Energia solar para aquecimento de água

Características Gerais

O uso de energia solar para aquecimento de água vem como uma alternativa sustentável em relação às demais fontes de energia utilizadas: elétrica, combustão de gás e de óleo. A radiação solar é um recurso renovável, que não emite poluentes, com alto potencial de produção no Brasil, principalmente quando se trata da região Nordeste.

Por isso, a instalação das placas solares pode também se tornar economicamente viável para aquecimento de água, a depender da área disponível para o sistema e do consumo diário da edificação. Essa tecnologia pode ser utilizada nos mais diversos tipos de empreendimentos: residências, hospitais, clubes, indústrias, refeitórios etc.

Mas como funciona esse processo?

Em um sistema de aquecimento solar de água, o fator determinante é, sem dúvida, a radiação solar da região. E, devido à sua localização geográfica, todo o território brasileiro recebe radiação solar suficiente para o aproveitamento dessa energia: a menor média anual brasileira, em Santa Catarina, ainda é 30% maior que a média anual da Alemanha (o terceiro maior produtor de energia solar do mundo)!

Assim, no sistema de aquecimento, a energia solar é captada nos coletores solares – basicamente uma caixa com uma tampa de vidro plana – e aquece a água que passa na tubulação. A água fria da caixa d’água segue para o reservatório térmico (boiler) e deste desce para as placas solares. Após ser aquecida, a água é direcionada para a parte superior do boiler

Essa mistura de água quente e fria é uma parte importante do sistema, pois favorece a circulação natural da água no sistema: a água fria, mais densa, desce para os coletores, e a água quente, então, sobe ao reservatório térmico. Para que isso funcione bem, é importante manter um desnível entre o reservatório de água quente e os coletores, geralmente em torno de 30 cm, mas dependerá de cada fabricante.

Além da opção por circulação natural, existe também a circulação forçada. Neste tipo de sistema, um conjunto motor-bomba realiza o recalque da água entre os coletores e o reservatório, porém, exigindo energia elétrica para o funcionamento.

Do reservatório, então, a água segue para os pontos de utilização: chuveiros, lavatórios, pias de cozinhas etc.

Dimensionamento do sistema de placas

O primeiro passo para o dimensionamento do sistema é estimar o consumo diário de água quente da edificação. Este é o volume indicado para armazenamento no boiler. A ABNT NBR 15569/2020, que trata do projeto e instalação do sistema de aquecimento solar de água em circuito direto, indica o consumo de acordo com os pontos de utilização. 

Consumo dos pontos de utilização de água quente.
Fonte: NBR 15569/2020.

Após definir o consumo diário (consumo do aparelho vezes tempo de uso vezes sua frequência), calcula-se o volume do sistema de armazentamento:

Onde:

  • Vconsumo: volume de consumo diário, expresso em litros (L);
  • Varmazenamento: volume do sistema de armazenamento do SAS, expresso em litros (L),
    recomenda-se que Varmazenamento ≥ 75 % do Vconsumo;
  • Tconsumo: temperatura de consumo de utilização, expressa em graus Celsius (°C),
    recomenda-se que seja adotado 42 °C para uso de ducha e lavabo;
  • Tarmazenamento: temperatura de armazenamento da água, expressa em graus Celsius (°C), recomenda-se que Tarmazenamento ≥ ao Tconsumo;
  • Tambiente: temperatura ambiente média anual do local de instalação, expressa em
    graus Celsius (°C).

Logo após, calcula-se a demanda de energia útil (Eútil), necessária para a eficácia do sistema. 

Onde:

  • Eútil: energia útil, expressa em quilowatts hora por mês;
  • ρ: densidade da água, considerada igual a 1 kg/L;
  • cp: calor específico da água a pressão constante, igual a 4,18 kJ/kgºC.

Sabendo-se a energia necessária para aquecer a água à temperatura desejada, o próximo passo é definir a área necessária (m²) de placas solares. Essa área dependerá da irradiação global média anual diária da região (Ig, em kWh/m²) – obtida, por exemplo, no Atlas Brasileiro de Energia Solar. Confira o mapa a seguir:

Mapa de radiação solar do Brasil

Para obter a área das placas (Acoletora, em m²), então, usamos a seguinte equação:

Onde:

  • PMEE: Produção Média Mensal de Energia Específca do coletor solar, expressa em quilowatts hora por mês por metro quadrado (kWh/(mês.m2). Este valor pode ser obtido na ENCE – Etiqueta Nacional de Conservação de Energia, encontrada fixada no coletor solar ou através da Tabela de Efciência Energética do INMETRO publicada em seu website;
  • Eperdas: 0,15 x Eútil;
  • FCinstal: fator de correção para a inclinação e orientação do coletor solar (para 15°<𝞫<90°).

Onde:

  • 𝞫: inclinação do coletor em relação ao plano horizontal, expressa em graus (°);
  • 𝞫ótimo: inclinação ótima do coletor para o local de instalação, expressa em graus (°)
    (recomenda-se que seja adotado o valor de módulo da latitude local + 10°);
  •  𝞬: ângulo de orientação dos coletores solares em relação ao norte geográfco, expresso
    em graus (°).

Preferencialmente, os coletores solares devem estar orientados na direção do norte geográfico. O acréscimo de 10° na latitude e a orientação na direção do norte verdadeiro garantem a instalação de melhor desempenho na pior situação. Vale ressaltar que desvios em relação ao norte de até 15°, e de até 5° na inclinação, praticamente não influenciam o resultado.


Ficou com alguma dúvida? Comente aqui e faremos o possível para esclarecê-la!

Um comentário sobre “Energia solar para aquecimento de água

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