MANUAL CÁLCULO DE AQUECEDOR SOLAR. Versão 1.0

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1 MANUAL CÁLCULO DE AQUECEDOR SOLAR Versão 1.0

2 2 SUMÁRIO 1. APRESENTAÇÃO DADOS DA IMPLANTAÇÃO... 3 a) Latitude (em graus)... 3 b) Inclinação do coletor (em porcentagem)... 4 c) Desvio Norte Verdadeiro (em graus)... 4 d) Kt (transparência)... 4 e) Temperatura Ambiente (em C) CARACTERÍSTICAS DO SISTEMA DE AQUECIMENTO... 6 a) Volume (em litros)... 6 b) ΔT (Acréscimo de temperatura no Boiler em C)... 6 c) Perdas de Calor (em %)... 6 d) Área Unitária da placa (m²) e Rendimento da placa (%) Abastecimento de água quente via sistema de aquecimento solar somente para os chuveiros... 7 a) N total de banhos (durante um dia)... 7 b) Tempo de uso (min/por banho)... 7 c) Vazão do chuveiro (l/min) Serventia de água quente em chuveiros, pias e lavatórios... 7 a) Tempo total de uso (min/dia)... 7 b) Vazão da pia (l/min) e/ou Vazão da torneira (l/min) VIABILIDADE ECONÔMICA... 8 a) Custos do SAS... 8 b) Custo da mão de obra:... 8 c) Vida útil do SAS (em anos)... 8 d) Juros Poupança (%a.m.)... 8 e) Economia Mensal EMBASAMENTO TEÓRICO DAS FORMULAÇÕES UTILIZADAS NO APLICATIVO... 9

3 3 1. APRESENTAÇÃO O presente manual tem o objetivo de auxiliar e orientar os usuários quanto ao uso do aplicativo desenvolvido para propiciar o pré-dimensionamento de sistema de aquecimento solar de água sob baixa pressão, que a partir da indicação correta das informações quantificará o número de placas coletoras, o volume necessário de reserva de água quente, bem como a análise da viabilidade econômica através do cálculo da Taxa Interna de Retorno (TIR) e do payback. Igualmente, ressalva-se que a ferramenta disponibilizada é baseada em referências conceituadas de determinação da irradiação solar sobre o plano inclinado e nas normas brasileiras. Ao mesmo tempo, indica-se que o conteúdo utilizado para o embasamento deste utilitário encontra-se disponível nas referências bibliográficas ao final deste documento. 2. DADOS DA IMPLANTAÇÃO Ao iniciar o cálculo dos componentes do sistema de aquecimento, independente do tipo de edificação, solicita-se o usuário preencha as seguintes informações: a) Latitude (em graus): Insira o valor da posição geográfica da implantação, pelo qual localizações no Hemisfério Sul receberão o sinal negativo (-). Caso se desconheça a latitude, recomenda-se a procura deste dado ou a aproximação para a capital mais próxima, conforme a tabela: Localização Latitude (em graus) Belém (PA) - 1,5 Natal (RN) - 5,8 Goiânia (GO) - 16, 7 São Paulo (SP) - 23,5 Porto Alegre (RS) - 30 Tabela 1. Indicação da latitude de algumas cidades brasileiras.

4 4 b) Inclinação do coletor (em porcentagem): Inclinação em relação ao plano horizontal conforme indicado na figura abaixo. Em caso de apoio das placas coletoras diretamente no telhado recomenda-se a utilização dos valores de: 10% para coberturas metálicas e 30% para uso de telhas cerâmicas. Figura 1. Inclinação do coletor solar em relação ao plano horizontal. Fonte: NBR 15569:2008. c) Desvio Norte Verdadeiro (em graus): Coletores orientados para o Norte é a situação ótima para implantações no hemisfério sul. Contudo, caso não seja possível a instalação na posição ideal, o desvio angular entre o Norte e a posição instalada deverá ser admitido, possuindo sinal positivo, tanto para leste como para oeste. Figura 2. Representação de possíveis desvios em relação ao Norte Verdadeiro. Fonte: NBR 15569:2008. d) Kt (transparência): Este dado é atribuído de acordo com o comportamento médio anual do céu no local da implantação. Assim, atribua o valor correspondente indicado na tabela a seguir de acordo com a característica mais frequente do céu, ou ainda, em caso de desconhecimento da informação, utilize o valor 0,50 que demarca a média para todo

