UNIÃO DINÂMICA DE FACULDADES CATARATAS FACULDADE DINÂMICA DAS CATARATAS CURSO DE ENGENHARIA AMBIENTAL

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1 UNIÃO DINÂMICA DE FACULDADES CATARATAS FACULDADE DINÂMICA DAS CATARATAS CURSO DE ENGENHARIA AMBIENTAL EFICIÊNCIA TÉRMICA DE COLETORES SOLARES DE BAIXO CUSTO EM FOZ DO IGUAÇU,PARANÁ. MARCELO CARBONERA FOZ DO IGUAÇU 2012

2 2 MARCELO CARBONERA EFICIÊNCIA TÉRMICA DE COLETORES SOLARES DE BAIXO CUSTO EM FOZ DO IGUAÇU, PARANÁ. Trabalho de Conclusão de Curso, apresentado à banca examinadora da Faculdade Dinâmica das Cataratas UDC, como requisito parcial para obtenção de grau de Engenharia Ambiental. Profª. Orientadora: Ms. Francieli Panazzolo FOZ DO IGUAÇU PR 2012

3 3 TERMO DE APROVAÇÃO UNIÃO DINÂMICA DE FACULDADES CATARATAS EFICIÊNCIA TÉRMICA DE COLETORES SOLARES DE BAIXO CUSTO EM FOZ DO IGUAÇU, PARANÁ. TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO PARA OBTENÇÃO DO GRAU DE BACHAREL EM ENGENHARIA AMBIENTAL Aluno: Marcelo Carbonera Orientadora: Prof. MSc. Francieli Panazzolo Nota Final Banca Examinadora: Profº. ANGELO GABRIEL MARI Prof.º JORGE OSCAR DARIF Foz do Iguaçu,10 de julho 2012.

4 4 DEDICATÓRIA A Deus, que sempre me deu forças e me iluminou para que pudesse vencer os obstáculos com coragem e dedicação. Aos professores do Curso de Engenharia Ambiental da Faculdade Dinâmica das Cataratas, que transmitiram seus conhecimentos para a minha formação acadêmica. A minha orientadora Professora Ms.Francieli Panazzolo, pela atenção, estímulo, disponibilidade e colaboração com seus conhecimentos e experiências durante este curso. Aos meus pais Osvaldo Adelino Carbonera e Amélia Guzzo Carbonera, pelo apoio e incentivo que sempre tiverem para que eu chegasse ao final do curso. Aos meus irmãos, que sempre me incentivaram e demonstraram interesse no andamento das atividades do curso. Aos meus colegas de curso, pelo companheirismo, colaboração e troca de experiências em todos os momentos ao longo da caminhada. Aos meus amigos, que contribuíram para concluir mais uma fase da minha vida.

5 5 CARBONERA, Marcelo. Eficiência térmica de coletores solares de baixo custo em Foz do Iguaçu, Paraná. Foz do Iguaçu, Projeto de Trabalho Final de Graduação Faculdade Dinâmica de Cataratas. RESUMO Existem diferentes fontes alternativas para a substituição da energia elétrica sem impactar o meio ambiente, uma delas é o aproveitamento de energia solar térmica, através da instalação de aquecedores solares produzidos a partir de produtos reciclados, o que tem sido uma solução economicamente viável para os problemas de redução do consumo de energia elétrica no setor residencial brasileiro. O aquecedor solar com recicláveis constitui o que já é uma necessidade dupla, economia de energia e reciclagem de lixo. Produzido a partir do que antes se destinava a lixões, esses materiais ganharam um novo destino e se transformaram em aquecedores de baixo custo, que poderão ser usados por toda a sociedade. O objetivo do presente estudo foi de realizar um teste para comparação de rendimento e bem como custos de montagem de dois painéis, para aquecimento de água, sendo um deles feito com garrafas Pet e embalagens tetra Pak e outro com placas PVC modular, comparando os mesmos com painéis industriais encontrados no comércio. Nos resultados obtidos com relação a temperatura observou-se que o painel solar feito com garrafas Pet e embalagens tetra Pak teve melhor desempenho, com temperatura de até 55º C, enquanto o painel de PVC chegou a 52º C, mas ambos tiveram rendimento inferior ao industrial que pode chegar a 70º C. Com relação ao custo de montagem, o painel feito a partir de garrafas Pet apresentou melhor viabilidade com custo total de R$ 218,22 e no caso do painel feito a partir de placas de PVC o custo foi de R$ 349,80. Custos estes inferiores ao industrial que pode chegar a R$ 3.300,00 sendo assim o coletor de garrafas Pet e embalagens tetra Pak o mais viável para ser instalado em residências de pequeno e médio porte. Palavras-Chave: Energia solar, produtos reciclados, energia renovável.

6 6 CARBONERA, Marcelo. Thermal efficiency of low-cost solar collectors in Foz do Iguaçu, Paraná. Foz do Iguacu, Project to Completion of Course Work - Faculdade Dinâmica de Cataratas. ABSTRACT There are various alternative sources for the replacement of electrical energy without impacting the environment, one of them is the production of solar thermal, by installation of the solar heating produced from recycled products, which has been an economically viable solution to the problems of reducing energy consumption in the residential sector of Brazil.The solar heater is recyclabe with what is already a double need, saving energy and recycling. Produced from what was intended before the dumps, these materials have gained a new destination and turned into low cost heaters, that can be used throughout society.the objective of this study was to perform a test to compare performance and assembly costs as well as two panels income and costs and assembling two panels,one being made with Pet bottles and Tetra Pak packs and another with modular PVC plates, comparing the same with industrial panels found in the commerce. The results obtained the temperature it was observed that the solar panel made from Pet bottles and Tetra Pak packaging had better performance with temperature up to 55º C PVC panel has alredy reached 52º C, but both had income below the industry which may reach 70º C. With regard to the cost of assembling the panel made from Pet bottles showed a better viability with a total cost of R$ 218,22, and in the case of the panel made from PVC plates the cost of R$ 349,80, these costs less than the industry which may reach R$ 3.300,00 being thus the collector Pet bottles and Tetra Pak packaging the most feasible to be installed in the homes of small and medium businesses. Keywords: Solar energy, recycled products, renewable energy.

7 7 LISTA DE FIGURAS Figura 1: Placa de forro de PVC usada na construção de coletores...24 Figura 2: Método do corte da garrafa PET...24 Figura 3: Método para dobrar as embalagens tetra Pack...25 Figura 4: Encaixe das embalagens tetra Pack nas garrafas...26 Figura 5: Encaixe das garrafas Pet nos tubos de PVC...26 Figura 6: Painéis após encaixe com gargalos...27 Figura 7: Funcionamento do aquecedor de garrafa Pet...29 Figura 8: Localização da residência onde foi implantado o sistema...31 Figura 9: Embalagem tetra Pack sendo pintada...34 Figura 10: Embalagens devidamente dobradas com auxilio de um molde...34 Figura 11: Amostra de garrafa pronta com molde utilizado no corte...35 Figura 12: Amostra de encaixe das conexões aos tubos de PVC...36 Figura 13: Base superior com tubos 20 mm recebendo tinta preta...36 Figura 14: Montagem do painel, tubo por tubo...37 Figura 15: Painel com todos os tubos montados; base inferior a ser encaixada...38 Figura 16: Painel com montagem completa...38 Figura 17: Base para reservatório de água e painel em seu local definitivo...39 Figura 18: Sistema montado com os tubos de entrada e saída de água...40 Figura 19: Placa modular PVC recebendo pintura preto fosco...42 Figura 20: Placas com pintura completa...42 Figura 21: Placas sendo encaixadas no tubo PVC marrom 32 mm...43 Figura 22: Painel devidamente colado e pronto para ser instalado...44 Figura 23: Sistema aquecedor solar com placas PVC sendo montado...44 Figura 24: Sistema de tubos, saída de água do painel, entrada no reservatório...45 Figura 25: Gráfico mostrando as variações de temperaturas no painel com Pet...47 Figura 26: Gráfico mostrando as variações de temperatura no sistema com PVC...48 Figura 27: Gráfico mostrando as variações de temperatura e comparando os dois painéis...49

