Lucilene Silva Dias 1 (MSc.); Sebastião C. Guimarães Jr. 2 (Dr.); José R. Camacho 2 (PhD)

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1 ESTUDO PROSPECTIVO E ECONÔMICO DA SUBSTITUIÇÃO DO CHUVEIRO ELÉTRICO PELO AQUECEDOR SOLAR - PARTE II: PESQUISA REALIZADA JUNTO AOS USUÁRIOS E SUAS INSTALAÇÕES Lucilene Silva Dias 1 (MSc.); Sebastião C. Guimarães Jr. 2 (Dr.); José R. Camacho 2 (PhD) 1 Faculdade de Tecnologia São Carlos, Joinville SC, lucy_dias18@yahoo.com.br 2 Universidade Federal de Uberlândia, Faculdade de Engenharia Elétrica, Núcleo de Eletricidade Rural e Fontes Alternativas de Energia (NERFAE), Uberlândia MG, scguimaraes@ufu.br ; jrcamacho@ufu.br Resumo Neste artigo, Parte II, são estudadas algumas características dos usuários de aquecimento solar para verificar o seu nível de conhecimento sobre aquecimento solar bem como suas instalações são avaliadas in loco para checar se estão em conformidade com as recomendações de projeto. Por ultimo é analisado o consumo de energia elétrica que estas residências apresentaram após a instalação do aquecedor solar. O objetivo consiste em se ter um conhecimento geral o comportamento dos usuários de aquecimento solar, seu nível de satisfação e como estão sendo feitas as instalações. Espera-se com este estudo que se possam fornecer subsídios para políticas de inserção da tecnologia junto à população. Palavras-Chave - Aquecimento solar, Chuveiro elétrico, Fontes renováveis de energia, Pesquisa de campo A PROSPECTIVE AND ECONOMIC STUDY IN THE SUBSTITUTION OF THE ELECTRIC SHOWER BY THE SOLAR WATER HEATER - PART II: RESEARCH QUESTIONNAIRES ON USERS AND THEIR INSTALLATIONS Abstract In this paper, Part II, some characteristics of the water solar heating users are studied in order to evaluate their knowledge about solar heating. The users installations are evaluated in loco to check if they are in accordance to the project recommendations. At last it is analyzed the electric energy consumption for those residences using solar water heating. The objective is to have a general overview about the behavior of the solar heater users, evaluate their level of satisfaction and how installations are being made. It is expected that with this study subsidies can be made to politics of insertion of this technology to the population. 1 Keywords - Electric shower, Field Research, Renewable and Alternative Energy, Solar Water Heating. I. INTRODUÇÃO O Brasil vivenciou em 2001 uma crise energética, o apagão, que obrigou toda a população a economizar energia elétrica. Como alternativa à crise muitas famílias optaram pela instalação do aquecedor solar como forma de atender à restrição de consumo de energia elétrica imposta pelo governo. A mídia fez uma grande divulgação do aquecedor solar em substituição ao chuveiro elétrico e a indústria do setor teve um crescimento atípico No Brasil, entretanto, o número de aquecedores solares instalados representa uma pequena parcela de consumo referente ao uso final aquecimento de água, fato justificado pelo alto custo de aquisição do aquecedor solar. Para tornar o aquecimento solar a forma usual de se obter água quente nas residências há muito que ser feito no Brasil em termos de incentivo à expansão das vendas desta tecnologia. È necessária uma maior divulgação e um maior esclarecimento desta alternativa pelos fabricantes, revendedores e governo junto aos consumidores, o que pode influenciar e facilitar sua decisão de compra do equipamento. Para fomentar políticas de incentivo ao uso do aquecedor solar é necessário, então, se ter um conhecimento melhor sobre os usuários destes sistemas para entender as barreiras que impedem ou dificultam a sua aquisição. Neste sentido, o trabalho desenvolvido por [5] objetiva fazer um levantamento de diversos itens relacionados à utilização da tecnologia solar para aquecimento de água. Numa primeira etapa é proposta uma comparação econômica na substituição do chuveiro elétrico pelo aquecedor solar, mostrando o tempo de retorno do investimento do aquecedor solar e a economia obtida no final do ciclo de vida de utilização deste [6], [7] e [8]. No artigo [9] é feito um estudo do sistema de aquecimento solar junto à população em geral, arquitetos e engenheiros e junto aos instaladores destes equipamentos. Neste artigo, na sua parte II, serão mostradas aqui algumas características que foram levantadas junto aos usuários, que optaram pela alternativa de aquecimento solar. Estas características são: o número de moradores, idade, escolaridade, renda familiar, grau de conhecimento sobre aquecimento solar, etc. Com os dados estudados espera-se compreender melhor quem poderão ser os potenciais usuários desta tecnologia e que se possam fornecer subsídios para se programar políticas que visem à inserção desta tecnologia junto ao maior número possível de pessoas junto á população em geral.

