Como Construir

Gerson Correa Carvalho engenheiro mecanico [email protected]

Esta~ao

solar de aquecimento de algua s aquecedores solares, no Brasil, sao principalmente utilizados para aquecer aguas de banho ou de piscina. A Estayao Solar de Aquecimento de Agua foi desenvolvida pela E2Solar para atender ademanda de agua quente de grandes consumidores, como indus­ trias em geral, para uso em vestiarios, refeit6Fios ou para processos indus­ triais, pre-aquecendo a agua utilizada em caldeiras. Nesse Ultimo caso, reduz­ se, assim, 0 impacto dos custos de ener­ gia eletrica ou de consumo de gas.

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Materiais

Um sistema de aquecimento solar e composto basicamente por coletores solares, reservat6rio termico, tubula­ yaO de interligayao, vaIvulas e registros (figuras 1 e 2).

»

Sistema de aquecimento solar, posicionado em talude,

que atende uma das fabricas da Natura Cosmeticos, em Cajamar (SP)

o

o 8 e e o o

Coletor solar Reservatorio termico Caixa de agua fria Sifao Entrada de agua fria Retorno de agua dos coletores

•

Safda de agua para os coletores

e

Safda de agua para consumo

f) Registro para limpeza do sistema

Q!) Respiro Figura 1- Componentes basicos de sistema solar de aquecimento de agua

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COMO Caixa d'agua

CONSTRUIR

l

Hs > 0,30 m

~

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11v-'"pi" Termossifao com torre

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Hrr> 0,15mL

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,,,,,,,t6,i, Termossifao tipico

E'<4,om '0

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Coletor

Dcr > 0,1 x Her Termossifao com dois telhados o

Figura 2 - Esquer.la de posicionamento dos componentes do sistema

Para a seguran<;:a dos usuarios de sistemas de aquecimento, deve-se pri­ vilegiar a compra de coletores e reser­ vat6rios etiquetados pelo Inmetro (Instituto Nacional de Metrologia, Normaliza<;:ao e Qualidade Industrial). A etiqueta dos coletores indica sua efi­ ciencia em gera<;:ao de energia, classifi­ cando-os decrescentemente de A a E (os coletores A recebem 0 selo Procel - Programa Nacional de Conserva<;:ao de Energia Eletrica). Os reservat6rios sao etiquetados ou nao de acordo com o indice de perda de calor, e caso te­ nham baixo indice de perda, recebem o selo Procel. Ha dois tipos de funcionamento de aquecedores solares: circula<;:ao na­ tural (termossifao) e circula<;:ao for<;:a­ da (bombeado), No sistema par termossifao, pode­ se adicionar uma valvula anticongela­ mento, imprescindivel em regioes onde a temperatura ambiente pode cair abai­ xo dos 5°C e congelar a agua das tubu­ la<;:oes ou impossibilitar 0 aquecimento. Na figura 3, vemos alguns exemplos de aquecedores por termossifao. Em geral, 0 sistema em termossifao funciona bern para sistemas de ate 1.5001.

.1

o bombeado serve para qualquer capacidade de sistema, variando ape­ nas a potencia da bomba de circula<;:ao. Para 0 funcionamento do aquecedor e instalada uma bomba de circula<;:ao, urn quadro de comando eletr6nico e sensores. Os sensares ficam encosta­ dos nos pontos mais frio e mais quente do sistema e ligados no quadro de co­ mando, que por diferencial de tempe­ ratura programada, liga e desliga a bomba de circula<;:ao. Vemos na figura 4 0 desenho de sistema bombeado (ou circula<;:ao for<;:ada). A figura 5 ilustra sistema de aque­ cimento solar de grande porte, com sensor termico. Projeto A Esta<;:ao Solar de Aquecimento de Agua segue os padroes normativos da Associa<;:ao Brasileira de Normas Tecnicas desde 0 dimensionamento a finaliza<;:ao da instala<;:ao, assim como as diretrizes da Abrava (Associa<;:ao Brasileira de Refrigera<;:ao, Ventila<;:a:o e Aquecimento). 0 dimensionamento de instala<;:oes solares termicas depen­ de principalmente: • Das condi<;:oes climaticas locais • Da demanda de calor

Figura 3 - Sistemas solares de aquecimento de agua por termossifao

• Da fra<;:ao solar desejada • Do rendimento da instala<;:ao e sua configura<;:ao Para a demanda, ha uma tabela com dimensionamento padrao, que serve de referencia para as medi<;:oes (veja tabela), CALCULO DE CONSUMO Ponto Consumo diario Ducha 60 a 80 I/pessoa 3096 do volume Hidromassagem da banheira Ducha higienica 61/pessoa 61/pessoa Lavat6rio 15 I/kg de roupa seca Lavanderia 25 I/pessoa Cozinha

Documentac;ao do projeto (NBR 15569) A documenta<;:ao do projeto deve contemplar, no minimo, os seguintes elementos: premissas de caJculo; di­ mensionamento; fra<;:ao solar; memo­ rial descritivo; volume de armazena­ mento; pressao de trabalho; fontes de abastecimento de agua; area coletora; angulos de orienta<;:ao e de inclina<;:ao dos coletores solares; estudo de som­ breamento; previsao de dispositivos de seguran<;:a; massa dos principais