8 8 LISTA DE QUADROS Quadro 1: Materiais utilizados no painel com Pet e seus respectivos valores...34 Quadro 2: Materiais utilizados no painel de PVC e seus respectivos valores...43 Quadro 3: Temperaturas medidas no painel montado com garrafas Pet...48 Quadro 4: Temperaturas medidas no painel com placas modulares de PVC...50

9 9 SUMÁRIO Página RESUMO...V ABSTRACT...VI LISTA DE FIGURAS...VII LISTA DE QUADROS...VIII 1 INTRODUÇÃO REFERENCIAL TEÓRICO ENERGIA GERAÇÃO DE ENERGIA NO MUNDO GERAÇÃO DE ENERGIA NO BRASIL GERAÇÃO DE ENERGIA NA NOSSA REGIÃO ENERGIAS RENOVÁVEIS ALGUNS TIPOS DE ENERGIAS RENOVÁVEIS Energia Hidráulica Energia Solar AQUECEDOR SOLAR ( TIPOS) AQUECEDOR SOLAR DE BAIXO CUSTO Coletor solar em PVC Coletor solar feito a partir de produtos reciclados DIMENSIONAMENTO DE UM AQUECEDOR SOLAR Funcionamento de um aquecedor solar Vantagens e restrições do sistema Comparação de custos de sistemas convencionais e recicláveis MATERIAL E MÉTODOS CARACTERIZAÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO DIMENSIONAMENTO DO SISTEMA MATERIAIS UTILIZADOS NO SISTEMA COM GARRAFAS PET Preparação dos materiais utilizados Montagem do sistema MATERIAIS UTILIZADOS NO SISTEMA COM PLACAS PVC Preparação dos materiais utilizados....43

10 Montagem do sistema RESULTADOS E DISCUSSÃO CONSIDERAÇÕES FINAIS...54 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS...55

11 11 1 INTRODUÇÃO A busca por novas e eficientes fontes de energia, tem se tornado uma tarefa desafiadora para os países em desenvolvimento como o Brasil, pois vários fatores têm influenciado nessa busca acelerada, entre eles os fatores ambientais, econômicos e políticos. Além disso, a busca incessante por novas fontes de energia também é impulsionada pelo próprio crescimento populacional elevado, o qual irá exigir uma oferta energética maior. Esse aumento na demanda energética tem trazido efeitos diretos sobre os recursos naturais, os quais estão sofrendo com a exploração intensiva para suprir as necessidades energéticas da sociedade moderna. Dessa forma, alternativas começaram a surgir no mercado e, entre elas, as fontes de energias renováveis. Pode-se dizer que as fontes de energias renováveis são pouco ou nada poluentes, além de serem formas de energia descentralizadas. Dentre as formas de energia renovável, cabe destacar a energia solar. Pesquisadores a consideram como principal e mais importante fonte de energia, pois a partir dela se originam a maioria das outras formas de energia renovável. Além disso, a energia solar está disponível em todas as regiões do mundo, apesar de existir diferenças de radiação entre as regiões e nas diferentes épocas do ano. Apesar de ser fundamental a transição para o uso de energias renováveis, é um grande desafio que vem sendo enfrentado pelos países na busca da redução da dependência de combustíveis fósseis, os quais há muito tempo dominam o mercado. Teoricamente, a utilização das energias renováveis deveria trazer uma grande redução dos custos energéticos, pois a utilização da maioria dos recursos renováveis é gratuita (sol, vento, geotermia, hídrica, oceanos) ou mais barata (biomassa). Porém, na prática, o sistema não é tão simples e barato, devido principalmente ao elevado custo inicial da implantação de sistemas de produção de energia renovável. Além disso, os sistemas associados aos combustíveis fósseis tiveram muitos anos de grande desenvolvimento e de utilização generalizada, enquanto os sistemas que utilizam energias renováveis ainda são pouco conhecidos e testados, provocando ainda insegurança na sociedade, o que impede um crescimento

12 12 dessas tecnologias renováveis. Outro fator que deve ser considerado é que boa parte da matéria prima utilizada na confecção de coletores solar, por exemplo, não são de fabricação brasileira, agregando mais valor ainda ao sistema e aumentando o custo final do produto. Dessa forma, desenvolver sistemas alternativos para a utilização de energias renováveis é a tendência do mercado. Entre eles, podem-se destacar os coletores solares de baixo custo confeccionados com materiais recicláveis, como embalagens de politereftalato de etileno (garrafas Pet), embalagens tetra Pak e tubos de PVC. Assim sendo, o presente estudo teve por objetivo realizar um teste de captação de energia solar para aquecimento de água através de painéis solares de baixo custo produzidos a partir de produtos reciclados. Através do monitoramento diário, com auxílio de termômetro, observou-se a variação da temperatura, onde avaliou-se qual painel obteve maior temperatura de aquecimento através da energia solar. Além disso, comparou-se os custos de montagem de cada painel, com os valores de painéis industriais oferecidos no comércio em geral.

13 13 2 REFERENCIAL TEÓRICO 2.1 ENERGIA Existem algumas de conceituar energia, hoje pode-se definir energia como capacidade de realizar um trabalho. Esclarecendo, o calor não pode ser convertido totalmente em trabalho, mas continua sendo uma forma de energia. O desenvolvimento de máquinas movidas a vapor no século XVIII proporcionou a associação de trabalho, calor e movimento, dando o passo inicial às pesquisas para criação das leis da termodinâmica, ciência que estuda as transformações de energia (RAVEM, EVERT & EICHHORN, 2001). Segundo Cavalcanti (2008), o desenvolvimento da humanidade, em geral, e a melhoria da qualidade de vida do ser humano estão diretamente ligadas à utilização de energia. Assim, a energia é um elemento de extrema importância na vida do homem, tendo em vista que todas as suas atividades, doméstica, agropecuária, agroindustrial ou industrial dependem do uso da energia. O uso de energia em uma economia está fortemente ligado a inúmeras questões sociais, incluindo a diminuição da pobreza, o crescimento populacional, o grau de urbanização, etc. Ainda que estas questões afetem a demanda de energia, a relação se dá nos dois sentidos: a qualidade e quantidade dos serviços de energia e a maneira pelas quais os mesmos são atingidos, têm também efeito nas questões sociais ( GOLDEMBERG, 2000 apud SCHAEFFER et al., 2003). Para se ter uma idéia, em 1998, o consumo médio de energia por habitante, nos países em desenvolvimento, era em torno de kwh por ano, o que corresponde à meia tonelada em equivalente de petróleo. Já para o ano de 2050, a previsão é de que esse consumo praticamente triplique, atingindo kwh hab. -1 ano -1 o que corresponderá a uma tonelada e meia em equivalente de petróleo (CAVALCANTI, 2008).

