Dimensionamento básico - aquecimento solar.pdf

UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ MESTRADO EM ENGENHARIA DE ENERGIA DISCIPLINA: TECNOLOGIAS TECNOLOGIAS EM ENERGIAS RENOVÁVEIS I PROFESSOR: DR. ARNALDO MARTÍN MARTÍNEZ REYES

Névio Melcar Undécimus de Faria Yáscara Yáscara Fabrina Fabrina Fernandes Fernandes da Costa e Silva Silva

Universidade Federal de Itajubá

Dimensionamento de coletor solar e respectivo reservatório para aplicações de aquecimento de água 1 Introdução; 2 Dimensionamento; – Localização e clima do local; – Volume de consumo de água quente; – Cálculo do volume do sistema de armazenamento; – Cálculo da energia útil e perdas; – Área do coletor; – Número de coletores. 3 Conclusão. Referências 2


1 INTRODUÇÃO Figura 1 - Instalação de SAS em apartamentos.

Um SAS é composto por: coletores solares, reservatório térmico, aquecimento auxiliar, acessórios e suas interligações hidráulicas.

Fonte: Agência RENOVA, 2014. 3


1 INTRODUÇÃO Norma Brasileira NBR 15569: estabelece os requisitos para o SAS, considerando aspectos de concepção, dimensionamento, arranjo hidráulico, instalação e manutenção, onde o fluido de transporte é a água. A documentação do projeto do SAS é complexa. O dimensionamento do sistema, por meio da determinação da área coletora e do volume de armazenamento são só partes desse conjunto.

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2 DIMENSIONAMENTO O dimensionamento das instalações solares para aquecimento de água consiste em: determinar a área coletora e o volume do sistema de armazenamento necessário para atender à demanda de energia útil de um determinado perfil de consumo. Figura 2 – Subsistemas (de modo geral) de um SAS e princípio de funcionamento.

Fonte: ABRAVA, 2014.

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2 DIMENSIONAMENTO Fatores: condições climáticas e locais, da demanda de água quente, da radiação solar disponível, além da instalação e configuração do sistema. Os passos utilizados neste trabalho para dimensionar o SAS seguem a Metodologia de Cálculo 2, apresentada no anexo B da NBR 15569.

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2 DIMENSIONAMENTO 2.1 Localização e clima do local Figura 3 – Mapa (Microrregião de Mossoró).

Localização Estado do Rio Grande do Norte; • Cidade de Mossoró; •

• Latitude Sul de 5,1875’; • Longitude Oeste de 37,344167’; • 18m acima do mar. Fonte: IDEMA, 2008. 7


2 DIMENSIONAMENTO 2.1 Localização e clima do local Figura 4 - Mapa pluviométrico do RN.

Fonte: EMPARN, 2008.

Clima • Tropical semiárido; • Temperaturas elevadas (média anual 28ºC); • Ventos secos e constantes; • Maiores índices pluviométricos entre fevereiro e maio; • Menores índices pluviométricos de junho a janeiro. 8


2 DIMENSIONAMENTO

2.1 Localização e clima do local Irradiação solar diária mensal para a cidade de Mossoró/RN Figura 5 – Tabela com valores de irradiação solar diária mensal para a cidade de Mossoró/RN.

Fonte: CRESESB, 2014.

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2 DIMENSIONAMENTO

2.1 Localização e clima do local Irradiação solar diária mensal para a cidade de Mossoró/RN Figura 6 – Gráfico comparativo entre a irradiação solar no plano inclinado considerando-se a latitude local.

Fonte: CRESESB, 2014.

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2 DIMENSIONAMENTO

2.1 Localização e clima do local O coletor será instalado no telhado de uma residência unifamiliar típica da região, cujo telhado inclina-se em aproximadamente 15º, e este será considerado o ângulo de inclinação  do coletor. De acordo com a Norma, o valor mínimo a ser adotado para ó equivale ao valor do módulo da latitude + 10º. No entanto, esta recomendação não se aplica à baixíssimas latitudes, como é o caso. A Figura 1 mostra que, para a região, a maior média anual foi obtida para uma inclinação de 4º, portanto será considerada uma inclinação ótima ó de 5º, ou seja, praticamente igual à latitude local. 11


2 DIMENSIONAMENTO

2.2 Volume de consumo de água quente

V =  Q × T × ê   Onde: V - volume de água quente consumida diariamente ( ); Q - vazão da peça utilizada (/); T - tempo médio de uso diário da peça utilizada (s); ê   – número de usos diários da peça utilizada.

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2 DIMENSIONAMENTO

2.2 Volume de consumo de água quente Figura 7 – Consumo de pontos de utilização de água quente.

Fonte: NBR 15569, 2008. 13


2 DIMENSIONAMENTO

2.2 Volume de consumo de água quente Figura 8 – Planta baixa da residência estudada.

Padrão familiar: 4 pessoas -

2 duchas de banho V=720L; 3 lavatórios V=93,6L; 1 pia de cozinha V=115,2L; 1 lava-louças V=20L/ciclo.

