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+Minuta de nota para arquitetos e engenheiros

MANUAL DE INSTRUÇÃO DE MANUFATURA E INSTALAÇÃO EXPERIMENTAL DO
AQUECEDOR SOLAR DE BAIXO CUSTO – A S B C

Elaborado por Sociedade do Sol

ANEXO 1

MINUTA DE NORMA TÉCNICA
Junho 2005 – versão VII

 

Aquecedores solares em habitações populares
Adequação de instalações hidráulicas e considerações arquitetônicas para o aumento da eficiência de aquecedores solares residenciais.

Nota
esta minuta é válida para todo o tipo de sistema de aquecimento solar.

Palavras Chave
Aquecedor solar, energia solar, aquecimento de água, habitação popular, alçapões.

Objetivo
A presente minuta de norma tem como escopo (alvo) facilitar ao arquiteto e projetista de instalações o projeto de casas populares para que estejam preparadas para serem complementadas com aquecedores solares.

Considerações Gerais
Historicamente o aquecedor solar para uma residência mono ou multi familiar sempre foi considerado um complemento de luxo, cujo custo inviabilizava sua aplicação em habitações populares.

Com recentes desenvolvimentos brasileiros, visando oferecer às populações de baixa renda equipamentos solares de baixo custo, tornou-se imperativo a prévia programação destas habitações para suportarem equipamentos solares, evitando desnecessárias adaptações ou reformas por parte do usuário final.

Generalidades
O Aquecedor Solar mono-familiar, quando do tipo de Baixo Custo (ou tradicional),
compõe-se de:

• dois a três coletores solares, em plástico preto (ou metálicos com cobertura de vidro), expostos ao sol, pelos quais circula a água a ser aquecida;
• um reservatório térmico de água de até 300 litros;
• um sistema de circulação e distribuição de água quente de PVC marrom (ou tubos de cobre isolados e/ou de CPVC e/ou de Polietileno ou Polipropileno);
• um chuveiro elétrico que fornece água fria e água quente solar, cuja potência é controlada por um controlador de energia (dimmer), acionado em dias em que o aquecimento não foi suficiente (ou sem o chuveiro elétrico, já que o reservatório térmico tradicional utiliza resistência elétrica interna);
• um sistema de mistura das águas quente e fria para o chuveiro.

A área dos coletores é de cerca de 1,5 a 2,5 m2, com peso total de cerca de 15 a 40 kg/m² dependendo do tipo de coletor. Eles são usualmente apoiados sobre uma das águas (quedas) do telhado.

1 – Aspectos Arquitetônicos

1.1 – Direção e inclinação do telhado
Uma das águas do telhado deve, sempre que possível, estar direcionada ao Norte Verdadeiro, com desvio máximo, seja à direita ou à esquerda (leste ou oeste), de 45 graus, conforme figura 01.

A inclinação do telhado deveria ser próxima à da latitude local. Pode-se superar esta inclinação em até 10 graus, melhorando a eficiência do equipamento no período de inverno. Vide figura 02.

Por exemplo, em São Paulo – Capital, a latitude é de 23º. Assim o ângulo de inclinação com a horizontal pode variar de 23 a 33 graus.

No caso de casas com laje ao invés de telhado, pode-se montar uma estrutura leve de ripas, para obtenção da correta inclinação e direção.

figura01
Figura 01: Direção de uma das águas do telhado

figura02
Figura 02: Inclinação do telhado

1.2 – Posição relativa entre coletores solares e reservatórios
Para a obtenção de uma boa circulação natural da água no circuito coletores – reservatório térmico (evitando-se o uso de custosa moto-bomba), este deve estar acima do nível das placas. Quanto maior este desnível, maior a velocidade de circulação, melhorando a eficiência do sistema.

A exigência mínima é que a diferença das cotas que caracterizam o fundo deste reservatório e a da linha horizontal que divide o coletor ao meio seja igual ou superior a 25 cm (figura 03a). Se houver escolha da caixa de água mista quente/fria, a diferença de cotas entre o piso do volume quente dentro da caixa de água fria e a linha horizontal de divisão dos coletores deverá ser igual ou superior a 30 cm (figura 03b).

figura03a
Figura 03a: Desnível Coletor-Reservatório de Água Quente.

figura03b
Figura 03b: Desnível Coletor-Reservatório Misto.

Quanto mais próximo da borda do telhado estiverem os coletores, mais fácil será o cumprimento destas exigências.

Caso o arquiteto esteja planejando uma casa mais luxuosa, o desnível entre fundo do reservatório térmico e a linha média dos coletores termoplásticos, não deverá superar 3 metros, face às limitações mecânicas dos coletores de baixo custo (o desnível com a aplicação de coletores metálicos tradicionais, praticamente não tem limites).

1.2.1 – Localização do reservatório térmico
O reservatório de água quente deve estar o mais próximo possível do ponto de uso, o chuveiro elétrico (ducha). Caso haja mais de um ponto, o reservatório deverá estar a uma distância mediana dos mesmos, equilibrando o tempo de chegada da água quente aos pontos de uso.

Caso a habitação popular, por motivos de espaço, ou outros, não permitir a instalação de uma caixa de água adicional, o projetista poderá prever o uso da técnica da caixa de água mista quente/fria, que combina, num mesmo reservatório (o de água fria), tanto a água quente quanto a da própria água fria. O meio é simples, com a aplicação do princípio da estratificação térmica (água quente flutuando por cima da água fria da caixa, sem uso de separadores mecânicos). Detalhes podem ser encontrados no presente manual de manufatura dos Aquecedores Solares de Baixo Custo.

1.3 – Caixa de água externa
O projetista deve manter as relações de altura acima apresentadas. Se for possível, ampliar o espaço para a instalação de um reservatório térmico ao lado da caixa de água fria.

No caso da inviabilidade da extensão da laje da caixa de água, aplicar o processo da caixa de água quente virtual, explicitado acima.

2 – Aspectos Hidráulicos
Tendo em vista a provável instalação do aquecedor solar, seja pelo construtor, pela cooperativa, pelo mutirão, ou então pelo próprio usuário, o projetista da habitação deverá prever um misturador tradicional de água quente e fria para o chuveiro elétrico. Equivale à adição de tubos de água quente ao sistema:

• um tubo de descida proveniente do forro;
• um novo registro;
• um “T” para a união das águas fria e quente;
• um tubo de subida do “T” ao chuveiro elétrico ou ducha.