14 GERAÇÃO DE ENERGIA NO MUNDO A crescente demanda mundial de energia, o progressivo esgotamento das fontes de energia não renováveis e problema ambiental, que se apresenta como uma questão cada vez mais importante para o futuro da humanidade, colocam a energia solar como uma alternativa promissora e que, seguramente ocupará um lugar de destaque este milênio (ALVARENGA,2001). Alternativas energéticas estão disponíveis para suprir algumas das necessidades humanas e a cada dia se tornam mais importantes dentro da matriz energética de muitos países. Podemos citar o crescente uso da biomassa, energia eólica, energia solar térmica e energia solar fotovoltaica (ABRAVA, 2008). A utilização da energia solar térmica para o aquecimento de água tem sido de importância considerável para o contexto atual da sociedade devido a sua importância ambiental, social e econômica. Além disso, a abundância do recurso solar em todas as regiões do planeta é um fator importante para as pessoas passarem a utilizar sistemas de aquecimento solar para água (REDE BRASIL, 2008). Segundo Svem (2008), as fontes limpas têm capacidade hoje de gerar 50% da energia necessária para o planeta. Um investimento pesado em renováveis poderia resultar numa indústria poderosa, com faturamento de US$ 360 bilhões por ano. 2.3 GERAÇÃO DE ENERGIA NO BRASIL Para Zanin et al., (2002), a energia elétrica encontra-se em destaque em todos os setores da economia mundial e é de extrema importância para o desenvolvimento de qualquer país. Sua conservação, em cadeias produtivas, diminui o custo de produção. De acordo com os autores acima, o planejamento inadequado da produção e do consumo energético leva a impactos ambientais que podem comprometer o desenvolvimento. No Brasil, a produção de energia é predominantemente hídrica, e a escassez de chuvas nos períodos secos deixa em crise este setor.

15 15 Para Souza, Mauad & Leme (2003), só a partir de 1883 com a implantação da usina hidroelétrica do Ribeirão do Inferno, na bacia do Jequitinhonha, município de Diamantina, então província de Minas Gerais, é que teve início a geração de energia elétrica no Brasil, a partir de recursos hídricos. Esse aproveitamento pioneiro constituiu-se em um dos maiores do mundo na época, com um desnível de 5 m, construindo-se a mais longa linha de transmissão para a época: 2 km. De acordo com o Balanço Energético Nacional (2009), publicado pelo Ministério de Minas e Energia, o consumo total de energia no Brasil, agregando todas as fontes energéticas, cresceu 5,6 % em 2008 em frente a 2007 e a oferta de energia renovável representou 45,3% do total da oferta de energia em 2008, caindo de 45,9% em A oferta de energia de fontes não renováveis aumentou para 54,7% do total em 2008 de 54,1% em Tiago Filho et al., (2003) afirma que, de acordo com os dados da Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL), no Brasil, somam-se um total de 2837,77 MW para aprovação e um total de 4478,37 MW aprovados, totalizando 7316,14 MW para construção de novos projetos de pequenas centrais hidroelétricas, mostrando, desta forma, um mercado promissor para novos investimentos. Conforme Furtado (2005), para sustentar um crescimento do Produto Interno Bruto (PIB) na faixa de 3,5% anuais, será preciso aumentar pelo menos 4,5% ao ano a produção brasileira de energia elétrica. Apesar dos reservatórios que abastecem as usinas hidrelétricas estarem cheios, isso não basta para assegurar que haverá energia elétrica suficiente para atender a expansão da economia, embora ajudem a diminuir substancialmente as ameaças de racionamento. Segundo a autora, calcula-se que será necessário investir 20 bilhões de reais por ano para assegurar a oferta de eletricidade ao país, e a maior parte dos recursos deverá vir da iniciativa privada. Por outro lado, há ainda, no Brasil, uma grande exclusão elétrica que, segundo Gomes & Cohen (2006), é um fenômeno essencialmente regional e rural, sendo que 63,9% dos domicílios sem acesso à energia elétrica estão situados na região Nordeste e 81,6% dos domicílios sem acesso à energia elétrica estão situados na zona rural. Mais de 60% dos domicílios sem acesso à energia elétrica apresentam renda per capita inferior a meio salário mínimo.

16 16 O suprimento de energia a todos os cidadãos é fator indispensável ao bem-estar social e ao desenvolvimento econômico de qualquer nação. No caso do Brasil, esse suprimento é ainda deficitário seja pela falta de acesso do cidadão, seja pela precariedade do atendimento. Quando a energia é suprida, as barreiras econômicas muitas vezes impedem que segmentos significativos da sociedade possam fazer uso desta energia para o atendimento até mesmo de suas necessidades mais básicas (SCHAEFFER et al, 2003). 2.4 GERAÇÃO DE ENERGIA NO OESTE DO PARANÁ A usina de Itaipu é, atualmente, a maior usina hidrelétrica do mundo em geração de energia. Com 20 unidades geradoras e MW de potência instalada, fornece 16,99% da energia consumida no Brasil e abastece 72,91% do consumo paraguaio (ITAIPU, 2012). Itaipu produziu em 2011 um total de megawatts-hora (92,24 milhões de MW/h).O recorde histórico de produção de energia ocorreu em 2008, com a geração de megawatts-hora (MW/h). O recorde anterior foi em 2000, quando Itaipu gerou MW/h (ITAIPU, 2012). A Itaipu Binacional produz energia elétrica com base na energia hidráulica, ou seja, pelo aproveitamento da energia potencial gravitacional da água contida em uma represa elevada. Essa energia está presente na natureza em fluxos de água, como rios e lagos, e pode ser aproveitada em desníveis acentuados ou quedas d água (ITAIPU, 2012). Para a Itaipu Binacional (2012), as energias renováveis têm características exclusivamente regionais. As fontes que são importantes em uma região podem não ser em outras.assim, o planejamento energético com fontes renováveis, para que gere todos os benefícios que se pretende, deve respeitar as características locais, especialmente os solos, o clima, a biodiversidade e as atividades humanas. 2.5 ENERGIAS RENOVÁVEIS As fontes de energia renováveis são aquelas que não se esgotam, como o vento, águas fluviais e maremotriz e a radiação solar. Segundo Almeida & Rigolin (2002), as fontes de energia renováveis são consideradas também fontes

17 17 alternativas de energia, porque contribuem para diminuir a dependência de fontes de energia não renováveis e, de acordo com Tolmasquin (2003), terão uma participação cada vez mais relevante na matriz energética global nas próximas décadas, podendo chegar a 10% em Os recursos energéticos renováveis oferecem muitas vantagens, pois podem ser usados de muitas maneiras, gerando poucos problemas ambientais e podem ser controlados com tecnologias já disponíveis. De acordo com Hirichs & Kleinbach (2003), as fontes renováveis de energia fornecem, aproximadamente, 9% da energia mundial, aumentando para 22%, se incluídos todos os usos da biomassa. A energia eólica é o recurso energético cuja utilização tem aumentado mais rapidamente. Em seguida vem a energia fotovoltaica, com 24% de crescimento por ano. Para esses autores, há indicações de que as fontes renováveis devem aumentar sua participação para 30% a 40% do total em 2050, analisando os esforços globais em termos de políticas voltadas às questões ambientais, especificamente voltadas ao clima Energia Hidráulica De acordo com Hinrichs & Kleinbach (2003) a energia hidráulica tem sido utilizada para que a água gere trabalho útil, como moer grãos, serrar madeira e fornecer energias para outros benefícios. A força da água é transferida para determinadas máquinas de movimento rotatório por meio de eixos, roldanas, polias, cabos e engrenagens. Os gregos já utilizavam rodas d água de eixo vertical em 85 a.c. e de eixo horizontal, por volta de 15 a.c. Além do vento, a força das águas foi a única fonte de energia mecânica disponível até o desenvolvimento do motor a vapor no século XIX. Para Branco (2004) muito antes de conseguir utilizar a energia calorífica, o homem controlou e utilizou a energia das águas, que têm caminho certo e mais ou menos inviável. Esta alternativa de obtenção de energia foi resolvida com a construção de barragens. O represamento da água em barragens e seu uso na movimentação de rodas para moinhos datam da Idade Média. Moinhos já existem desde 60 a.c. A primeira barragem com finalidade de regularizar vazões foi construída no século XII, no rio Garonne, no sul da França.