5 5 o território brasileiro. Comportamento médio do céu durante todo ano Kt Nublado 0,30 a 0,45 Com algumas nuvens (parcialmente nublado) 0,45 a 0,60 Pouquíssimas nuvens, limpo 0,60 a 0,80 Tabela 2. Indicação dos valores da transparência atmosférica. e) Temperatura Ambiente (em C): Atribua a temperatura ambiente média anual para o local da implantação, recomenda-se a consulta desta informação em sites de climatologia para uma melhor exatidão ou a adoção do valor aproximado de acordo com o mapa a seguir (INMET, 2014). Figura 3. Estimativa da temperatura média anual. Fonte INMET (2014).

6 6 3. CARACTERÍSTICAS DO SISTEMA DE AQUECIMENTO Finalizado o preenchimento destas informações preliminares o usuário deverá optar pelo tipo de edificação (residencial, industrial ou comercial) que será efetuado o cálculo dos componentes, seguindo para o dimensionamento do reservatório, que possui duas modalidades, a primeira de escolha por uma lista do volume de água quente já calculado ou adquirido anteriormente ou a opção para quantificar através da estipulação das peças servidas pelo sistema. Em caso de conhecimento prévio sobre o volume de reserva deve-se prosseguir com o preenchimento das seguintes informações: a) Volume (em litros): Escolha de acordo com a lista o volume comercial do boiler já adquirido ou dimensionado anteriormente. As possibilidades são: 100l, 200l, 300l, 400l, 500l, 600l, 700l, 800, 900l, 1000l, 1500l, 2000l, 2500l, 3000l, 4000l e 5000l. b) ΔT (Acréscimo de temperatura no Boiler em C): Introduza neste campo um valor de temperatura a incrementar no interior do boiler em relação a sua temperatura natural. Para suprir a demanda domiciliar de calor no banho, recomenda-se um valor informativo neste campo entre 30 C a 35 C. Para o dimensionamento de sistemas de aquecimento solar implantados em comércios ou em indústrias se fazem necessários os preenchimentos de: Temperatura mínima (em C), caracterizada como a temperatura média mínima com que a água chega a edificação e a temperatura máxima (em C) da água utilizada para o processo comercial ou industrial, que não deve ultrapassar o calor sensível (temperatura capaz de gerar vapor, 100 C). Recomenda-se na ausência de conhecimento nesta área a procura de um profissional habilitado. c) Perdas de Calor (em %): Estimativa das perdas de calor decorrentes da implantação. De acordo com recomendações normativas sugere-se 15%. d) Área Unitária da placa (m²) e Rendimento da placa (%): Insira as informações características sobre as placas coletoras solares. Fabricantes nacionais têm uma estratificação de 1 a 2,37 m² por unidade coletora solar. Caso não tenha valor catalogado consulte as marcas certificadas pelo INMETRO diretamente na Internet, buscando por "Coletores solares para banho".