2 Em seguida foram estudadas in loco as instalações destes usuários. Foram avaliados: ângulos de inclinação e declinação dos coletores solares, uso da resistência auxiliar, limpeza do aquecedor solar, etc. Os resultados obtidos ajudarão avaliar se os usuários são informados corretamente quanto ao uso destes equipamentos no ato da compra bem como avaliar se as instalações estão corretamente instaladas. Por ultimo é feita uma avaliação nas contas de energia elétrica, antes e após a instalação do equipamento, para que se possa comprovar ou não se de fato houve uma redução na conta destes usuários. II. DESCRIÇÃO DA PESQUISA A metodologia adotada para levantamento dos dados consistiu na aplicação de um questionário, mostrado na Tabela I, a todas as residências visitadas cujos endereços foram obtidos junto às lojas revendedoras de equipamento solar. O objetivo inicial era visitar só as residências onde houvesse a possibilidade de se fazer um levantamento do consumo da energia elétrica antes e depois da substituição do chuveiro elétrico pelo aquecedor solar. Ao se pesquisar as residências onde haviam sido instalados aquecedores solares nos dois últimos anos foram verificadas que: 19 famílias instalaram o aquecedor solar na construção da casa; 34 famílias fizeram a substituição do chuveiro elétrico. As medições dos ângulos de inclinação das placas foram feitas com um inclinômetro, mostrado na Figura 1. Fig.1. Inclinômetro utilizado nas medições. III. CARACTERIZAÇÃO DOS MORADORES As pesquisas realizadas junto às famílias que adquiriram o aquecedor terão seus resultados mostrados nas subseções seguintes. A. Número de Moradores por Habitação Este dado da Figura 2 permite estabelecer os valores de economia per capita obtida com a substituição do chuveiro elétrico. Constitui também num dado importante para se estimar o consumo de energia elétrica de cada residência. TABELA I Questionário para os usuários de aquecimento solar Fig.2. Distribuição de freqüência do numero de moradores por habitação. A moda obtida foi de 4 moradores, o número máximo encontrado foi 9 ficando a média em 3,6 moradores por residência. O número de pessoas na moradia interfere no tempo de retorno do investimento e o resultado encontrado aqui leva a concluir que o tempo médio de retorno do investimento é de 7 anos [5], [6], [7] e [8]. Durante as visitas também foram feitas medições do ângulo de inclinação e da orientação das placas, para verificar se os aquecedores foram instalados adequadamente. B. Idade dos Moradores Na Figura 3 é mostrada uma distribuição bastante variada principalmente por ter considerado a idade dos responsáveis da casa (pais). Considerando apenas a idade dos filhos, tratase de uma população bastante jovem com média de 48% de ocorrência de idades até 30 anos. Uma população mais jovem tende a tomar banhos mais demorados e a instalação de um aquecedor solar nestas residências representaria uma economia de energia elétrica ainda maior. Espera-se que a probabilidade da população jovem fazer opção pelo aquecimento solar, quando constituírem família, aumente pelo fato destas pessoas já terem tido alguma experiência com o uso desta tecnologia tornando-se também potenciais difusores da mesma.