Para que água, a qualquer temperatura, possa ser enviada à ducha, os dois tubos mencionados devem ser especiais para água quente (cobre, CPVC, PP ou PE).

Pelo baixo fluxo de água que passa pelos tubos de água quente, estes podem ser, sem perda de vazão, de diâmetro de 20 mm ou de ¾ de polegada.

A bitola menor traz a vantagem de reduzir perdas térmicas, além de acelerar a chegada da água quente, reduzindo custos de água e de energia. Veja figura 04.

figura04
Figura 04: Tubulação de espera para água quente.


3 – Aspectos Elétricos
Todas as normas que visam a segurança e boa operação do chuveiro elétrico em habitações populares devem ser mantidas, mesmo estando a habitação preparada para receber aquecedores solares.

4 – Observações sobre a manutenção no forro: O Alçapão
Historicamente o alçapão de acesso ao forro de uma casa é projetado com dimensões mínimas, o suficiente para a passagem de uma pessoa magra. Com o envelhecimento da casa, trabalhos de manutenção no forro e telhados se tornam necessários.

Se for necessária uma troca de reservatório, o proprietário ou amplia o alçapão, ou introduz o mesmo pelo madeirame do telhado, serrando suas ripas e caibros, enfraquecendo a estrutura de madeira.

Sugestão: Projetar as dimensões do alçapão com dimensões suficientes para a passagem de grandes objetos, por exemplo, caixas de água de 500 litros, facilitando futuras manutenções.

+Irradiação solar no Brasil

As irradiações informadas na tabela abaixo são apresentadas como Kwh por dia por m² de área plana, média mensal.

Introdução ao uso da planilha
Seguem os principais dados da Irradiação Solar encontrados no Brasil em localidades selecionadas, gentilmente cedidos ao Coordenador do Projeto ASBC, pela equipe do Procell, da Eletrobrás em 1997.

Mais detalhes podem ser encontrados no livro publicado pela equipe liderada pelo Prof. Chigueru Tiba, da Universidade Federal de Pernambuco, Atlas Solarimétrico do Brasil – Banco de Dados Terrestres.

Download da Planilha de irradiacao no Brasil

Detalhes da Planilha
Lat. = Latitude
Informação: Latitudes iguais formam linhas paralelas ao Equador
A latitude do Equador é de zero graus
A latitude do polo sul é de (90,00) graus
Exemplo, a latitude de S. Paulo é de (23,55) graus
Parênteses ( ) indica número negativo
Latitudes acima do Equador são consideradas como positivas.
Latitudes abaixo do Equador são consideradas como negativas.

Exemplo prático
Quantos graus (na planilha) a cidade escolhida, Água Branca, está abaixo do Equador?
Água Branca, em Alagoas, está a (9,27 ) graus abaixo do Equador.

Veja Altamira, com 3,20 graus de Latitude, sem parênteses, indica que está logo acima do Equador.

Quanto maior o grau, ou então quanto mais ao sul (ou ao norte) do Equador você se encontra, menor será a irradiação solar média anual. Isto se realça nos meses de inverno. O conhecimento da latitude é importante, pois indica a inclinação com que os coletores deveriam ser instalados. A inclinação correta é sinônimo de melhor aproveitamento da irradiação solar existente no local:
• mais latitude, mais inclinação,
• menos latitude, menos inclinação.

No Equador, latitude zero, o coletor ficaria paralelo ao solo para melhor aproveitamento da energia solar incidente. Na prática não deveria ser aplicada esta inclinação já que isto impediria que a água da chuva venha a escorrer sobre a superfície externa do coletor, deixando o coletor sujo em pouco tempo.

Long. = Longitude.
Informação: Longitudes iguais formam linhas que circundam o planeta, passando sempre pelos dois pólos, norte e sul. São linhas ortogonais às linhas representadas pelas latitudes que são sempre paralelas ao Equador.

Cada linha de longitude “divide” o planeta em duas metades iguais.

Longitude zero graus é uma linha que cruza a cidade de Greenwich na Inglaterra.

Os graus das Longitudes crescem partindo de Greenwich à esquerda. Estes graus dão a volta à terra e quando chegam de novo a Greenwich totalizam 360 graus.

A Longitude de um local, mantendo-se a Latitude constante, não tem influência na posição do sol. Isto é, para efeito da análise de posição mais produtiva dos coletores, a longitude não precisa ser levada em consideração.

Exemplo prático 
Qual a Longitude da cidade de Água Branca? Pela planilha a Longitude é de 37,94 graus. Isto é, de um total de 360 graus, que é uma volta ao planeta, Água Branca está afastada somente 37,94 graus de Greenwich.

Poderíamos então chegar à seguinte conclusão:
- numa mesma Latitude (Linha paralela ao Equador), independente da Longitude, a irradiação local deveria se sempre igual. Realmente, nesta linha de Latitude, independentemente das Longitudes, o Sol sempre terá posições iguais ao longo do dia.

Isto poderia facilitar muito a vida dos que trabalham neste ramo de análise das irradiações solares. Mas não é o que acontece em campo. É que a irradiação solar local depende em especial da nebulosidade local, dos índices pluviométricos, da umidade do ar, da poluição atmosférica, das interferências físicas como montanhas, árvores etc.

Resumindo o uso de Latitude e Longitude
• Latitude pode dar uma ideia aproximada da irradiação, oferecendo diretrizes da inclinação dos coletores.
• Longitude não influencia a energia solar incidente, não sendo importante para a posição dos coletores.
• Condições físicas e atmosféricas locais são o verdadeiro balizador da energia solar que poderá ser aproveitada.

Localidade
Cidade escolhida para a análise da irradiação local.

UF
Estado em que se encontra a cidade escolhida.

Colunas de meses de Janeiro a Dezembro
Cada mês com sua irradiação diária, como média mensal, em KWh por metro quadrado de área plana.

Média
É a irradiação média anual (dos meses de janeiro a dezembro), por dia e por metro quadrado plano.

Observações
Estas informações de irradiação são o resultado de muitos anos, às vezes décadas, de cuidadosas medidas em estações meteorológicas.
Pode acontecer que num determinado ano a irradiação solar se apresente de maneira completamente diversa da esperada, ou pior, da que foi prometida para um usuário de um aquecedor solar, usuário que dificilmente vai compreender que logo no ano da sua instalação a irradiação solar não acompanhou a média histórica. Por via das dúvidas porém, seria bom rever os procedimentos da instalação do aquecedor, muito provavelmente (quase 100%) com falhas de fácil correção.

