Através de pesquisa de mercado, foi apurado o custo de aquisição do equipamento para aquecimento de água, através da energia solar, apresentado no Quadro 9.
Os modelos disponíveis no mercado estão apresentados no Quadro 4, onde é possível determinar as características técnicas básicas de cada um deles.
Quadro 4 – Modelos disponíveis de aquecedor de água por energia solar em plástico.
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modelo capacidade tipo de bóia acessório
1 110 litros .. mecânica sem misturador 2 110 litros mecânica com misturador 3 110 litros eletrônica sem misturador 4 110 litros eletrônica com misturador ____________________________________________________________________________
O modelo escolhido é aquele que apresenta um menor custo de aquisição (modelo 1 – capacidade de 110 litros – com bóia mecânica – sem misturador), tendo em vista o objetivo de analisar alternativas para popularizar o sistema.
4.1.2 Aquecedor solar de baixo custo (ASBC)
4.1.2.1 Características do equipamento
Essa proposta se baseia num conceito mecânico extremamente simples, composto de coletores solar, reservatório térmico, sistema de apoio e sistema hidráulico.
Por coletores solar se entende o coração do aquecedor. Cada coletor é manufaturado a partir de forro alveolar branco de PVC, aquele que se usa em escritórios e tetos de postos de gasolina. Os condutores de entrada e saída de água são dutos de PVC de água fria. A união dos condutores as chapas de forro são feitas com o uso de adesivos especiais. O enegrecimento do coletor é realizado com esmalte preto sintético fosco diretamente aplicado ao PVC. O fundo do coletor pode ser reforçado e/ou isolado termicamente para atender a situações especiais. A capacidade de sobrevida as intempéries é reforçada pelos aditivos brancos do PVC somados à proteção dada pela cobertura negra.
O reservatório térmico pode ser manufaturado a partir de grande número de caixas de água existentes no mercado. Nunca pressurizado, exige isolamentos térmicos que podem incluir as econômicas folhas de jornal, sapé, e outros, terminando nos isolamentos tradicionais como lã de vidro, polietileno expandido, chapas de isopor, etc.
A opção de grandes caixas de isopor é boa, pois evita a aplicação adicional de isolamentos térmicos, conforme pode ser visualizado na Figura 18.
O sistema hidráulico é sempre montado em dutos de PVC. Os dutos expostos à intempéries são cobertos com o esmalte usado nos coletores, reforçando a resistência aos raios ultravioletas.
4.1.2.2 Funcionamento
A eficiência do aproveitamento da energia solar incidente no aquecedor solar de baixo custo (ASBC) depende quase que exclusivamente da temperatura da água no início do dia e da temperatura máxima ambiente deste mesmo dia. Admitindo, só para efeito de demonstração de temperatura da água no início do dia de 20º Celsius, temperatura final, 53º Celsius, temperatura máxima do dia de 30º Celsius, volume 200 litros, 2 m2 de coletores solar, irradiação solar de 5,5 KWh / m2 / dia. Após os cálculos, encontraremos uma eficiência, relacionando a energia adicionada á água com a irradiação incidente nos coletores, de 69,7%.
Mantendo as variáveis acima, mas iniciando com uma temperatura de água de 30º Celsius, a eficiência baixa para 48,6% uma redução de 30,3%. Fica transparente que a eficiência do aquecedor solar tipo baixo custo, tem uma relação pouco significativa com a energia solar irradiada. O que viabiliza o aquecedor solar de baixo custo é a alta temperatura ambiente presente no momento da máxima irradiação solar.
O funcionamento do ASBC se inicia quando a energia solar irradiante, luz e infravermelho, incide sobre a superfície preta dos coletores. A energia absorvida transforma-se em calor e aquece a água que está no interior dos coletores. A água aquecida diminui a densidade começa a se movimentar em direção a caixa, dando início a um processo natural de circulação da água, chamado de termo-sifão. Para tanto o reservatório deve estar mais alto que os coletores. Esse processo é contínuo, enquanto houver uma boa irradiação solar ou até quando toda água do circuito atingir a mesma temperatura.
A água aquecida fica armazenada num reservatório termicamente isolado que evita perda de calor para o ambiente. No ASBC o sistema de apoio térmico é formado por um chuveiro elétrico ligado em série com um dimmer, que permite um ajuste fino na elevação da temperatura da água do banho. A tubulação que interliga os coletores, o
reservatório e o chuveiro elétrico pode ser montada com os dutos tradicionais de PVC utilizados normalmente em instalações hidráulicas residenciais.
A operação do sistema ASBC pode ser explicada com maior facilidade dividindo-se todo o sistema em quatro partes fundamentais, que podem ser visualizados através da Figura 19:
1- Reservatório 2- Coletores
3- Chuveiro elétrico com misturador e dimmer para apoio térmico 4- Sistema geral de dutos
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Figura 19 – Operação de um ASBC (aquecedor solar de baixo custo) residencial.
4.1.2.2.1 Reservatório
Tem a função de armazenar, no decorrer de um dia, a água aquecida pelo coletor solar. Em seu interior existem duas bóias que controlam a entrada e saída de água. Além dessas duas bóias, existe um dispositivo que é utilizado para levar a
água fria proveniente da rede para o fundo do reservatório, diminuindo sua velocidade, evitando turbulência e a mistura quente/frio. Além da tradicional torneira de bóia que libera a entrada de água da rede, existe outra bóia chamada de pescador. Sua finalidade é levar para o chuveiro a água aquecida que estiver com maior temperatura. Normalmente, a água com maior temperatura, está na parte mais alta do volume armazenado.
Além da caixa de água tradicional, outros recipientes industrializados tais como; o tambor de plástico ou a caixa de EPS (isopor) revestido com filme plástico, podem servir como reservatório. Independente do tipo de recipiente utilizado todos devem receber um isolamento térmico externo para minimizar as perdas de calor nas laterais e na tampa superior.
4.1.2.2.2 Coletor
O coletor solar, Figura 20, tem a função de aquecer a água. Com a incidência da luz solar em sua superfície exposta ao sol, a água armazenada em seu interior aquece e diminui de densidade, tornando-se mais leve que a água fria. Assim, a água presente no interior dos coletores se movimenta para o reservatório, e simultaneamente a água estocada no reservatório flui em direção ao coletor, conforme pode ser observado na Figura 19.
4.1.2.2.3 Misturador de água quente e sistema de apoio térmico
O misturador permite que a água aquecida pela energia solar chegue ao chuveiro. Caso a água aquecida esteja a uma temperatura abaixo do desejado o usuário complementa o aquecimento por meio do acionamento de um dimmer (controlador da energia fornecida pelo chuveiro elétrico). Nos sistemas tradicionais o apoio térmico normalmente fica instalado no reservatório térmico e o conjunto misturador tradicional necessita de tubulação prévia quente/fria.
4.1.2.2.4 Sistema hidráulico
A tubulação pode ser feita com dutos comerciais de PVC marrom, considerando a natural limitação térmica do coletor solar ASBC. Isto evita a utilização mais complexa e custosa dos dutos de cobre ou da tecnologia CPVC.