado, 
desse modo o diâmetro de 15 mm seria escolhido para esse sistema. No entanto, é usual 
utilizar para a tubulação de alimentação e retorno, o mesmo diâmetro das conexões do 
coletor solar. Comumente, adota-se o diâmetro de 22 mm. 
 
6.4.2.Perda de carga 
Como apresentado no Capítulo 02, a força motriz do termossifão é pequena e por isso 
é fundamental que a perda de carga da tubulação do circuito primário seja pequena, assim é 
preciso calcular o seu valor para determinar o melhor diâmetro da tubulação de alimentação e 
retorno do sistema. 
Para isso não se pode usar tubos de diâmetro muito pequeno, nem trechos de 
tubulação muito longos e/ou com excesso de curvas e conexões. Usualmente são utilizados 
tubos de 22 mm (3/4") em instalações de até 8 m2 e 28 mm para instalações acima disso, até 
um limite de 12 m2 . Para áreas superiores a solução é dividir o sistema em dois ou mais 
sistemas separados e em casos de instalações maiores, digamos com 400 m2, o recomendável 
é optar pelo sistema bombeado. 
68 
 
Mesmo com a influência da perda de carga o sistema operado por termossifão irá 
funcionar, só que sua operação será com temperaturas cada vez mais altas. Isso afeta a 
eficiência dos coletores e de todo o sistema. 
Normalmente um sistema opera com uma diferença de temperatura entre a entrada e 
a saída dos coletores na faixa de 10 a 15°C, sendo aceitáveis variações até 20°C. Acima disso há 
perdas consideráveis na eficiência da instalação, como quando for encontrado o valor de 35oC 
ou maior, em que provavelmente existe um problema de circulação no sistema. 
Isso pode ocorrer por diversos fatores, a saber: diâmetro da tubulação muito reduzido, 
muitas curvas de interligação entre os equipamentos, trechos retos muito extensos ou 
bloqueio na tubulação. Para que esses