Download da Planilha de irradiacao no Brasil

- Principais fórmulas técnicas

Fórmulas mais usadas no cálculo das energias térmicas que envolvem o aquecedor solar

• Introdução ao Kwh
• Introdução à Kcal
• Relação entre Kwh e Kcal

Limites desta apresentação
Se alguém desejar se aprofundar no estudo de energias que envolvem sistemas de aquecimento solar, em anexo à página estudo acadêmico ASBC  existem sugestões de livros que podem servir de referência para um aprofundamento.

O que segue é uma simplificação, que pode levar a pequenos erros nos resultados calculados.

Introdução ao Quilowatt-hora (Kwh)
Um Quilowatt-hora (Kwh) é igual à quantidade de energia que é consumida quando uma resistência de 1000 Watt (igual a dez lâmpadas de 100 Watt, por exemplo) é acionada por uma hora.

Exemplo:
Um chuveiro na posição inverno tem uma potência de 5.400 Watt, ou de 5,4 Quilowatt (Kw). Este chuveiro ficou ligado por 2 horas durante o banho das crianças.
Pergunta: Qual foi a energia consumida nesta operação? Resposta: 5,4 Kw x 2 horas = 10,8 Kwh.

Vejam: Kw vezes número de horas resulta em Kwh, aquela sigla que indica na conta de luz quanto nós vamos pagar.

Neste caso, como o custo em S. Paulo é de R$ 0,30 por Kwh (janeiro 2003), podemos fazer facilmente o cálculo da despesa que virá em breve na conta de luz. 5,4 Kw x 2 horas x R$ 0,30 por Kwh = R$ 3,24 só neste banho.

Fica claro que o uso prolongado do chuveiro elétrico sempre se reflete de maneira sensível na conta de luz.

Introdução à Quilocaloria (Kcal)
Com esta nova sigla podemos calcular facilmente a energia que foi assimilada ou perdida pela água.

Kcal = litros de água x ( temperatura final- temperatura inicial)

Exemplo
Deseja-se preencher um balde com água quente que vem de um chuveiro elétrico. Simultaneamente, nos interessa saber quantas Quilocalorias foram adicionadas à água fria, que veio da caixa de água, ao passar pelo chuveiro.

A maneira de realizar este cálculo é simples demais. Com um termômetro à mão, leio a temperatura da água fria na torneira ou no próprio chuveiro elétrico, na posição neutra. Descobrimos que é de 24 Graus. Achamos a temperatura inicial.

Ligamos o chuveiro e com a duchinha enchemos o balde. Com o balde cheio, medimos mais uma vez a temperatura: colocando a mão, descobrimos que ela está de morna a quente. Pela experiência, deveria ser uma temperatura ao redor de 40 Graus. Medindo com o termômetro, descobrimos que ele chegou no balde a 39 Graus. Achamos a temperatura final.

Agora, revendo a fórmula acima, falta saber quantos litros de água contém o balde de água. Lembrando: um litro de água pesa um Quilograma ( Kg).

Voltando à experiência, é só pesar o balde com sua água. Vamos dizer que o peso encontrado foi de 12,5 Kg. Depois de usada a água, podemos pesar o balde vazio. Ele pesou 1,3 Kg. Destas duas medidas podemos chegar à quantidade de água que estava no balde: 12,5 Kg – 1,3 Kg = 11,2 Kg.

Como 1 litro de água é igual a 1 Kg, descobrimos os litros de água.

Aplicando os valores encontrados na fórmula, acharemos as Quilocalorias.

Energia adicionada à água (Kcal) = 11,2 litros x ( 39 Graus (temp. final) – 23 Graus (temp. inicial ) = 11,2 litros x (16 ( o resultado de 39 menos 23 ))Kcal.

Energia que foi adicionada à água foi de = 179,2 Kcal.

Agora vem a pergunta: para que me serve tudo isto? Serve se soubermos qual a:

Relação entre Kwh e Kcal
Do livro de física fica-se sabendo que: 1 Kwh é igual a 860 Kcal. Esta nova informação pode ser aplicada à operação do enchimento do balde:

Se o aquecimento da água do balde consumiu 179,2 Kcal, se 860 Kcal é igual a 1 Kwh, então por regra de três, poderemos calcular quantos Kwh foram consumidos neste aquecimento de água: (179,2 Kcal x 1 Kwh /860 Kcal )= 0,208 Kwh.

Encerrando
Pode-se calcular agora o custo da energia a ser paga pelo enchimento do balde:
Custo = 0,208 Kwh x R$ 0,30 por Kwh = R$ 0,0624, ou 6,2 centavos por esta pequena operação.

Pode-se perguntar, afinal, para que medir tanta temperatura e se esforçar para medir alguns litros de água se era suficiente realizar o mesmo exercício tal como o primeiro acima (Kw x Tempo)?

Resposta
Exemplo: uma caixa isolada termicamente de 100 litros de água fria a 22 graus (temperatura inicial) é ligada a um coletor solar. Durante o dia a água foi esquentando. À tardinha, quando o sol já não esquenta mais, abrimos a tampa da caixa, damos uma misturada na água para eliminar qualquer estratificação, igualando assim a temperatura em toda a caixa. Medimos a nova temperatura: 43 Graus (temperatura final).

Resultado: houve aquecimento, mas nenhum chuveiro foi ligado. Quando somos forçados a entrar na medida de Quilocalorias.

Aplicando a fórmula da Quilo-caloria, encontramos:
A energia térmica da água da caixa foi acrescida de:
100 litros x (43 – 22 Graus) = 2100 Kcal.

Deste ponto em diante abrem-se interessantes opções de cálculo para o ramo solar:
- os 2100 Kcal equivalem a quantos Kwh?
É só dividir 2100 Kcal por 860 Kcal/Kwh = 2,44 Kwh
- o coletor que produziu esta água quente, tem 1,7 metros quadrados (m2)
Logo, cada m2 de coletor produziu 2,44 Kwh/1,7 m2 = 1,435 Kwh em um dia.