TECHNE 146 I MAIO DE 2009

; - R,ese~vatoriO

j

C

Caixa d'agua

Ie,"""

BombaJ d'agua

Figura 4 - Sistema solar de aquecimento de agua bombeada Coletores solares

~ orientados ~~~

para

0

norte

Safda de agua ~ para consumo

~_'"

Reservatorio termico ~ Entrada de agua fria

~

Retorno dos coletores

~

Bo hidra_'icc Alimenta«ao para os coletores

Figura 5 - Sistema de aquecimento solar bombeado para grandes volumes de agua

componentes; considera<;6es a respei­ to de propriedades ffsico-quimicas da agua; localiza<;ao, incluindo endere<;o; indica<;ao do norte geografico; planta, corte, isometrico, vista, detalhe e dia­ grama esquematico, necessarios para

perfeita compreensao das interliga­ <;6es hidniulicas e interfaces dos prin­ cipais componentes; esquema, deta­ lhes e especifica<;ao para opera<;ao e controle de componentes eletricos (quando apliccivel); especifica<;ao dos

coletores solares e reservat6rios termi­ cos; especifica<;ao de tubos, conexoes, isolamento termico, valvulas e moto­ bomba; tipos e localiza<;ao de suportes e metodos de fixa<;ao de equipamen­ tos, quando aplicavel.

» 79

COMO Visita tecnica Questionarios de visita

CONSTRUIR

,. I

Estudo de inser<;iio

Demanda de agua Quente

B

•

Demanda de energia

.1 Radia<;iio solar ~onivel

Inclina<;ao e orienta<;ao do coletor solar

•

Histogramas

de consumo

~

Criterios de desenho e projeto Rela<;ao volume-area

•

Especifica<;6es dos produtos

Fra<;ao solar

Medi<;ao e verifica<;iio Figura 6 - Esquema de implanta~ao de aQuecedor solar

~L:.~~~ Figura 7 - I~amento de componentes da usina solar

Projetos de sistemas de

aquecimento solar

As me!hores oportunidades para economizar energia e agua sao obtidas ainda na fase de projeto das eclificac;:6es. E geralmente nesse estagio que sao to­ madas decis6es fundamentais no que diz respeito ao conceito energetico da edificac;:ao, seu funcionamento e com­ ponentes. Por isso, deve-se decidir ante­ cipadamente pelo sistema de aqueci­ mento solar que sera adotado na edifi­ cac;:ao, para que todos os profissionais envolvidos na obra possam contribuir para 0 me!hor desempenho da instala­ c;:ao solar. 0 fluxograma acima ilustra 0 processo para elaborac;:ao de run proje­ to (figura 6). Execu~ao

Figura 8 - Paineis solares posicionados sobre telhado a 45°

Figura 9 - UST com capacidade de armazenamento de ate 2.500 I. 0 produto pode ser interligado em serie ou paralelo. Pode, por exemplo, atender sistemas maiores, com 15 mill, bastando interligar seis usinas solares

-I

A instalac;:ao de aquecimento solar tem como grande dificuldade ic;:ar os equipamentos aos te!hados, onde sao instalados a maioria dos sistemas (ha casos de instalac;:ao em taludes, grama­ dos etc.). Em obras maiores sao neces­ sarios guinchos ou ate guindastes, co­ mo 0 caso da instalac;:ao feita na fabrica da Natura, em Cajamar (SP), confor­ me figura 7. Alem disso, os instalado­ res devem to mar todos os cuidados necessarios a sua seguranc;:a, como uso de cintos de seguranc;:a, capacete, 6cu­ los de sol e botas com solado emborra­ chadD e luvas (esta para nao queimar a mao no contato com equipamentos aquecidos, ao trabalhar em cima de te­ !hados) (figura 8). Para solucionar 0 problema de insta­

lac;:ao em eclificac;:6es onde a intervenc;:ao de obras e complicada, a E2solar desen­ volveu a Usina Solar Termica, urn siste­ ma que sai pronto de fabrica em urna estrutura autoportante. Eurn sistema de 2.5001, conforme figura 9, que pode ser instalado em cima de lajes, em grama­ dos, em coberturas e sobre estruturas metalicas (desde que preparada para su­ portar 1.800 kg do tanque vano e mais 2.500 kg de agua). Controle da qualidade Todos os produtos etiquetados pelo Inmetro sao testados para supor­ tar urna vez e meia a pressao de traba­ !ho. A Estac;:ao Solar excede as exigen­ cias normativas nacionais e, alem dos testes convencionais, atende aos requi­ sitos determinados pela ASME (Ame­ rican Society Of Mechanical Engine­ ers) e fornece 0 relat6rio do teste aos seus clientes, caso necessario. Manuten~ao

Os sistemas solares para grandes industrias e usos comerciais sao proje­ tados para funcionar por periodo de 15 a 20 anos. A manutenc;:ao e, basica­ mente, a limpeza dos coletores, salvo condic;:6es especiais onde o(s) reser­ vat6rio(s) ficam expostos ao tempo e as caracteristicas quimicas da agua (PH's basicos ou acidos que podem provocar incrustac;:6es ou corros6es respectivamente, afetando os coletores e reservat6rios). Estas situac;:6es espe­ ciais exigem mais cautela e verificac;:ao ao lange do tempo. « TECHNE 146

MAIO DE 2009