3 Fig.6. Meios de informação a respeito do aquecedor solar. Fig.3. Distribuição da população por faixas etárias. C. Escolaridade A maioria (70%) dos responsáveis pelas casas pesquisadas possui pelo menos o segundo grau completo, sendo que 30% deste total se referem às pessoas com ensino superior, como é mostrada na Figura 4. Pode-se concluir que a escolaridade das pessoas é um fator decisivo na compra por novas tecnologias de aquecimento. Fig.4. Escolaridade das pessoas que adquiriram aquecedor solar. D. Renda Familiar Como esperado, na Figura 5 é mostrado, que as famílias entrevistadas pertencem a uma classe social mais elevada, com 53% das famílias possuindo uma renda familiar superior a 10 salários mínimos (SM). A renda média encontrada foi de 9 SM. Apenas 6 famílias são de classe social mais baixa onde a faixa salarial mínima encontrada foi de 3 SM. Fig.5. Distribuição de freqüência do numero de salários mínimos das famílias. IV. CONHECIMENTO DOS ENTREVISTADOS A. Meios de Informação a Respeito da Tecnologia de Aquecimento Solar O conhecimento através de amigos ou vizinhos é meio de comunicação que mais atua na difusão da forma de aquecimento solar, Figura 6. O item outros se refere à internet, escola e demonstração comercial em shopping. B. Conhecimento de Linhas de Crédito Específico para Financiamento do Aquecedor Solar Os resultados obtidos mostram que a grande maioria (87%) das pessoas não possui qualquer conhecimento da existência de algum financiamento. O restante (13%) que responderam sim à pergunta, não soube dizer como obter este financiamento. Este resultado pode ser explicado pelo fato de que a maioria destas famílias tinha alto poder aquisitivo e por este motivo não tiveram interesse em procurar um financiamento para a compra do aquecedor solar. De acordo com informações obtidas junto a Caixa Econômica Federal não existia a possibilidade de se financiar a compra do aquecedor em linha de crédito especifica, mas apenas inserindo-a na linha de crédito destinada à construção da casa própria (CONSTRUCARD). Segundo informações obtidas nesta mesma agência bancária, na época do racionamento de energia elétrica o governo lançou um financiamento específico para a compra do aquecedor solar, mas este não teve grande procura e logo foi extinto. V. DETALHES REFERENTES ÀS INSTALAÇÕES A. Ângulo de Inclinação dos Coletores Solares No Brasil a superfície receptora da radiação solar deve estar voltada para o Norte, pois assim estão expostos a um maior número de horas de insolação. Para maior energia total anual a inclinação das placas deve coincidir com a latitude do local [4]. No caso de Uberlândia esta inclinação está em torno de 20º. Usando-se o inclinômetro da Figura 1 foram feitas 43 medições no total, sendo que 32 eram de casas onde houve a substituição do chuveiro elétrico e 11 de casas onde o aquecedor foi instalado no momento da construção. O resultado é mostrado na Figura 7. A média encontrada foi de 22,74º e o desvio padrão de 5,48º, ficando a moda no intervalo de 22-25º. Observa-se que as instalações visitadas não obedecem a um critério específico no que diz respeito ao ângulo de inclinação das placas. Na maioria das residências visitadas, as placas se encontravam deitadas sobre o telhado tendo a inclinação deste. Em 10 das residências visitadas as placas se encontravam montadas sobre um suporte e destas apenas 4 possuíam ângulos na faixa entre 18-22º. Daí pode-se concluir que o uso do suporte visava apenas obter a orientação correta e não uma maior eficiência do sistema. Uma destas instalações visitadas é mostrada na Figura 8. Para as residências que instalaram o aquecedor solar durante a construção, foram encontradas duas instalações onde as placas tinham inclinações de 13º e 15º, seis casas