Pensamentos
Admitimos que a eficiência do coletor ASBC poderia ser de 35%, nestas baixas temperaturas, de 20 a 40 Graus Celsius. Folheando a tabela da Irradiação Solar no Brasil, (sim, é bom imprimir esta página também) notamos que as irradiações médias variam de 4 a 5 KWh por dia por m2. Como não temos em nossas experiências domésticas equipamentos de leitura da verdadeira irradiação solar no local do teste, podemos admitir certos valores, que não deveriam estar muito errados.

Verão 
Um dia de sol, tempo não nublado, 5 Kwh por dia por m2.
Um dia de sol, tempo nublado tipo mormaço, 4,5 Kwh por dia por m2.

Inverno 
Dia de sol, tempo não nublado, 4 Kwh por dia por m2 .
Dia de sol, tempo tipo nublado tipo mormaço, 3,5 Kwh por dia por m2.

Retornando a exercício, verificamos que o coletor produziu 1,435 Kwh por m2 de energia térmica. Se estivermos no verão e o dia foi claro estimamos que a irradiação total do dia deveria ser de 5 Kwh por m2.

Agora podemos calcular a estimada eficiência deste sistema térmico solar – coletor + reservatório: 1,435 / 5,00 = 0,28. Se multiplicarmos este valor por 100, acharemos 28% de eficiência.

Se for inverno e o dia for nublado a estimativa de irradiação foi de 3,5 Kwh por dia por m2, a eficiência provável deste coletor será: 1,435 / 3,5 = 0,41 ou então 41% de eficiência.

Resumindo
Com as fórmulas e exercícios propostos e resolvidos, com uma razoável margem de segurança podemos fazer análises da eficiência térmica de sistemas térmicos solares.

A equipe ASBC está disponível para auxiliar na solução de problemas de nossos voluntários que desejarem se aprofundar nestes cálculos.

+Dicas para reduzir o consumo elétrico no lar

Abaixo, um resumo das informações levantadas pela equipe as Sociedade do Sol.

Chuveiro elétrico

 1- Consumo mínimo: mantenha a posição verão (baixo consumo) mesmo na época de frio. Resultará um banho de baixo volume de água. Mas se ela vier quente, o corpo aceitará o pequeno volume. O que vale, sob o prisma de conforto térmico, é a temperatura da água. Dependendo da marca, o contato elétrico da resistência não é acionado devido ao baixo volume de água. Um eletricista pode, de forma muito simples, aumentar a sensibilidade do equipamento.

2 – Controlador de energia: instalar um controlador de energia de chuveiro, (dimmer), permitindo a maximização da economia de energia. Esta economia se realça especialmente no outono, primavera e verão.

3 – Troca da Resistência: Trocar resistência do chuveiro por outra de menor potência, acessório disponível no mercado da construção civil.

4 – Banho curto: tentar reduzir a duração do banho de 20 a 40%.

5 – Pré-aquecimento da água do chuveiro: instalar um Aquecedor Solar de Baixo Custo, para pré-aquecer a água do chuveiro, reduzindo em até 80% o seu consumo elétrico. Esta tecnologia provavelmente já estará disponibilizada no segundo semestre de 2001, ainda no modo “faça você mesmo”. Se for caso de urgência, o aquecedor solar tradicional é hoje a melhor opção. Ver em Páginas Classificadas: Energia Solar / Aquecimento Solar. 

6 – Aproveitamento da temperatura da água: testar a opção de chegar mais perto do chuveiro durante o banho, subindo em uma caixa ou algo assim. Esta operação vai permitir um banho com maior volume de água, pois a temperatura da água junto ao chuveiro é bem mais quente do que a recebida quando mantida a tradicional distância chuveiro – usuário. Muito cuidado com eventual descarga elétrica ou tombo com o uso de uma banqueta insegura. Outra forma de chegar ao chuveiro é chamar um encanador e rebaixá-lo à altura desejada.

7 – Famílias grandes: se a família for grande e já economiza energia ao máximo, na impossibilidade de chegar aos 20% de economia, sugerimos voltar a usar por algum tempo o método ainda muito usual pelas famílias do interior que ainda hoje não tem acesso à energia elétrica: aquecer água em grande panela ou balde.

8 – Associação: Procurar associar todas as opções acima.

Boiler (Reservatório térmico de acionamento elétrico)

1 – Um desperdiçador de energia: o boiler é um grande desperdiçador de energia. A melhor forma de reduzir o seu consumo é desligá-lo, passando a usar o chuveiro elétrico, muito mais econômico.

2 – Controlar temperatura: na inviabilidade desta mudança, acessar o termostato do equipamento, reduzindo sua temperatura para cerca de  45 graus. (Ter um termômetro à mão. Ele se pagará em poucos dias).

3 – Redução do tempo de banho: esquecer das longas duchas de alta pressão. São elas as maiores geradoras de perdas de energia térmica (logo elétrica), sem falar do enorme volume de água perdida.

4 – Pré-aquecimento da água fornecida ao boiler: se nenhuma das sugestões acima for possível, pré-aquecer a água que será fornecida ao boiler por meio da instalação  do ASBC. O boiler praticamente deixará de ser acionado eletricamente, trazendo significativa redução de consumo.

5 – Uso do gás: se o aquecedor solar for uma opção inviável e a longa ducha for indispensável, substituir o boiler por um aquecedor a gás de passagem ou de acumulação. Dando preferência ao primeiro, por consumir menos combustível.
A companhia fornecedora de gás de sua cidade, GLP ou natural, poderá fornecer todos os detalhes técnicos e comerciais.

Geladeira ou freezer

1 – Ventilação: mantenha a geladeira em local ventilado para permitir melhor troca de calor pelos radiadores.

2 – Degelo: manter o congelador sempre livre das usuais camadas de gelo.

3 – Isolamento: se a geladeira ainda for do tipo de radiador externo (serpentinas pretas na parte de trás) aproveitar esta vantagem e forrar todas as superfícies da geladeira com chapas de isopor de espessura de 30 mm, aumentando o isolamento, reduzindo o consumo elétrico da geladeira. (Frente, trás, laterais e cobertura. É feio, mas funciona.)

4 – Limpeza: manter o trocador de calor sempre limpo. Gorduras somadas ao pó ambiental são um impedimento para a melhor troca térmica.

5 – Temperatura interna: elevá-la um pouco.