18 18 A construção de barragens também influencia algumas mudanças no perfil do sistema de um rio e na formação de novos padrões dentro do sistema aquático (BARBOSA & ESPÍNOLA, 2003). De Filippo et al., (1999), afirma que as variações mais diretas da construção de um reservatório estão relacionadas ao estoque e a retirada da água. A permanência de água estocada promove a retenção e estratificação de materiais e calor, e retirada de água incide na exportação e a mistura de calor e matéria. A alternância desses processos é que caracteriza o reservatório como um sistema considerado intermediário entre o rio e lago. De acordo com Tolmasquim (2003), a energia hidroelétrica, que fornece 19% da energia consumida no planeta, tem-se mostrado a mais atrativa, pois, apesar de inconveniente dos danos ambientais e sociais e dos custos de implantação e de distribuição, após o início da operação, pode ter a geração adequada ao consumo de maneira ágil e eficiente. É considerada limpa, pois não emite poluentes nos processos de produção e distribuição. A energia hidroelétrica possui um grande potencial que ainda não foi explorado, o aproveitamento da metade desse potencial poderia reduzir o lançamento de gases de efeito estufa em cerca de 13% por evitar a construção de outras maneiras de produção de energia elétrica a partir de combustíveis fósseis Energia Solar Segundo Nascimento et al., (2003), a energia solar é a forma de energia primária mais abundante na terra, mas é também uma das mais dispersas e intermitentes quanto a sua utilização. É uma alternativa importante para geração de eletricidade que oferece vantagens econômicas e ecológicas, dentro de determinadas condições. Entre essas vantagens estão as seguintes características: ser inesgotável, permitir uma geração de eletricidade renovável e livre de emissão de gases poluentes e reduzir os níveis de poluição a valores aceitáveis. A energia solar é responsável pelo surgimento da grande maioria das formas de energia. O aproveitamento direto dessa fonte de energia gerada pelo sol é uma das melhores opções da atualidade, para enfrentar os possíveis problemas relacionados a produção de energia. Pois esta é ilimitada na escala terrestre de

19 19 tempo, e seu aproveitamento não gera impactos ambientais negativos (OLIVEIRA et al., 2008). Para Trigoso (2000), uma das principais aplicações da energia solar fotovoltaica é a energização rural de residências de baixa renda, isoladas e distantes da rede de distribuição de energia elétrica. A aplicação mais simples da energia solar é a produção de calor a baixas temperaturas. O aquecimento de água por meio do emprego de coletores é de ampla aplicação nos mais diversos setores, destacando-se o residencial, industrial, agropecuário e o de serviços. O uso dos coletores planos em substituição aos chuveiros elétricos demonstra ser uma excelente alternativa, já que os investimentos totais necessários são normalmente inferiores aos despendidos para o aquecimento elétrico da água. (ALVARENGA, 2001). O sistema de aquecimento de água por energia solar tem sua maior importância na substituição do chuveiro elétrico, uma outra grande vantagem do sistema de aquecimento de água por energia solar é reduzir o consumo de energia no horário de pico, pois o que se vê nas residências, entre 17 e 21 horas, é um grande aumento de demanda em decorrência do hábito das pessoas tomarem banho com chuveiro elétrico nesse horário do dia. Os chuveiros elétricos de menor potência tem watts, mas existem chuveiros com potência muito maior. No horário de pico, o hábito do banho leva a um aumento da curva de demanda e as distribuidoras de energia tem que disponibilizar energia suficiente para cobrir esse pico (BRANCO, 2004) Com o aquecimento de água por energia solar pode-se minimizar esse pico de demanda e colaborar com as distribuidoras de energia. A situação geográfica do nosso país permite, com o nível de insolação que temos que a energia solar seja utilizada praticamente em todas as regiões e sem qualquer problema, sem contar o aspecto da preservação ambienta (FRANCO, 2002). Cavalcanti (2008) relata que dentre as fontes de energia renováveis, a energia solar, em especial, representa um elevado potencial de utilização, em função da grande disponibilidade e das inúmeras vantagens que se encontram associado a ela. Isso acontece, porque o sol funciona como um imenso reator à fusão, gerando energia constantemente, e lançando-a no nosso planeta. Por isso, a combinação da

20 20 busca por recursos naturais e o elevado custo de manutenção da energia convencional vem tornando, cada vez mais viável, o uso da tecnologia que permite aproveitar a energia solar. Segundo Rodrigues (2002), a energia solar é a fonte mais significativa presente em nosso mundo. Ele afirma ainda que a energia proveniente dos raios solares seja uma forma ideal de energia alternativa, por possuir características expressivas como: ter em grande quantidade, constante e renovável. Atualmente, há grande preocupação relacionada às fontes de energia que podem ser utilizadas pelo homem. Para Netto (2006) as energias renováveis são provenientes de ciclos naturais de conversão da radiação solar, que é a fonte primária de quase toda energia disponível na Terra, por isso são praticamente inesgotáveis e não alteram o balanço térmico do planeta. As formas ou manifestações mais conhecidas são: energia solar, energia eólica, biomassa e hidroenergia. Portanto, todas as fontes de energia renováveis derivam da energia solar. 2.6 AQUECEDOR SOLAR O aproveitamento da energia solar térmica, através de instalações de aquecimento solar de pequeno, médio e grande porte, tem se mostrado como uma solução técnica e economicamente viável para os problemas de redução do consumo de energia elétrica no setor residencial brasileiro. Nesse sentido, sua utilização intensiva em substituição aos chuveiros elétricos, largamente utilizados no país, pode ser entendida como geração virtual de energia elétrica (PEREIRA, 2003). A radiação solar pode ser absorvida por coletores solares, principalmente para aquecimento de água, a temperaturas relativamente baixas, normalmente inferiores a 100º C. A disponibilidade de radiação solar depende da latitude local e da posição no tempo (hora do dia e dia do ano). Isso se deve à inclinação do eixo imaginário em torno do qual a Terra gira diariamente (movimento de rotação) e à trajetória elíptica que a Terra descreve ao redor do sol (translação e revolução). Desse modo, a duração solar do dia varia, em algumas regiões e períodos do ano, de zero hora a 24 horas (ANEEL, 2009). Os sistemas foto térmicos mais difundidos são compostos por coletores solares planos e reservatório térmico. O movimento da água no sistema ocorre por

21 21 diferença de densidade. A água fria, sendo mais densa, impulsiona a água quente, que é menos densa, realizando a circulação (DAMASIO & STEFFANI, 2007). A aplicação de aquecimento solar de água em habitações populares é um processo ativo de geração de energia térmica. As instalações solares térmicas residenciais podem ser projetadas para cada família, em edifícios e condomínios residenciais. O aquecimento de água para uso doméstico, com o aproveitamento de energia solar, é considerado uma tecnologia simples que pode ser instalado por um técnico de nível médio (ARAÚJO et al., 2002). 2.7 AQUECEDOR SOLAR DE BAIXO CUSTO Sistemas de baixo custo para aquecimento de água têm basicamente o mesmo principio de funcionamento de sistemas tradicionais de aquecimento solar de água, diferenciando dos mesmos pelo tipo de material utilizado na construção e pela possibilidade de autoconstrução pelo próprio usuário do sistema (SOCIEDADE DO SOL, 2009). A utilização conjunta dos materiais de baixo custo com o aproveitamento das instalações hidráulicas residenciais permite o retorno do investimento em 4 a 8 meses (SOCIEDADE DO SOL, 2009). O aproveitamento da energia solar em residências necessita da redução do preço dos equipamentos de montagem do sistema. O uso de aquecedores solares de água vem aumentando, mas o seu custo elevado, ainda impede que a tecnologia seja casa vez mais difundida, principalmente em comunidades de baixa renda. Os projetos que utilizam uma energia gratuita para a população mais carente, parece uma ótima alternativa para políticas sociais, além de ser ambientalmente correto (SPRINGER, 2007). Um problema quanto ao uso do sistema térmico solar de aquecimento de água é que tem que ser bem dimensionado, de preferência projetado junto com a obra da habitação. O aquecedor solar não é como chuveiro elétrico ou o aquecedor a gás que pode ser ligado na hora que se tem vontade de tomar banho e a água aquecida simultaneamente. Nem tampouco permite que se fique uma hora no banho. É preciso dimensioná-lo, de acordo com os hábitos das pessoas, para que a água atenda às suas necessidades (FRANCO, 2002).