4 onde os valores estavam entre 20º e 24º e três onde as inclinações ficaram no intervalo entre 25º e 34º. Destes resultados pode-se concluir que os instaladores não vêm obedecendo a um padrão de inclinação para as placas coletoras. Mesmo para os aquecedores instalados durante a construção parece que alguns projetos não previram a inclusão destes itens na hora da escolha da inclinação do telhado resultando em uma inclinação fora da média prevista. Fig.9. Freqüência relativa das declinações medidas. Fig.7. Freqüência relativa dos ângulos de inclinação medidos. Fig.8. Foto do aquecedor solar de uma das residências visitadas. B. Orientação das Placas Solares Para verificar se as placas solares das instalações visitadas se encontravam voltadas para o Norte geográfico foram feitas medições com auxílio de uma bússola. Foi feita uma correção de 20º a leste para se obter o Norte geográfico em relação ao Norte magnético para a localidade de Uberlândia. A distribuição de freqüência da variação das declinações medidas, defasadas a Leste ou Oeste, é mostrada na Figura 9. A média encontrada é de 29º e o desvio padrão é de 26º. A moda obtida está na faixa de 0º a 15º. Pode-se ver que um grande número de instalações possui defasagens acima de 45º, ou seja, completamente voltadas para Leste ou Oeste. Pode-se concluir deste resultado que os instaladores não vêm atendendo com rigor ao critério de orientação das placas solares. Muitas vezes estes instaladores encontram telhados que não estão voltados para o Norte e mesmo fazendo uso de suportes não conseguem orientar corretamente as placas. Isto pode resultar num superdimensionamento do sistema, implicando em um custo maior para o proprietário da casa, que não possui conhecimento para interferir na instalação. C. Fonte Auxiliar de Energia Para verificar as características de uso da resistência auxiliar o morador foi questionado se ele sabia da existência desta fonte auxiliar de energia. A falta de conhecimento pode levar a desperdícios energéticos, pois estando sempre ligado o disjuntor da resistência, esta pode entrar em funcionamento em horários em que não há necessidade de água quente, como de madrugada, por exemplo, resultando em um maior consumo do que se fosse usado o próprio chuveiro elétrico. Das 53 instalações viditadas apenas 4 moradores declararam que não haviam sido informados a respeito da existência de fonte auxiliar de aquecimento, logo estas pessoas não saberiam como utilizar adequadamente esta fonte auxiliar.o restante das 49 pessoas declararam saber a respeito da existência da resistência auxiliar e a forma como elas utilizavam esta resistência ficou assim: 31 mantêm o disjuntor desligado; 16 optaram por não instalar a resistência auxiliar; 1 optou por utilizar potenciômetro; 1 mantêm o disjuntor ligado. As pessoas que disseram não terem instalado a resistência deixaram um chuveiro elétrico instalado como opção de aquecimento de água para o banho. Para verificar se o aquecedor solar vem atendendo as necessidades das famílias entrevistadas, estas foram questionadas o quanto a resistência auxiliar vem sendo acionada desde a instalação do sistema de aquecimento solar. A pergunta sugeria: nunca, raramente e freqüentemente. O resultado é que em 100% das residências visitadas raramente a resistência é acionado ou se faz uso do chuveiro elétrico. Este fato permite concluir que o aquecedor solar vem atendendo muito bem as necessidades das famílias, gerando uma satisfação devido ao uso deste equipamento. D. Limpeza nos Vidros do Aquecedor Solar O resultado obtido foi de que 53% de pessoas sabiam da necessidade de limpeza nos vidros do aquecedor solar e 47% disseram que não estavam informadas a respeito e que não estão dispostos a fazê-lo. Das pessoas que sabiam da necessidade de limpeza periódica nos vidros, a maioria (60%) declarou que raramente faz esta manutenção. Somado ao fato que muitas pessoas, mesmo estando bem informadas, raramente fazem esta limpeza, o resultado é que a maioria destas instalações podem vir a ter uma queda em sua eficiência a longo prazo.