6 – Estanqueidade: manter as borrachas das portas em boas condições.

7 – Convecção do ar dentro da geladeira: não forre prateleiras com filmes plásticos. Parte da geladeira vai permanecer menos fria por falta de circulação de ar em seu interior.

8 – Armários estéticos de cozinhas modernas: evite instalar as geladeiras nestes cubículos fechados, já que normalmente sua ventilação é de má qualidade, aumentando consideravelmente o consumo elétrico.

Ar-condicionado e/ou ventilador

1 – Desperdício do frio: fechar portas e janelas durante o uso do equipamento.

2 – Aquecimento efeito estufa: se houver entrada de luz direta dos raios solares pelas janelas, (sinônimo de geração térmica no ambiente interno), também fechar as cortinas.

3 – Conforto térmico: o corpo humano é muito sensível. O ambiente refrigerado não precisa estar gelado. Se estiver de 3 a 5 graus abaixo da temperatura externa, haverá uma forte sensação de bem estar.

4 – Ajuste de temperatura do equipamento: consequentemente, não deixe o condicionador trabalhar na posição “frio máximo”.

5 – Termômetro: o melhor investimento que um usuário poderá fazer é o de adquirir um termômetro para transformar sensações físicas de conforto em números facilmente compreensíveis e replicáveis.

6 – Isolamento térmico: caso o usuário utilize o seu equipamento constantemente, a melhor sugestão para a economia, é a de forrar paredes e teto com camada de isolante (pode ser isopor de 20 a 30 mm). Talvez seja feio, mas durante os próximos dois a três anos, com previsão de falta de energia, esta é uma forma eficiente de cooperar com o aflitivo (e instrutivo também) momento nacional.

7 - O uso do ventilador

7.1 - Substitua, sempre que possível, o condicionador por um ventilador.

7.2 - Apesar de não reduzir a temperatura ambiental, a brisa dá ao corpo uma forte sensação de bem estar devido à aceleração da evaporação do suor que o corpo gera permanentemente na superfície da pele.

7.3 - O uso do ventilador permite manter portas e janelas abertas, propiciando um ambiente mais saudável.

7.4 - O ventilador, além de ser muito mais barato do que o condicionador, consome algo como 5% ou menos da energia consumida pelo condicionador.

7.5 - Se a situação estiver no limite, trabalhar com uma combinação de condicionador e ventilador, deixando, porém a temperatura do condicionador mais elevada (entre 28o e 30o C), consumindo bem menos energia.

8 – Operação sem presença do usuário: ao sair sempre desligar o condicionador e/ou ventilador.

9 – Manutenção: verificar se o radiador externo do condicionador está limpo, facilitando as obrigatórias trocas térmicas. Aproveitar o momento e limpar os filtros de ar seguindo as sugestões do fabricante.

10 – Difusão do calor gerado no radiador externo: nunca deixe o radiador externo do condicionador em ambiente fechado. Ele aquecer-se-á e o consumo de energia subirá muito.

Iluminação

1 – Lâmpadas Incandescentes / fluorescentes: trocar, sempre que possível, as lâmpadas de filamento de muito uso por lâmpadas fluorescentes, sejam as do tipo usual, (compridas de 20 ou 40 W) ou as pequenas, chamadas de fluorescentes compactas, (de 5 a 45 W). A economia pode chegar a 80%. Cuidado, porém com o conforto ambiental. A sensação das lâmpadas de filamento é muito aconchegante. Fluorescentes, do tipo compridas brancas, nos salas ou quartos de dormir são frequentemente criticadas pelo seu alto desconforto. Na cozinha ou locais de serviço têm sido bem aceitas. Existem hoje no mercado, novas fluorescentes compridas, com excelente reprodução de cores e menor índice de irradiação branca, melhorando a sensação de desconforto, além de serem 10% mais econômicas. Para reduzir o cansaço resultante de sua característica tremeluzência, já existem reatores eletrônicos que eliminam este fenômeno. As fluorescentes compactas rosqueáveis já trazem o circuito do eletrônico incluído.

2 – Aclaramento: aproveite e repinte seus ambientes preferidos com cores muito, mas muito claras mesmo. O aumento de iluminação do ambiente será significativo.

3 – Luz direta: onde for possível, ilumine o ambiente de trabalho (mesa, prancheta etc) com luz próxima e direta. A economia chega a 80% quando comparado com a energia consumida para a iluminação de toda a sala de trabalho.

4 – Luz do sol: durante o dia, manter janelas e cortinas abertas, permitindo a entrada de luz solar, seja direta ou indireta.

5 – Espaços permanentemente iluminados: trocar as lâmpadas de uso permanente (corredores, jardins etc) por lâmpadas de baixíssimo consumo como as de 25 Watts ou então pelas fluorescentes compactas de menor potência.

6 – Sensor de presença: mesmo que pareça redundância, ao sair sempre apague as luzes. Se não conseguir se acostumar, instale um sensor de presença que fará isto automaticamente para você.

7 – Não esconder as lâmpadas: libere sua irradiação luminosa, retirando os globos de vidro fosco ou “plafonts” embelezadores. Haverá um aumento de até 50% de iluminação, permitindo a substituição da lâmpada original por uma de menor potência.

8 – Bem estar doméstico: usar o bom senso para manter o bem estar em seu lar. Ele é sagrado e você deve sentir-se muito bem dentro dele, mesmo que isto resulte num pequeno aumento de sua conta de energia, admitindo que tudo já foi feito para reduzir o consumo de energia do lar.

Televisão

1 - Não dormir com a TV ligada: além da péssima qualidade de sono resultante, o desperdício energético é substancial. A grande maioria das TVs tem um temporizador que pode desligá-las na hora que você assim o desejar.

2 – Circuitos sempre acionados: desligar e religar televisores não afeta seu funcionamento. Quando desejar desligá-la, não o faça pelo controle remoto. Desligue-a no botão “Power” para que todos os circuitos eletrônicos fiquem 100% inoperantes.

Máquina de lavar

Economia de energia, água e sabão: Sempre utilizar a máquina em sua capacidade máxima de lavagem (Algo como 5, 6 ou 7 Kg por ciclo de lavagem). A economia de água, sabão e de energia é flagrante.

Máquina de secar

1 - Se ela for de aquecimento elétrico, substituí-la imediatamente por uma aquecida a gás.

