TH 030- Sistemas Prediais Hidráulico Sanitários

Transcrição

1 Universidade Federal do Paraná Engenharia Civil TH 030- Sistemas Prediais Hidráulico Sanitários Aula 13 Sistema Predial de Água Quente: Energia Solar e Aquecimento a Gás Profª Heloise G. Knapik 1

2 Energia solar Tipo de tecnologia: Aquecimento direto (p. ex água em residências) Células solares fotovoltaicas Concentração de calor e geração de vapor em torres centrais CSP (Concentrated Solar Power) concentra-se a luz solar sobre encanamentos, aquecendo uma mistura de sal fundido, que em contato com a água produz vapor em seu interior, acionando turbinas e geradores de eletricidade.

3 Aquecimento solar Atualmente utilizado para aquecer água para: Uso doméstico Piscina Uso industrial Vantagens Não poluidora, inesgotável e silenciosa Representa fonte alternativa de energia Obs: no uso residencial é complementada com o aquecimento elétrico nos dias sem sol.

4 Instalação das placas solares: A Energia solar não é constante ao longo do dia e varia com as estações do ano Orientar o coletor para receber a maior incidência possível de raios solares durante o dia:

5 Para maior incidência dos raios, instalar na horizontal com inclinação estimada a partir da latitude do local acrescido de 5 ou 10 º As perdas direcionais para telhados com face NE ou NO variam entre 3% e 8%. Para um telhado com face Leste ou Oeste, há perdas entre 12% e 20%. Inclinação ideal para Curitiba: entre 30 e 35 º (latitude de 25º)

6 No hemisfério sul, o coletor voltado para a direção norte

7 Tipos de Instalações de Aquecimento Solar: Natural Circuito Aberto Circuito Fechado Forçada Circuito Aberto Circuito Fechado A escolha do tipo de instalações depende: - Custos - Disponibilidade de espaço - Frequência da utilização - Intensidade da radiação solar

8 Circulação Natural Circuito aberto (Termossifão)

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10 Circulação Natural Circuito fechado (Termossifão)

11 Circulação Forçada Circuito aberto

12 Circulação Forçada Circuito aberto

13 Circulação Forçada Circuito fechado

14 Instalações: Instalações prediais de água quente

15 Consumo: Fonte: Carvalho Júnior, 2014

16 Consumo: Fonte: Carvalho Júnior, 2014

17 Dimensionamento da superfície coletora (painel): Cálculo da área coletora: S = Q I. η S= área (m²) Q = quantidade de calor necessária (kcal/dia) I = intensidade de radiação solar (kwh/m² ou kcal.h/m²) η = rendimento do aproveitamento da energia por painel (estimado, para fins práticos, em 50%) Dado prático: 1 m² de coletor solar para L de água quente necessários (ou seja, uma superfície suficiente para uma habitação unifamiliar de 3 a 6 m²)

18 Exemplo de cálculo: Calcular o volume do boiler e a área do coletor solar necessária para aquecer água de 20 C para 60 C de uma residência unifamiliar de 5 pessoas, localizada na cidade do Rio de Janeiro. Dados: Consumo per capita de água quente: 50 L/hab.d Calor específico da água: c = 1 kcal/kgºc Temperatura inicial: T i = 20ºC Temperatura final: T f = 60ºC Intensidade de radiação aproximada RJ: 1 cal/cm 2.min Tempo de exposição do sol: 7 horas Rendimento de aproveitamento da energia por painel: =50% (fins práticos)

19 Exemplo de cálculo: Solução: (a) Volume do boiler: V = NxCp V = 5 hab x 50 L/hab V = 250 L

20 Exemplo de cálculo: Solução: (b) Determinar a quantidade de calor: Q = mcδt Q = ρv cδt Q = 1,0 kg L. 250 L 1 kcal kg ºC ºC Q = kcal

21 Exemplo de cálculo: Solução: (c) Intensidade de radiação durante as horas de insolação: I = i x t I = 1 cal cm² min x 7 h x 60 min h I = 420 cal cm² = 4200 kcal m 2

22 Exemplo de cálculo: Solução: (d) Cálculo da área necessária: S = Q I. η S = Q I. η = kcal kcal x 0,5 = 4, 76 m²

23 Componentes típicos de uma placa solar

24 Materiais da tubulação Tubos Cobre Tubos de PVC resistentes (Ex. CPVC Aquatherm Tigre) Tubos PEX (Polietileno retibulado) Tubos de PPR (Polipropileno copolímero random)

25 Coletor solar para residências

26 Coletor solar de PVC utilizado para aquecer água de piscinas

27 Preços Boiler 200 L inox: R$ 1.500,00 Placa solar (2 m²) R$ 1.000,00 Placa para piscina (2 m²) R$ 300,00

28 Radiação solar Radiação solar global diária, média anual (MJ/m².dia) (Fonte: Atlas Solarimétrico do Brasil)

29 Potencial de uso de energia solar - incentivos Casa do Minha Casa, Minha Vida 2 com aquecimento solar de água, o que possibilita às famílias de baixa renda economizarem na conta de eletricidade e gera ganhos ambientais

30 Estacionamento gerador de energia solar - UERJ 414 painéis solares fotovoltaicos Capacidade: 140 mil kwh por ano Investimento do projeto é de R$ 1,6 milhão (isenção de ICMS) Economia de R$ 65 mil/ ano na conta de luz (UERJ) Tecnologia: As placas solares japonesas; Estrutura instaladas é alemã. Ideia brasileira: financiamento com $$ de imposto (IMCS que pagaria na conta de luz na ordem de R$ 14 milhões por ano)

31 Aquecimento a gás Utilização de GLP (Gás Liquefeito de Petróleo) ou GN (Gás Natural), conforme as normas NBR e NBR 13933, para aquecimento de água. Instalação em ambientes ventilados para evitar risco de inalação do gás. 1 m³ de gás pode produzir, em média, kcal rendimento de 70% (Fonte: Creder, 1995)

32 Aquecimento a gás Vazão para o dimensionamento de aquecedores de passagem: Somam-se as vazões das peças de utilização dimensionamento em função da capacidade do aquecedor (modelos)

33 Aquecedor a gás de passagem

34 Aquecedor a gás de passagem Preço médio: R$ 480 para uma vazão de 7,5 L/min R$ para uma vazão de 35,5 L/min

35 Aquecedor a gás de acumulação Dimensionamento em função do volume necessário para atender ao consumo diário em função do número de ocupantes (Tabelas)

36 Aquecedor a gás de acumulação Preço médio: R$ para um volume de 200 L

37 Aquecimento central em edifícios - Caldeiras

38 Aquecimento no fogão à lenha - Serpentinas

39 Aquecimento no fogão à lenha - Serpentinas