  á   = 948,8  0,948 (á)

Fonte: JV Dias Construtora.

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2 DIMENSIONAMENTO

2.3 Volume do sistema de armazenamento

(  )  =   á   × ( ) Onde:

  á   - volume de consumo diário em ();  - temperatura de consumo (ºC);  - temperatura de armazenamento da água (ºC);  - temperatura ambiente média anual do local de instalação.

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2 DIMENSIONAMENTO

2.3 Volume do sistema de armazenamento Figura 9 – Reservatório 800L. (4528)  = 0,948 × = 0,7332 

(5028)

• • •

Temperatura de armazenamento: 50ºC; Temperatura de consumo: 45ºC; Temperatura ambiente média: 28ºC. Fonte: Empresa Solar e Sol, 2014.

Conforme a norma, o volume de armazenamento deve ser maior ou igual a 75% do volume de consumo. Neste trabalho, essa condição foi estabelecida, já que 0,7332 > 0,711 (75% de 0,948  ). 16


2 DIMENSIONAMENTO

2.4 Cálculo da energia útil e perdas

V × ×  × (   )     ú = 3600  = 0,15 × ú Onde:   massa específica da água (1000 kg/m³);   calor específico da água (4,18kJ/kg.K).

0,7332 × 1000 × 4,18 × (50  28) ℎ ú = =18,72 3600  = 0,15 × 18,72 = 2,81 ℎ/ 17


2 DIMENSIONAMENTO 2.5 Área coletora

(E +E ) ×  ×4,091 ú    = ×  Onde:

 – fator de correção para inclinação e orientação do coletor solar;  – produção média diária de energia específica do coletor solar (kWh/  );  – valorda irradiação global média anual para o local da instalação (kWh/  .). 18



1

 = 1[1,2 ×10− × ( ó) + 3,5 × 10− ×  ]  = 4,901 ×   0,0249 ×  Onde:

 - ângulo de orientação dos coletores solares em relação ao norte geográfico (valor adotado = 15º);  coeficiente de ganho do coletor solar (adimensional); - coeficiente de perdas do coletor solar (adimensional). –

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Os valores de  e  são específicos de cada modelo de coletor. Neste trabalho, escolheu-se fazer a comparação entre dois modelos, um de classe A e outro de classe B, apresentados a seguir: •

•

Fabricante: AQUATHERM. Modelo Aqua Prime 2.0.  = 7,110. Classe A.



Fabricante: AQUATHERM. Modelo Aquasol 2.0. 6,183. Classe B.

 = 0,830 e

 = 0,696 e = 20



Desta forma, foram obtidos os seguintes valores:

1  = 1[1,2 ×10− × (15  5 ) + 3,5 × 10− × 15]  =1,01    = 4,901 × 0,830  0,0249 × 7,110 = 3,200 ℎ/    = 4,901 × 0,696  0,0249 × 6,183 = 2,656 ℎ/ (18,72 + 2,81) × 1,01 × 4,091  − = =6,05 3,200 × 5,50 (18,72 + 2,81) × 1,01 × 4,091  − = = 7,296  2,656 × 5,50 21


2 DIMENSIONAMENTO 2.6 Número de coletores

A área do coletor classe A é 2,01 ; A área do coletor classe B é 2,0 ; Ou seja, para os valores calculados, teríam-se as seguintes opções: 3 coletores do tipo A ou 4 coletores do tipo B.

Como escolher?!

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3 CONCLUSÃO O reservatório escolhido para o SAS deverá ser capaz de armazenar uma quantidade mínima de 0,7332  de água. Recomenda-se optar pelo modelo de coletor solar classe A apresentado, já que seriam demandados apenas 3 unidades destes para suprir o volume de água quente, enquanto que, se utilizado o modelo de classe B, seriam necessárias 4 unidades. No entanto, é importante observar a questão de custo/benefício.

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REFERÊNCIAS ABNT - ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Norma Brasileira NBR 15569 - Sistema de Aquecimento Solar de Água em Circuito Direto. Rio de Janeiro, 2008. CRESESB - CENTRO DE REFERÊNCIA PARA ENERGIA SOLAR E EÓLICA SÉRGIO DE SALVO BRITO.Potencial Energético Solar Sundata. Disponível em: . Acesso em: 04 de agosto de 2014. –

INSTITUTO NACIONAL DE METROLOGIA, QUALIDADE E TECNOLOGIA – INMETRO.Tabelas de consumo/eficiência energética. Coletores Solares Térmicos aplicação banho.Disponível em: . Acesso em: 04 de agosto de 2014. –

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