2 - Não esquecer que lá fora, se houver um quintal, existe farta energia luminosa solar, que aliada à brisa, seca facilmente no Brasil a roupa sem consumo de energias artificiais. Alia-se a isto o efeito bactericida e branqueador proveniente dos raios Ultra Violetas que integram a energia solar.

Ferro de passar

Nada a ser recomendado. Os modernos ferros aquecem rapidamente, não havendo prejuízos se ele for usado diariamente ou várias vezes ao dia. Mas, se for se afastar dele para ouras atividades, sempre desligá-lo. Sua potência é muito grande e os minutos sem uso representam um grande desperdício. Analisar se não vale à pena deixar de passar peças como camisetas, roupas de cama, cuecas e outros cuja falta de lisura não afeta a imagem dos integrantes da família.

Microondas

Só aquecimento: este equipamento consome tanto quanto ou mais do que o ferro de passar. Nunca usá-lo para cozinhar. O fogão ainda é ótimo para este fim. Para produzir o mesmo efeito térmico, a energia consumida pelo microondas custa três vezes mais do que a energia consumida pelo fogão a gás.

Geral

1 – Aquecimento da fiação elétrica: não usar simultaneamente equipamentos de alto consumo como chuveiros elétricos, ferros de passar, fornos de microondas, tostadores de pão etc. A sobrecarga da rede doméstica é enorme e os fios podem se aquecer, reduzindo a eficiência dos equipamentos.

2 – Na falta de tomadas: cuidado com a sobrecarga dos “benjamins” (“Ts”). Eles não são componentes de potência e podem aquecer, assim como a respectiva tomada, prejudicando a operação dos equipamentos, sem falar do perigo de fogo.

3 – Custos de energia, se possível anualizados:  oselo “PROCELL” pode indicar o consumo dos equipamentos a serem adquiridos. Analise-os com cuidado, comprando, sempre que possível, os de menor consumo. Calcule o custo da energia de um ano e compare este custo com o de outro equipamento. Você vai ficar espantado com os resultados.

4 – Emendas: verifique durante os consertos que são realizados periodicamente em sua rede elétrica, se as emendas tenham sido muito bem feitas. A emenda bem feita é sinônima de longa vida de sua rede elétrica.

5 – Turismo doméstico:  circule por sua casa, jardim, garagem, banheiros, quartos de despejo, de empregada, (quando houver) etc. e verifique se não existem equipamentos eternamente ligados por puro esquecimento. São estas, muitas vezes, as fontes de desperdício, que tanto nos irritam ao ver as contas mensais de energia.

+Tabelas de equivalências para conexões e ábaco para perda de carga em tubulações para água fria - fornecidos pela Tigre S/A.

DIÂMETRO MÍNIMO DOS SUB-RAMAIS

DIÂMETROS DE TUBOS DE PVC RÍGIDO E VAZÕES
EM FUNÇÃO DA SOMA DOS PESOS.
tab2

PERDAS DE CARGAS LOCALIZADAS, SUA EQUIVALÊNCIA
EM METROS DE CANALIZAÇÃO DE PVC RÍGIDO

tab3

ÁBACO PARA O CÁLCULO DE PERDAS DE CARGA
EM CANALIZAÇÕES DE PVC RÍGIDO.
tab4

Planilha de equivalência-Tigre original (download)

 

+Comparação de eficiência entre modelos diferentes
de coletores solares de baixo custo

Primeiro experimento: Coletor ASBC de PVC e Coletor Garrafa PET.

Iniciamos recentemente a comparação das eficiências e características de um coletor solar feito com tubos de PVC, garrafas PET e caixas TetraPak com as do coletor ASBC feito com forro alveolar de PVC.

Quem a enviou o coletor de garrafas PET foi o Sr. José Alano, de Tubarão, Santa Catarina, que montou um manual para a construção de um Aquecedor Solar com este tipo de coletor.

Este teste só será indicativo, já que não temos à mão os dispositivos de testes tais como usados pela equipe da Green Solar da PUC de MG. É este laboratório que testa todos os coletores comerciais (industrializados) brasileiros, visando oferecer ao fabricante o selo de conformidade do Inmetro.

Abaixo foto de como estava sendo feita a primeira bateria de testes no laboratório da Sociedade do Sol.

foto1

A seguir os resultados:

Teste Comparativo entre coletores ASBC e PET
Data: 16/08/2006

Motivo do teste:
A Equipe da Sociedade do Sol é permanentemente inquirida sobre a a possibilidade do uso de coletores solares montados com a reutilização de garrafas PET e com as caixas “Tetra Pak”, aquelas do leite.

O amigo, José Alcino Alano de Santa Catarina um projeto de um aquecedor solar com coletores montados com garrafas PET e Caixas “Tetra Pak”.  Ele nos enviou um coletor PET completo com área muito próxima à do coletor do ASBC. Este coletor, em permanente exposição, é sempre apresentado aos alunos dos cursos ASBC.

E tal como acertado, montamos uma pesquisa comparativa entre as duas tecnologias. Os resultados são interessantes e seguem abaixo.

Equipamentos e métodos
Dois aquecedores solares com as seguintes características.

1 – Área de cada um dos coletores: 0.8 m².
2 – Direção dos coletores: norte Geográfico - Inclinação dos coletores: 30 graus
3 – Dutos PVC marrom dos dois sistemas: 25 mm
4 – Volume interno dos coletores:
Coletor de Garrafa PET 3 litros
Coletor do ASBC 8 litros
5 – Volume de água de cada uma das caixas: 70 litros
6 – Caixas Usadas: Polietileno 200 litros, tipo bombonas, azuis
7 – Isolamento térmico: Nenhum
8 – Duração da experiência: 1 dia
8.1 – Outras experiências: Nos dias anteriores uma série de tentativas foram realizadas ……mas sempre apresentando típicas falhas laboratoriais.
9 – Temperatura Ambiente máxima no dia: 31º C
10 – Termômetro: -10 a +110º C, de álcool da Incoterm
10.1 – Forma de Medição: Manual, logo após a vigorosa mistura da água de cada uma das duas bombonas.
10.2 – Temperatura final esperada: Temperatura máxima do dia mais 20º C.
11 – Ventos: Médios
12 – Irradiação Solar: Boa, mas com nuvens ocasionais.