22 22 O custo de investimento é um dos principais fatores analisados para viabilização de qualquer instalação que envolva tecnologia de aquecimento solar. O valor do investimento inicial para instalação de aquecedores convencionais solares de água é elevado, pois na sua montagem são utilizados materiais nobres (SOCIEDADE DO SOL, 2009) Coletor solar em PVC Segundo Araújo et al, (2002), os coletores planos abertos e manufaturados em PVC funcionaram satisfatoriamente no estado de Sergipe, região Nordeste do Brasil. Os equipamentos foram submetidos a condições extremas de uso, com forte exposição ao vento e sem utilização de isolamento térmico e atingiram a temperatura média diária de 50º C. Contudo, deve ser ressaltado que a temperatura média na região é de aproximadamente 28º C. A tecnologia desenvolvida com canos de plásticos (PVC) oferece temperatura de até 75ºC para um banho. O sistema foi desenvolvido pelo engenheiro eletrônico Agustín Woelz (2000) fundador da ONG Sociedade do Sol. O projeto está à disposição de qualquer pessoa ou entidade pela internet (DIAS, 2004). Figura 1: Placa de forro de PVC usada na construção de coletores Fonte: SOCIEDADE DO SOL, Coletor Solar feito a partir de Produtos Reciclados Com a intenção de diminuir custos, utilizam-se placas de absorção térmica que são compostas por tubos e conexões de PVC, menos eficiente do que os tubos de cobre ou alumínio aplicados nos coletores convencionais; garrafas Pet e

23 23 caixas tetra Pak, substituem a caixa metálica, os painéis de absorção térmica e o vidro utilizado nos coletores convencionais ( ALANO, 2004). O aquecedor solar de água de garrafa Pet é montado em placas de aproximadamente 1 m 2. As garrafas são cortadas com o auxílio de um gabarito, um tubo de PVC 100 mm que serve como régua, exemplificado o método na Figura 2, de forma que se encaixem perfeitamente umas nas outras, em fileiras de 5 garrafas. É sugerido utilizar garrafas cinturadas, (tipo coca-cola) pois se nota que há fuga de calor entre as garrafas lisas e totalmente retas não limitam o encaixe, o que não ocorre com o coletor feito com garrafas cinturadas (ALANO, 2004). Figura 2: Método do corte da garrafa PET Fonte: ALANO, 2004 Como a cor verde absorve mais o calor recomenda-se não utilizar garrafas Pet da cor verde, pois a degradação da garrafa ocorre mais rapidamente, comprometendo a eficiência do aquecedor (SEMA, 2008). Dentro das garrafas, são encaixadas embalagens tetra Pak, dobradas, conforme mostra a figura 3. As embalagens de leite devem ser pintadas de preto para absorver melhor o calor. Não é recomendado usar tinta com brilho, pois poderá comprometer o desempenho do coletor, uma vez que em parte os raios solares são refletidos. As caixas de leite se localizam logo abaixo dos canos de PVC de tamanho 20 mm, que também devem ser pintados de preto para absorver o calor, pois a água circula pelo sistema (SEMA, 2008). Alano, (2004) relaciona as etapas para preparo das embalagens tetra Pack. 1- Com a caixa de leite montada, descolar as orelhas (a) dos quatro cantos.

24 24 2- Em seguida pressione a caixa para que ela amasse e fique planificada, corte com 22,5 cm de comprimento e dobre as laterais, nos vincos (b) existentes na caixa. 3- A caixa com as laterais dobradas. 4- Dobre as pontas (d) em diagonal para ajustá-la ao desenho da garrafa e também as duas pontas da parte inferior (e) no corte de 7 cm, para o encaixe da próxima garrafa. Figura 3: Método para dobrar as embalagens tetra Pack Fonte: ALANO, 2004 Figura 4: Encaixe das embalagens tetra Pack nas garrafas. Fonte: ALANO, 2004 Ao encaixar as garrafas e embalagens de leite nos tubos PVC, é notado que mesmo com as cinco garrafas Pet, sobra um pequeno pedaço do tubo PVC, no qual será necessário apenas o gargalo de uma 6º garrafa para vedar o fundo da 5º garrafa, como mostram as figuras na sequência (ALANO, 2004).

25 25 Figura 5: Encaixe das garrafas Pet nos tubos de PVC Fonte: ALANO, 2004 Figura 6: Painéis após encaixe com gargalos Fonte: ALANO, 2004 O coletor solar de baixo custo deve ser posicionado no telhado da residência, ou em uma área que receba o sol diretamente, e sem incidência de sombra de árvores, ou prédios, casas, estando com uma inclinação em graus exatamente igual ao número de graus da latitude da local onde será instalado para que possa captar o máximo de energia solar durante o ano todo(sema, 2008).

26 Coletor Solar Industrial com Tubo de Vácuo. Painéis solares com tubos de vácuo são constituídos por um coletor de cobre inserido numa peça única de lã de vidro prensada dentro de uma estrutura de proteção em alumínio (SOLAR FOZ, 2012). Mencionado por Marla Energias, (2012) os painéis com tubo a vácuo apresentam uma ótima eficiência com baixa radiação mesmo no inverno, suportando cargas térmicas com mais eficiência do que os outros modelos de aquecedores; atinge elevadas temperaturas chegando a 70º C, possibilitando a utilização em sistemas de ar condicionado e produção de vapor; coletores de tubos de fluxo direto podem ser montados horizontalmente em uma superfície ou em um telhado plano, providenciando menores perdas térmicas, devido ao vento e menores custos de instalação evitando-se a remoção de material do telhado e mantendo a sua estrutura intacta. A estrutura de um tubo de vidro de parede dupla consiste em dois tubos, um dentro do outro, concêntricos transparentes, essa estrutura é o principal componente do coletor solar, capaz de resistir a altas temperaturas bem como ao impacto de pedras de granizo de até 25 milímetros (MARLA ENERGIAS, 2012). Cada placa é composta de 20 tubos coletores. Cada tubo coletor é formado por dois tubos, com sua parte externa composta por vidro de borossilicato, que é transparente e extremamente resistente. Para que o vácuo seja formado, o ar é aspirado do espaço entre os dois tubos de vidro. O vácuo, por sua vez, elimina a condução e a perda de calor. Com o principal objetivo de manter o vácuo entre duas camadas de vidro, utiliza-se um condutor de bário, que durante sua fabricação é exposto a altas temperaturas para que uma camada de puro bário seja formada. Esta camada absorve qualquer gás, ajudando a manter o vácuo, enquanto sua cor prata muda para branco se o vácuo for perdido, facilitando a constatação do funcionamento devido da placa. Um painel com 20 tubos é suficiente para atender a demanda em uma residência onde habitam 2 pessoas e o custo médio para a implantação de um sistema completo é de aproximadamente R$ 3.300,00 (SOLAR FOZ,2012)