7 7 Comprovará também através da mesma busca que o rendimento dos coletores planos para banho oscilam entre 34% e 66,5%. Todavia, em caso de desconhecimento do volume do reservatório (boiler) o usuário será conduzido para uma tela em que deverá escolher os componentes abastecidos por água quente, seguindo para o preenchimento das seguintes informações, para as possibilidades abaixo citadas: 1. Abastecimento de água quente via sistema de aquecimento solar somente para os chuveiros: a) N total de banhos (durante um dia): Indique o somatório médio de banhos ao longo de um dia entre todos os indivíduos que usufruirão do sistema; b) Tempo de uso (min/por banho): Insira o tempo médio aproximado de um único banho; c) Vazão do chuveiro (l/min): Informe a vazão tecnológica da ducha escolhida na sua edificação, a grande maioria comercializada no Brasil oscila em baixa pressão de funcionamento entre 6 l/min a 12 l/min, ou seja 0,1 l/s a 0,2 l/s. 2. Serventia de água quente em chuveiros, pias e lavatórios: Para o caso de abastecimento de água quente em mais peças, além do preenchimento dos campos supracitados, deve-se atribuir valores aos campos: a) Tempo total de uso (min/dia): somatório do tempo de utilização da peça (s) durante todo o dia; b) Vazão da pia (l/min) e/ou Vazão da torneira (l/min): Consulte esta informação com o fabricante da torneira da pia e/ou do lavatório, ou realize o ensaio experimental na peça a ser dimensionada, quantificando este valor através da divisão entre o volume (em litros) de enchimento completo de um recipiente de volume previamente conhecido pelo tempo cronometrado (em minutos) necessário para tanto.

8 8 Com o término do preenchimento das informações citadas acima é possível se obter o resultado parcial do dimensionamento, gerando o volume necessário do reservatório (boiler) e o número de placas coletoras com as características registradas, ficando a critério do usuário o prosseguimento com o cálculo da viabilidade econômica. 4. VIABILIDADE ECONÔMICA Toda instalação requer o investimento de um capital, que antes de ser aplicado necessita de uma análise de viabilidade econômica que indique ao investidor a tomada da melhor decisão quanto as percentagens de lucratividade e a partir da consideração do tempo pelo qual o investimento se pagará, assim, acrescenta-se ao aplicativo os cálculos avaliativos do payback e da taxa interna de retorno. Para quantificar esta informação, solicita-se o preenchimento dos seguintes dados: a) Custos do SAS: Com base nos resultados parciais fornecidos na tela anterior (quantificação do número de placas coletoras e do volume do reservatório) sugerese que o usuário levante o custo das placas coletoras, do reservatório e das peças adicionais. É de extrema importância que seja consultado um ponto de revenda nesta fase para a correta especificação deste valor; b) Custo da mão de obra: Informe o custo de implantação do sistema; c) Vida útil do SAS (em anos): Preencha com tempo médio de durabilidade do sistema (consulte os manuais dos fabricantes ou fornecedores); d) Juros Poupança (%a.m.): Consulte através do link seguinte o valor do rendimento < oa=1> para desígnio exato desta informação ou em sites semelhantes; e) Economia Mensal: Cite o valor médio economizado mensalmente na fatura de energia gerada a partir da substituição da energia convencionalmente utilizada pela energia termossolar.

9 9 Realizado todos os procedimentos descritos chega-se aos resultados através da apresentação do número total necessário de placas coletoras, do volume do reservatório comercial de água quente (boiler) e de parâmetros econômicos como o payback e a taxa interna de retorno, sendo que o primeiro termo indica o tempo em que o investimento com a implantação de um sistema de aquecimento solar se pagará e que será comparado com a vida útil cadastrada inicialmente, enquanto o segundo parâmetro indica qual a porcentagem de retorno mensal e anual, comparada a taxa oferecida pela poupança. 5. EMBASAMENTO TEÓRICO DAS FORMULAÇÕES UTILIZADAS NO APLICATIVO RÍSPOLI Í. A. G.; MONTAUTE, M. G.; CASSUCI, J. L. F. Equacionamento simplificado para a estimativa da irradiação solar média anual em plano inclinado junto ao dimensionamento de sistemas de aquecimento solar de água no Brasil. In: XXXVIII Reunión de Trabajo de la Asociación Argentina de Energías Renovables y Medio Ambiente. San Rafael: ASADES e UTN, v. 3. p