Resultados obtidos:
As medidas e respectivas curvas demonstram no decorrer do dia um diferencial de temperatura crescente entre sistemas, chegando a 4º C. entre 13h30 a 14h30. Porém, no final do dia útil, este diferencial se reduz a 2,5º C, muito provavelmente devido ao efeito estufa oferecido pelas garrafas PET.

Comparando os ganhos térmicos entre sistemas no final do dia, o do ASBC é 17,2% maior. É um valor considerável, mas que não reflete a realidade diante da falta do obrigatório isolamento nos dutos de retorno e nas próprias caixas – bombonas usadas nestas medidas.

Admitindo a existência do isolamento e a (muito provável) temperatura final de 50º C, o ganho a favor do coletor ASBC cai para 10,2% permitindo afirmar que os dois sistemas são praticamente equivalentes.

Leituras e Curvas:

leituras

curvas

Observação:

Durabilidade
A dúvida que fica é a da durabilidade da garrafa PET quando exposta à irradiação solar permanente. Segundo os fabricantes da matéria prima das garrafas, ela poderá se degradar num prazo de 4 a 6 anos, valor que consideramos muito bom quando comparados a materiais como o Polipropileno e Polietileno, que, sem aditivos, não duram mais do que poucos meses ao sol.

No caso do coletor ASBC, a durabilidade prevista ultrapassa os 10 anos, desde que haja uma (muito sugerida) repintura dos coletores de PVC a cada 4 anos.

No caso do coletor PET, após o prazo de vida do material , suas garrafas deverão ser substituídas. Em ambos os casos, operações de fácil concretização.

Exposição a granizo
Acreditamos que o coletor PET quando mais jovem (flexível) tem uma resistência ao granizo superior ao do coletor ASBC. Este último, submetido a granizo forte, deve passar por uma manutenção de selamento de trincas, operação fácil e de realização no telhado ou laje.

Custo
Admitindo ausência de custo nas garrafas PET e caixas de leite, o custo do coletor que nos foi enviado é cerca de 13% menor que o do coletor de projeto ASBC. A diferença vem do uso dos tubos de PVC marrom de 32mm no coletor ASBC.

Projetos didáticos
Ambos os projetos tem um forte chamariz para uso em laboratórios e trabalhos escolares. O Coletor de garrafas PET e respectivas caixas de Tetra Pack oferecem uma interesse adicional sob o prisma ambiental ao combinar geração de energia térmica a processos de reciclagem de materiais descartados pela sociedade (Fatores, que em conjunto, são simplesmente imbatíveis na aplicação escolar).

Tempo de montagem dos coletores
Dados estão sendo levantados. Fica em aberto o tempo requerido para a coleta e lavagem das garrafas PET e das caixas Tetra Pack. Idem, compra de placas modulares de PVC. De qualquer maneira estes tempos não tem valor comercial face `a autoconstrução destes componentes.

Repetição do teste comparativo entre coletores ASBC e PET
Tão logo o trabalho de isolamento das caixas térmicas e tubos de retorno tiver sido realizado. Esperamos isto para o início de 2007.

Segundo Experimento: Coletor ASBC de PVC e Coletor ALPINA de Polietileno.

Apresentamos nesse trabalho uma comparação das eficiências e características do coletor solar da marca ALPINA, com as do coletor ASBC feito com forro alveolar de PVC.

O coletor ALPINA nos foi oferecido pela equipe “Alo Solar”, empresa que atua no mercado com venda e distribuição de tecnologias solares. Seus sistemas, em especial os coletores em polietileno, são produzidos em escala.

O motivo da realização do teste comparativo, que contou com o apoio da equipe “Alo Solar”, foram as dúvidas repetitivas de interessados que não entendiam os aspectos técnicos de ganho dos coletores da ALPINA, dados informados pelo laboratório Green Solar da PUC de Belo Horizonte, entidade que fornece os laudos oficiais de operação dos coletores industrializados no Brasil.

Abaixo foto da montagem na laje-laboratório da Sociedade do Sol.

foto2

Para facilitar a compreensão, comparamos a capacidade de aquecimento de cada coletor sempre fazendo parte de um aquecedor solar completo. Cada coletor foi ligado a uma caixa de 100 litros, devidamente isolada com polietileno expandido, portando cada uma delas um volume de água relacionado à área de captação da energia luminosa do sol de cada coletor.

Sabemos que esta forma de medida não é usual para verificação de eficiência de coletores. Mas é extremamente prática para a compreensão do processo, mostrando aquilo que o interessado deseja saber: o coletor aquece água? se sim, quanto?

Foi isto que fizemos, medindo simultaneamente, sempre após vigorosa mistura das águas, a temperatura da água presente em cada uma duas caixas térmicas, operação realizada usualmente de duas em duas horas.

Teste Comparativo entre coletores ASBC e ALPINA
Data: 01/2009

Equipamentos e métodos

Dois aquecedores solares com as seguintes características:

1 – Área do coletor ASBC: 0,800 m²
2- Área do coletor ALPINA (1,4% acima do ASBC) – 0,8112 m² - Direção dos coletores: norte Geográfico
3 – Inclinação dos coletores: 30 graus
4 – Dutos PVC marrom dos dois sistemas: 32 mm
5 – Volume interno dos coletores:
Coletor ALPINA 8,26 litros
Coletor do ASBC 8 litros
6 – Volume de água da caixa ASBC: 75 litros (ASBC)
7 – Volume de água da caixa ALPINA – 75,98 litros (ALPINA)
8 – Isolamento térmico: Caixas cobertas com polietileno expandido de 10 mm
9 – Duração da experiência: 3 dias
10 – Temperatura Ambiente máxima: 26,5 º C
11 – Termômetro: -10 a +110º C, de álcool da Incoterm com precisão de 1°C.
11.1 – Forma de Medição: logo após a vigorosa mistura da água de cada uma das duas caixas
12 – Ventos: Médios e fortes

Resultados obtidos:
Após as medidas, chegamos à conclusão de que os dois aquecedores solares apresentaram uma eficiência térmica muito próxima, com diferenças muito pequenas de temperatura entre os dois volumes de água, variando elas de zero a 1°C, conforme tabela abaixo.

Tendo em vista que os dois coletores são abertos, sem favorecimento pelo efeito estufa (fruto de uma cobertura de vidro), suas eficiências deveriam ser 100% iguais.