5 E. Problemas com a Instalação Segundo dados de [3], os motivos para o não funcionamento dos sistemas solares de aquecimento ficam divididos da seguinte maneira: 56% são problemas na instalação hidráulica; 33% são problemas arquitetônicos e 11% são problemas no sistema de aquecimento solar. Das 53 residências visitadas, apenas 6 responderam que tiveram algum tipo de problema com a instalação do equipamento solar, sendo que deste grupo, 4 relataram que os problemas eram de origem da instalação hidráulica e 2 relataram que o sistema de circulação natural não funcionou corretamente. F. Satisfação do Usuário O nível de satisfação do usuário de aquecedor solar reflete razoavelmente bem a qualidade das instalações. Dos 53 entrevistados, apenas 2 responderam que estavam parcialmente satisfeitos com o sistema de aquecimento solar, sendo que os restantes (96,2%) declararam estar totalmente satisfeitos com o equipamento. Pesquisa semelhante realizada com usuários de aquecedor solar indica que 50% destes declararam uma alta satisfação com o equipamento e 48% declararam uma satisfação média [1]. Em outra pesquisa os resultados se mostraram muito próximos aos anteriores, com índices de avaliação de desempenho entre ótimo e bom acima de 96% [2]. Este resultado mostra que apesar do fato da maioria das residências visitadas terem recebido o aquecedor solar após já estarem construídas (sem um projeto apropriado), de ter sido encontrada uma variação considerável nos valores dos ângulos de inclinação e de orientação das placas, as instalações visitadas vêm atendendo bem as necessidades destas famílias, sem apresentar problemas que possam colocar em cheque a confiança que os usuários adquiriram com a experiência desta alternativa de aquecimento de água para banho. B. Economia em kwh por Residência De todas as casas visitadas, em apenas 20 foi possível se fazer a análise mais detalhada das contas de energia elétrica. Os resultados gerais tiveram como base os dados de consumo de cada residência. São mostrados 3 casos, com consumo mês a mês, antes e depois da instalação do aquecedor solar, Tabela II. Nas Figuras de 10 a 12 são mostrados os dados individuais para cada família. Pelos valores mostrados pode-se inferir que, como resultado desta substituição, o número de moradores na residência influência na economia obtida. Para as 20 famílias estudadas os resultados são mostrados na Tabela III. TABELA II Média mensal de economia encontrada Família N o moradores Economia Desvio Padrão 1 Figura % 8% 2 Figura % 11% 3 Figura % 13% Fig.10. Comparação de consumo de energia. Elétrica residência 1. VI. ANÁLÍSE DAS CONTAS DE ENERGIA ELÉTRICA O objetivo é mostrar as reduções obtidas nas contas de energia elétrica. Foram analisados os consumos de energia elétrica das residências um ano antes e um ano depois da instalação do aquecedor. Só foram analisadas as casas onde se pudesse concluir que a redução no consumo era resultado da instalação do aquecedor solar. Foram desconsideradas, famílias que adquiriram equipamentos novos (por exemplo, ar condicionado) depois da instalação do aquecedor solar. A amostra ficou em 34 residências que fizeram a substituição do chuveiro elétrico e 17 residências que instalaram o aquecedor na construção da casa (as contas anteriores eram da antiga residência onde estes moravam). A. Percepção por Parte do Usuário na Redução do Consumo de Energia Elétrica Da pesquisa resultou que 83% das pessoas observaram uma economia de energia em suas contas, sendo estas famílias a maioria que instalaram o aquecedor solar em substituição ao chuveiro elétrico. Os outros 17% eram de famílias que instalaram o aquecedor solar durante a construção da casa o que pode ter dificultado esta percepção. Fig.11. Comparação de consumo de energia. Elétrica residência 2. Fig.12. Comparação de consumo de energia. Elétrica residência 3.