27 DIMENSIONAMENTO DE UM AQUECEDOR SOLAR Conforme Melo & Azevedo Neto (1988) dimensiona-se um aquecedor solar de baixo custo para uma residência após determinar o volume de água necessário, dado volume segue a expressão. A = V.(tf-tm).[176,6.(I+0,219tm+0,634)]-1 Em que: A = área de coletores em m 2 ; V = volume consumido em L.dia -1 ; I = insolação em h.dia -1 ; tm = temperatura média do ar em C; tf = temperatura que se deseja a água. Por outro lado, Alano (2004) afirma que para dimensionar um aquecedor solar basta saber a quantidade de pessoas que habitam determinada residência e a partir disso é conhecida a quantidade de materiais a ser utilizada na montagem do painel solar. A quantidade de material para 1 pessoa é de 60 garrafas Pet transparente e formato cônico, e 50 embalagens tetra Pak de 1 litro, para uma residência onde habitam 2 pessoas, basta multiplicar por 2. O dimensionamento do sistema feito a partir de placas modulares de PVC, emprega-se o método onde um sistema deve conter 1,5 placas modulares por pessoa, onde no total de 3 placas são suficientes para garantir o consumo de 2 pessoas, SOCIEDADE DO SOL, (2009) Funcionamento de um Aquecedor Solar O princípio de funcionamento por termossifão é o que melhor se adapta à sistemas simples de aquecimento solar de água. Esse sistema é o mesmo usado nos aquecedores convencionais encontrados para comercialização, sendo que a única diferença no projeto são os materiais de baixo custo utilizados no aquecedor (ALANO, 2004).

28 28 O efeito termossifão é básico, notado quando o sistema absorve calor da radiação solar, fazendo com que a água esquente, subindo pelas colunas de tubulação do aquecedor e voltando para a parte superior do reservatório de água. A água fria, por ser mais densa, flui para parte inferior do coletor mantendo o aquecedor sempre cheio e fechando o ciclo de aquecimento, mostrada de forma mais clara na figura 6 (SEMA, 2008). Figura 7: Funcionamento do aquecedor de garrafas Pet. Fonte: SEMA, Vantagens e Restrições do Sistema A radiação solar é uma fonte de energia abundante, renovável, gratuita e que não impacta o meio ambiente. Estes são alguns dos motivos que ela vem sendo considerada uma das alternativas energéticas mais promissoras (CAVALCANTI, 2008). Segundo Cavalcanti (2008) o aproveitamento da energia solar é revertido na conservação de recursos naturais, uma vez que cada kw/hora de energia captada do sol significa uma economia desse mesmo valor das fontes convencionais

29 29 de energia (hidrelétricas, gás natural, lenha, óleo diesel). Isso contribui para a preservação do meio ambiente. De acordo com Cavalcanti (2008) a energia solar é limpa, ou seja, não libera nenhum tipo de poluente ao meio ambiente. Isso se deve ao fato de que sua geração, a captação, a transformação e o aproveitamento não envolvem nenhum tipo de poluição. Se, por um lado, a energia solar oferece inúmeras vantagens, por outro, pode-se afirmar que o seu aproveitamento apresenta apenas uma restrição, ou seja, a diminuição ou ausência de radiação solar direta, em dias nublados e chuvosos, em conseqüência disso, dependendo da intensidade e duração desse período, nos sistemas térmicos, o aquecimento da água, poderá não acontecer de maneira adequada (CAVALCANTI, 2008) Comparação dos Custos de Sistemas Convencionais e Recicláveis A diferença dos aquecedores convencionais representa-se pelos materiais utilizados na fabricação, também apresenta outras vantagens, que vai além da economia na sua construção e de sua facilidade de montagem. Um aquecedor convencional custa em torno de 3.300,00 reais, pois inclui materiais mais sofisticados e eficientes e mão de obra especializada para sua instalação; já o sistema montado com recicláveis necessita aproximadamente de R$ 220,00 para ser montado, posto que os materiais básicos são garrafas Pet de 2 litros, caixas tetra Pak longa vida, obtidas após o consumo de refrigerantes e leite, e tubos de PVC, únicos materiais realmente a serem comprados (SOLAR FOZ, 2012). A reciclagem representa outra vantagem comparada ao outro aquecedor, pois é desenvolvida sem qualquer processo industrial, reduzindo a quantidade de lixo a ser depositada nos lixões; conseqüentemente, agrega valor de mercado às matérias-primas que seriam descartados e são utilizados para a montagem desse aquecedor. A montagem não apresenta nenhuma dificuldade, porque a partir de algumas técnicas e seguindo o manual qualquer pessoa pode fazer seu próprio painel solar e instalá-lo em sua residência, o que pode ser feito em poucos dias ou até mesmo em um final de semana; nesse processo inclui cortar as garrafas Pet, dobra e pintura das embalagens tetra Pak, corte e pintura dos tubos e

30 30 adaptação do reservatório de água para receber a água aquecida pelo sistema (ALANO, 2012). 3 MATERIAL E MÉTODOS 3.1 CARACTERIZAÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO O presente estudo foi desenvolvido em uma residência localizada no bairro Jardim Dom Pedro I, Foz do Iguaçu Paraná. O local apresenta como coordenadas S e O. A figura 8 mostra o local da implantação do sistema, (GOOGLE EARTH, 2012). Figura 8: Localização da residência onde foi implantado o sistema Fonte: Google earth, 2012.

31 31 O município de Foz do Iguaçu esta localizado no extremo oeste do estado do Paraná com altitude média de 173 metros. Segundo dados da Prefeitura Municipal de Foz do Iguaçu (2012), o município possui área territorial totalizada em 617,71 km 2. A parte do município ocupada pela área urbana totaliza 191,46 km 2 e corresponde 31% do total. O clima da região é temperado úmido com verão quente, com precipitação anual em torno de 1800 mm, a cidade tem uma das maiores amplitudes térmicas anuais do estado, cerca de 11 C de diferença média entre o inverno e o verão, isto deve-se a uma menor influência da maritimidade do que a que ocorre em outros municípios. Por isso os verões costumam ser muito quentes, com máximas médias em torno dos 35 C, por vezes chegando a superar a marca dos 42 C. (PEREIRA, ALGELOCCI & SENTELHAS, 2002). 3.2 DIMENSIONAMENTO DO SISTEMA Para dimensionamento do sistema feito a partir de garrafas Pet e embalagens tetra Pak, adotou-se o método utilizado por Alano (2004) onde um sistema deve conter 60 garrafas Pet e 50 embalagens tetra Pack para abastecer as necessidades de uma pessoa, logo no estudo desenvolvido foram utilizadas 120 garrafas Pet e 100 embalagens tetra Pak, pois na residência habitam duas pessoas. Já o dimensionamento do sistema feito a partir de placas modulares de PVC, adotou-se o método apresentado por Sociedade do Sol (2009) onde um sistema deve conter 1,5 placas modulares por pessoa, onde no total de 3 placas são suficientes para garantir o consumo de 2 pessoas na região onde foi desenvolvido o projeto. De acordo com o manual elaborado por Alano (2008), adotou-se a inclinação de 24 graus, voltado para o norte geográfico, assim o aquecedor terá maior aproveitamento dos raios solares, além disso o grau de inclinação deve ser de acordo com a latitude da região, que segundo o mesmo manual, Foz do Iguaçu possui latitude de 24 graus.