Não vimos motivo para esta pequena diferença a não ser, eventualmente, a maior espessura das paredes do coletor ALPINA, espessura que pode retardar levemente a passagem do calor da superfície exposta ao sol à água nele presente. Este tempo de retardo aumenta levemente a temperatura de sua face externa, acelerando as perdas de convecção pelas brisas presentes.

Uma inesperada característica observada neste coletor, é o formato das 176 junções das duas chapas de plástico (superior e inferior), que após chuva formam “micro piscinas” que com a natural evaporação, geram pólos de reduzida temperatura, podendo isto resultar em redução da transferência do calor da superfície exposta ao sol à água interna.

Precisamos enfatizar que estes resultados têm forte dose de empirismo por não existirem no ambiente da Sociedade do Sol condições técnicas para a realização de uma série das precisas medidas para comprovar (ou não) as afirmações acima expressas.

Amostras de medidas

tabela_amostra_de_medidas

Conclusões
Efetivamente estes dois coletores produzem calor de forma muito semelhante, diferenciando-se muito mais pelas características intrínsecas de cada um deles. (Mais ou menos resistência ao granizo, facilidade da junção dos coletores ALPINA com suas uniões de PE, o bonito aspecto do coletor industrializado, a vantagem do preço menor do coletor ASBC com a possibilidade da autoconstrução e outros).

Observações

Diferença de temperatura entre os dois sistemas
Validadas as 18 medidas da tabela acima, os dois sistemas de aquecimento apresentaram uma diferença média de temperatura de 0,41°C a favor do ASBC, valor não significativo e muito próximo ao limite de confiabilidade de medida do termômetro utilizado.

Área dos Coletores e diferença de volume nas caixas
Devido o fato do coletor solar da ALPINA ter uma área 1,4% maior que a área do coletor ASBC, a quantidade de água inserida na caixa térmica também seguiu essa diferença, compensando a maior incidência solar recebida por este coletor. A adição foi de 0,98 litros sobre o volume definido para o ASBC, que foi de 75 litros.

Caixa Fria
Uma caixa de 250 litros de amianto serviu como referência para melhor compreendermos as diferenças térmicas entre sistemas com coletores e sistemas sem coletores. O que ficou patente na experiência foi como uma caixa de água fria comercial segue, com muita precisão, a temperatura momentânea do ambiente.

Créditos
O presente trabalho foi elaborado por dois estagiários da PUC – SP do curso de gestão ambiental. São eles: Bruno Borges Pereira de Lima e Roberto Damiani Júnior presentes na foto acima.

+Comparação de custos entre a energia solar térmica e a energia solar fotovoltaica

Procuraremos responder baseando-nos em informações metodológicas provenientes da Europa, mesmo que um pouco antigas. Os dados obtidos podem ter falhas mas indicam dimensões que clareiam os processos estudados:

Hipóteses:
Período de uso do equipamento: 10 anos
Custo do capital: Nenhum.
Consideramos abstenção de cobrança de juros, ( opção típica para o financiamento de sistemas ambientais)

Instalação Foto Voltaica de médio porte:

Um sistema Fotovoltaico composto de:
1 - 10 placas de 70W pico cada:
Preço: R$ 13.000,00

2 - 10 baterias de 1,2 KWh (100 Ah):
Preço: R$ 8.000,00
Admitindo a possibilidade de descarga das baterias em dias muito nublados, equivalente a dois dias de uso do sistema, com profundidade de descarga de 50% (descarga segura pára baterias estacionárias destinadas a sistemas fotovoltaicos).

3 - Outros componentes:
Preço estimado: R$ 2.000,00

Custo total, sem previsão de mão de obra: R$ 23.000,00

Produção de energia do sistema Foto Voltaico:
Produção diária:
4 horas x 70 W x 10 Placas = 2.8 KWh por dia
Produção em 10 anos:
2.8 KWh x 365 dias x 10 anos = 10.220 KWh

Custo do KWh gerado:
R$ 23.000,00 do sistema / 10.220 KWh gerados em 10 anos = R$ 2,25 por KWh

Observação:
Este valor poderá baixar um pouco se assumirmos a possibilidade de uma vida do sistema de 20 anos. Neste caso as trocas de baterias deverão entrar no cálculo.
Por outro, não foram incluídas as conhecidas ineficiências do armazenamento de energia em baterias, que podem subir um pouco o valor do KWh produzido.

Instalação de um ASBC de médio Porte para o Aquecimento Solar de Água:

Um sistema térmico composto de:
1 - 10 coletores ASBC:
Preço: R$ 400,00

2 - 1 caixa de 1000 litros:
Preço R$ 280,00

3 - Outros componentes:
Preço estimado: R$ 500,00

Custo total, sem previsão de mão de obra: R$ 1.180,00

Produção de energia do sistema térmico:
Produção diária: (admitindo radiação solar entrante de 5 KWh por dia por metro quadrado)
10 coletores x 0,8 metros quadrados por coletor x eficiência de 33,33% x energia radiante média de 5 KWh por dia = 13,33 KWh

Produção em 10 anos:
13,33 KWh x 365 dias x 10 anos = 48.660 KWh

Custo do KWh gerado: 
Custo do equipamento de R$ 1.180 / 48.660 KWh térmicos produzidos = R$ 0,0242 por KWh

Comparação dos dois custos obtidos:

A Energia Foto Voltaica é cerca de 93 vezes mais cara que a Energia Solar Térmica.

Observações:
Esta comparação, apesar de impressionante, não significa necessariamente muito.
A Energia Fotovoltaica é uma energia dita Nobre, que pode ser aplicada a qualquer fim onde a energia elétrica se faz necessária.

Por outro lado, a Energia Solar Térmica, proveniente de um aquecedor solar de água, produzindo uma energia em estado bruto, nunca pode transformar-se em energia elétrica. Ela só pode substituí-la, sem dúvida em escala, em condições especiais, como no pré aquecimento da água que será enviada a um chuveiro elétrico ou outro equipamento não solar de aquecimento de água / ar / processos industriais de baixa temperatura.

O estudo acima confirma que o solar térmico é um excelente e econômico método para a mitigação de emissões do Gás Carbônico (CO2).

Cada KWh gerado / economizado, evita 0,6 Kg de emissões.

A vantagem do Sistema Solar Térmico é o seu custo, 93 vezes menor que o custo da mitigação originada em Sistemas Foto Voltaicos.