6 TABELA III Economias médias mensais obtidas por residência Residência Economia Obtida (kwh) Redução Média (%) Economia per capita (kwh) Economia Média (R$) 1 167,2 47,6 20,9 96, ,9 13,2 13,45 15, ,5 46,3 95,5 166, ,9 33,2 20,2 58, ,6 33,1 23,4 180, ,4 32,2 14,5 41, ,6 24,1 7,4 17, ,8-5,7-9,9-11, ,4 22,2 26,5 46, ,4 8,9 3,5 10, ,4 24,8 10,8 18, ,1 25,8 14,3 33, ,1 7,3 10,0 11, ,9 30,7 7,7 17, ,8 25,4 46,8 27, ,1 52,5 9,3 48, ,2 57,9 24,4 12, ,5 37,5 29,8 51, ,0 33, , ,6 32,8 46,5 80,97 C. Distribuição Normal da Amostra Pesquisada Para todas as residências visitadas a curva normal obtida é mostrada na Figura 13. Verifica-se que 70% das residências visitadas obtiveram uma redução média entre 20% e 50% no valor do consumo de energia elétrica, sendo que a média ficou em torno de 30% e o desvio padrão em 15,6%. Fig.13. Distribuição normal da redução percentual mensal. VII. CONCLUSÕES Neste trabalho foi mostrada a experiência junto a uma amostra de residências da cidade de Uberlândia com o uso da tecnologia solar para aquecimento de água, mostrando um alto grau de satisfação destas famílias, contribuindo, portanto, para que se forneçam mais informações voltadas à prática do uso do aquecedor solar. A grande satisfação dos usuários com a tecnologia de aquecimento solar pode estar relacionada com a economia verificada nestas residências. Pela análise das contas a grande maioria das famílias obteve redução na faixa de 30% a 35% no consumo de energia elétrica, o que representa uma grande economia financeira, considerando o alto preço de venda do kwh. Quanto às instalações foi verificada uma variação considerável nos ângulos de inclinação e de orientação medidos. Os profissionais que vêm instalando estes equipamentos carecem de um treinamento mais adequado por parte dos fabricantes e revendedores de aquecedores solares. Apesar disto os equipamentos instalados vêm atendendo muito bem as necessidades das famílias que fizeram a opção pelo seu uso, observando que em 100% das residências visitadas a resistência auxiliar é raramente acionada. Deve-se enfatizar aqui que o incentivo ao uso do aquecedor deve ser dividido entre as concessionárias de energia elétrica, fabricantes, setores governamentais e não deixado somente na responsabilidade do consumidor. AGRADECIMENTOS Os autores agradecem a CAPES, CNPq e FAPEMIG pelo apoio financeiro. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] Abrava - Associação Brasileira de Refrigeração, Ar Condicionado, Ventilação e Aquecimento. O Aquecedor solar de água para o setor elétrico e para o usuário final. Eletrobrás PROCEL, [2] Cemig. Pesquisa de hábitos de consumo em residências que utilizam aquecedor solar [3] Cemig. Energia solar para aquecimento de água instruções para engenheiros e projetistas [4] Duffie, J. A. & Beckman, W. Solar Engineering of Thermal Processes, Vol. único. New York:John Willey & Sons, 2 ed., [5] Dias, L. S., Estudo prospectivo e econômico da substituição do chuveiro elétrico pelo aquecedor solar na cidade de Uberlândia-MG. Dissertação de Mestrado. Faculdade de Engenharia Elétrica da Universidade Federal de Uberlândia, 124 p. [6] Dias, L. S; Guimarães Jr., S. C; Camacho, J. R. Salerno, C. H Estudo Comparativo entre as Alternativas de Aquecimento de Água Residencial Utilizando Aquecedor Solar e Chuveiro Elétrico. In: UNINDU2005-1st International Congress University - Industry Cooperation, 2005, Ubatuba. Anais do UNINDU, v. 1. p [7] Dias, L. S.; Guimarães Jr., S. C.; Camacho, J. R.; Salerno, C. H., Estudo comparativo entre as alternativas de aquecimento de água residencial utilizando aquecedor solar e chuveiro elétrico. In VII Induscon - Conferência Internacional de Aplicações Industriais, Recife. [8] Dias, L. S.; Guimarães Jr., S. C.; Camacho, J. R., Estudo comparativo entre as alternativas de aquecimento de água residencial utilizando aquecedor solar e chuveiro elétrico. In VI CEEL - Conferência Engenharia Elétrica, FEELT/UFU, Uberlândia. [9] Dias, L. S.; Guimarães Jr., S. C.; Camacho, J. R., Estudo Prospectivo e econômico da substituição do chuveiro elétrico pelo aquecedor solar Parte I: Pesquisas realizadas junto ao público, engenheiros e instaladores. No prelo In VII CEEL - Conferência Engenharia Elétrica, FEELT/UFU, Uberlândia.