32 MATERIAIS UTLIZADOS NO SISTEMA COM GARRAFAS PET Após conhecido as dimensões do sistema foi possível saber a quantidade de material a serem utilizados, alguns materiais são reciclados como as garrafas Pet e embalagens tetra Pak, esses materiais foram sendo recolhidos em casas de amigos, vizinhos e em alguns restaurantes da região. Outros materiais foram adquiridos no comércio local, em casas de venda de materiais de construção. O quadro 1, mostra a lista de materiais utilizados para montagem do sistema. Quadro 1- Materiais utilizados no painel com Pet e seus respectivos valores. MATERIAL QUANTIDADE VALOR R$ Garrafas Pet 140 0,00 Embalagens Tetra Pak 120 0,00 Conexões soldáveis PVC marrom com redução 40 48,00 25 mm x 20 mm Joelho soldável 20 mm PVC marrom Tubo PVC marrom 25 mm Tubo PVC marrom 20 mm 2 17,00 CAP soldável PVC marrom 2 1,00 Caixa d água 250 litros 1 90,00 Tinta preta fosco 0.5 litro 8,00 Torneira bóia para caixa d água 1 4,00 Adaptador soldável PVC com flange 2 13,00 Cola adesiva 1 3,00 Fita adesiva auto fusão 1 19,80 Total 218,22 Fonte:Dados obtidos em materiais de construção Panorama, 2012.

33 Preparação dos Materiais Utilizados Com todos os materiais disponíveis, foi possível iniciar a preparação dos mesmos para a posterior montagem, primeiramente foram prepararas as embalagens tetra Pak, onde todas foram cortadas e suas dimensões ficaram em 22,5 cm de comprimento por 15,5 cm de largura, assim foi possível lavar internamente as embalagens para evitar formação de microrganismos e forte mal cheiro, posteriormente as embalagens foram achatadas e assim receberam pintura preto fosco em um dos lados, assim foram dispostas para secagem. A figura 9 mostra a embalagem tetra Pak sendo pintada. Figura 9: Embalagem tetra Pak sendo pintada Fonte: Carbonera, Após secagem da pintura, as embalagens foram dobradas com o auxilio de um molde, de modo a serem encaixadas dentro das garrafas Pet. A figura 10 mostra as embalagens dobradas prontas para serem encaixadas.

34 34 Figura 10: Embalagens tetra Pak devidamente dobradas com auxilio de um molde Fonte: Carbonera, A segunda etapa da preparação dos materiais foi a lavagem e corte das garrafas Pet, primeiramente as garrafas foram lavadas e seus lacres e tampas foram retirados, em seguida com auxilio de um molde feito em cano PVC 100mm as garrafas foram cortadas, todas com dimensões iguais as quais permaneceram com comprimento de 31 cm. A figura 11 mostra as garrafas pet preparadas para montagem e o molde utilizado para o corte das mesmas.

35 35 Figura 11: Amostra de garrafa pronta com molde utilizado no corte. Fonte: Carbonera, Montagem do Sistema Tendo os materiais que necessitavam de prévia preparação adequados a instalação, deu-se inicio a montagem do painel solar, primeiramente foi feito o encaixe com colagem da base superior do painel, utilizando as conexões em formato T de 25 mm com redução para 20 mm, essa base contou com vinte conexões, entre cada conexão foram utilizados tubos de PVC de 25 mm com 8,5 cm de comprimento,as saídas de 20 mm foram colados os tubos PVC com 1,05 m de comprimento e diâmetro de 20 mm onde posteriormente serão encaixados as garrafas Pet. A figura 12 mostra o encaixe dos tubos e conexões PVC. Figura 12: Amostra de encaixe das conexões aos tubos de PVC. Fonte: Alano, 2004.

36 36 Após encaixe dos vinte tubos em suas respectivas conexões os tubos receberam pintura no qual foi utilizada tinta preto fosco. A figura 13 mostra os tubos de PVC encaixados as conexões, recebendo pintura preto fosco. Figura 13: Base superior com tubos 20 mm recebendo tinta preta. Fonte: Carbonera, Tendo a base superior montada e seus respectivos tubos aptos a receber as garrafas, deu-se inicio a montagem das linhas de garrafas onde cada linha recebeu 5 garrafas e 5 embalagens Tetra Pak. A figura 14 mostra o início da montagem do painel, fileira por fileira.

37 37 Figura 14: Montagem do painel, tubo por tubo. Fonte: Carbonera, As garrafas foram encaixadas uma a uma cuidadosamente passando a cobrir o tubo de PVC, e a embalagem Tetra Pak ficou posicionada dentro da garrafa em baixo do tubo com a superfície pintada de preto voltada para cima. Quando todas a 20 fileiras foram completadas colocou-se a sexta garrafa em cada fileira, essa com função de tampar cada fileira do sistema não tendo no seu interior a embalagem tetra Pak. A base inferior do sistema foi montada da mesma maneira que a base superior, apenas não se utilizou cola nas conexões, pois assim os encaixes podem ser ajustados para poder ajustar o encaixe final da mesma base. A figura 15 mostra o painel devidamente montado recebendo o encaixe da base inferior.

38 38 Figura 15: Painel com todos os tubos montados; base inferior a ser encaixada. Fonte: Carbonera, A figura 16 mostra o painel com sua montagem final completa. Figura 16: Painel com montagem completa. Fonte: Carbonera, Com o painel devidamente montado, passou-se a etapa da instalação do sistema o qual foi acomodado no telhado da residência citada na localização da área de estudos, o reservatório de água acomodado em base de madeira tipo pallet os quais deram uma ótima resistência, em seguida o painel foi acomodado e fixado em frente ao reservatório para que por fim pudessem ser feitas as conexões de entrada

39 39 e saída de água do sistema. A figura 17 mostra a base do reservatório sendo ajustada em seu local definitivo. Figura 17: Base para reservatório de água e painel em seu local definitivo. Fonte: Carbonera, O sistema conta com uma entrada de água no reservatório a qual é controlada por uma torneira bóia; uma saída de água a qual vai ao sistema do painel, que passando pelos tubos de PVC ganha temperatura e se torna menos densa, com menor densidade a água se torna mais leve assim circula pelo sistema e chega a parte superior, saindo do mesmo a água retorna ao reservatório na parte mais alta. A figura 18 mostra o sistema montado com os tubos de entrada e saída de água.

40 40 Figura 18: Sistema montado com os tubos de entrada e saída de água. Fonte: Carbonera, A partir do momento que o projeto foi montado iniciou-se o monitoramento diário da temperatura da água, tanto da entrada como da saída do coletor no período de maior radiação solar que ocorre entre 10hs e 16hs, para verificar a variação da temperatura e o desempenho do mesmo, utilizou-se um termômetro de laboratório da marca INCOTERM modelo L-151/08, no qual as temperaturas podem ser medidas desde -10 C até 150 C. 3.4 MATERIAS UTILIZADOS NO SISTEMA COM PLACAS DE PVC Após conhecido o dimensionamento do painel feito a partir de placas de PVC, as mesmas placas foram adquiridas em outra cidade, neste caso estavam disponíveis apenas nas capitais de cada estado, por motivos de facilidade de compra as mencionadas foram compradas na cidade de Porto Alegre- RS, consequentemente foram adquiridos os demais materiais no comércio local para poder dar início a montagem do painel. O quadro 2 mostra lista de materiais utilizados para montar o sistema.

41 41 Quadro 2- Materiais utilizados no painel de PVC e seus respectivos valores. MATERIAL QUANTIDADE VALORES R$ Placa de PVC modular 3 140,00 Tubo PVC marrom 32 mm 1 32,00 Caixa d água 250 litros 1 90,00 Tubo PVC marrom 20 mm 2 17,00 Torneira bóia para caixa d água 1 4,00 Luva soldável PVC 32 mm 2 2,40 Bucha redução soldável PVC marrom 32 mm x 2 1,80 25mm Bucha redução soldável PVC marrom 25mm x ,40 mm Adaptador soldável PVC com flange 2 13,00 Tinta preta fosco 0.5 litros 8,00 Cap soldável 32 mm Cola soldável para PVC 3 36,00 Total 349,80 Fonte:Dados obtidos em materiais de construção Panorama, Preparação dos Materiais Utilizados Primeiramente foi dado o devido preparo as placas modulares em PVC, com dimensões de 1,24 x 0,62 m, cada placa recebeu em suas extremidades um envolvimento de 1,5 com cm de fita crepe, para evitar que essa parte recebesse pintura. Consequentemente foram pintadas uma das faces de cada placa com tinta preta fosca e deixou-se secar. A figura 19 mostra a placa modular PVC recebendo pintura preta fosco.

42 42 Figura 19: Placa modular PVC recebendo pintura preto fosco. Fonte: Carbonera, A figura 20 mostra as placas com pintura completa. Figura 20: Placas com pintura completa. Fonte: Carbonera, A segunda etapa de preparação dos materias foi fazer um corte de 0,62 m na transversal do tubo de PVC marrom de 32 mm, esse corte teve por finalidade dar acesso ao encaixe da placa modular PVC e consequentemente ser colada. Foram

43 43 feitos três cortes para casa cano, sendo que um será a base superior e o outro a base inferior. A figura 21 mostra as placas sendo encaixadas nos tubos PVC marrons. Figura 21: Placas sendo encaixadas no tubo PVC marrom 32 mm. Fonte: Carbonera, Montagem do sistema Após encaixadas as bases das placas foi iniciado o processo de colagem das mesmas com os tubos de PVC, foi aplicada cola silicone vermelha para altas temperaturas, a mesma permaneceu por 8 Hs para devida secagem, isso assegurou a não ocorrência de vazamentos. A figura 22 mostra o painel devidamente colado e pronto para ser instalado.

44 44 Figura 22: Painel devidamente colado e pronto para ser instalado. Fonte: Carbonera, Com o painel devidamente montado foi dado início a montagem do sistema, foram utilizados suportes do tipo pallet para acomodar de maneira segura o reservatório de água e o painel foi fixado na frente do reservatório. A figura 23 mostra o sistema sendo montado em seu local definitivo. Figura 23: Sistema aquecedor solar com placas PVC sendo montado. Fonte: Carbonera, 2012.

45 45 Com o reservatório e painel devidamente posicionados foram feitas as ligações de entrada e saída de água no reservatório e entrada e saída de água no sistema. Figura 24: Sistema de tubos, saída de água do painel, entrada no reservatório. Fonte: Carbonera, A partir do momento que o projeto foi montado iniciou-se o monitoramento diário da temperatura da água, tanto da entrada como da saída do coletor no período de maior radiação solar que ocorre entre 10hs e 16hs, para verificar a variação da temperatura e o desempenho do mesmo, utilizou-se um termômetro de laboratório da marca INCOTERM modelo L-151/08, no qual as temperaturas podem ser medidas desde -10 C até 150 C.

46 46 4 RESULTADOS E DISCUSSÃO Os resultados obtidos a partir do monitoramento diário das temperaturas de cada sistema dentro do reservatório, além da temperatura ambiente e da temperatura de entrada da água no sistema são mostrados nos quadros que seguem. Quadro 3-Temperaturas medidas no painel montado com garrafas Pet e embalagens Tetra Pak. DIA TEMPERATURA AMBIENTE TEMPERATURA ÁGUA ENTRADA TEMPERATURA ÁGUA SAÍDA ºC 22 ºC 52 ºC ºC 23 ºC 52 ºC ºC 25 ºC 51 ºC ºC 23 ºC 27 ºC ºC 22 ºC 49 ºC ºC 24 ºC 30 ºC ºC 24 ºC 55 ºC ºC 24 ºC 39 ºC ºC 23 ºC 45 ºC ºC 23ºC 47ºC ºC 23ºC 48ºC ºC 24ºC 50ºC ºC 23ºC 49ºC ºC 23ºC 47ºC ºC 24ºC 44ºC ºC 23ºC 39ºC ºC 24ºC 45ºC ºC 24ºC 37ºC ºC 24ºC 39ºC ºC 24ºC 46ºC ºC 23ºC 23ºC ºC 23 ºC 35 ºC

47 47 Para representar melhor as temperaturas obtidas no monitoramento disponibilizou-se no gráfico que segue: Figura 25: Gráfico mostrando as variações de temperaturas no painel com Pet. Pode-se observar o bom desempenho do painel solar feito com Pet onde em dias ensolarados tivemos temperatura de 55º C como é o caso do dia 13 do referido mês, já em dias parcialmente nublado as temperaturas atingiram 45º C em média e em dias totalmente nublado o painel não apresentou um bom desempenho onde as temperaturas não tiveram alteração como é o caso dos dias 10 e 27 do referido mês. Quadro 4-Temperaturas medidas no painel montado a partir de placas modulares de PVC. DIA TEMPERATURA AMBIENTE TEMPERATURA ENTRADA TEMPERATURA SAÍDA ºC 22 ºC 48 ºC ºC 23 ºC 49 ºC ºC 25 ºC 47 ºC ºC 23 ºC 26 ºC ºC 22 ºC 45 ºC ºC 24 ºC 28 ºC ºC 24 ºC 52 ºC

48 ºC 24 ºC 36 ºC ºC 23 ºC 44 ºC ºC 23ºC 46ºC ºC 23ºC 46ºC ºC 24ºC 47ºC ºC 23ºC 48ºC ºC 23ºC 45ºC ºC 24ºC 42ºC ºC 23ºC 36ºC ºC 24ºC 43ºC ºC 24ºC 35ºC ºC 24ºC 35ºC ºC 24ºC 42ºC ºC 23ºC 23ºC ºC 23 ºC 34ºC Da mesma maneira segue gráfico onde pode se observar o desempenho do painel solar feito a partir de placas modulares de PVC. Figura 26: Gráfico mostrando as variações de temperatura no sistema com PVC.

49 49 No painel desenvolvido com uso de pacas modulares PVC teve um bom desempenho, apresentando temperaturas em dias ensolarados que chegaram a 52º C que foi o caso do dia 13 do mês estudado, em dias parcialmente nublados as temperaturas tiveram média de 42º C, já nos dias totalmente nublados ou com chuva as temperaturas não tiveram variação que foi o caso do dia 27 do referido mês. Citado por Araújo et al, (2002), os coletores planos abertos e manufaturados em PVC funcionaram satisfatoriamente no estado de Sergipe, região Nordeste do Brasil, e atingiram a temperatura média diária de 50º C. Contudo, deve ser ressaltado que a temperatura média na região é de aproximadamente 28º C. No caso da região onde foi implantado o estudo, a temperatura sofre variações no decorrer do ano, e a ocorrência de dias nublados e com chuva é maior, no período em que foram monitoradas, as temperaturas a média da temperatura ambiente foi de 25º C, sendo esse o motivo do menor desempenho que na região Nordeste. Após obter os resultados das temperaturas dos dois painéis, foi possível organizá-los em um gráfico para uma melhor comparação do desempenho dos mesmos, a figura a seguir mostra a variação das temperaturas. Figura 27: Gráfico mostrando as variações de temperatura e comparando os dois painéis.