18 – Saiba como criar um sistema fototermico

E aí, pessoal. Tudo bem? No texto anterior vocês aprenderam o básico do dimensionamento de um sistema solar fotovoltaico. Agora, é a vez do sistema solar fototermico. Ambos os sistemas consistem no uso da energia solar, porém a energia fototermica consiste em utilizar a energia térmica. O seu uso mais comum é em aquecimento de água para uso residencial.

Vale lembrar que o texto é apenas um guia de como é feito um dimensionamento. Da mesma forma que o texto sobre energia fotovoltaica, haverá fontes caso haja o interesse em um trabalho mais aprofundado.

Composição do sistema fototermico

Pode-se dizer que este sistema é uma versão térmica da energia solar fotovoltaica. Temos os coletores como os “módulos fotovoltaicos”, o boiler como as “baterias” e a tubulação e a caixa d’água como se fossem o “inversor” do sistema fototermico.

O coletor é o responsável pela transferência de energia solar térmica para o seu usuário. Nestes mesmos equipamentos, estão acoplados tubos. Estes tubos estão conectados a um boiler (reservatório térmico), sendo que o caminho desta tubulação até este componente é denominado circuito primário. Este boiler contêm: tubos acoplados com os coletores, tubos responsáveis pela transmissão da água quente e a própria caixa d’água do estabelecimento. Os componentes listados são importantes para a compreensão da troca de calor responsável pelo funcionamento do sistema. Após a água contida nos tubos do coletor estar com a temperatura elevada, ela transfere calor através do boiler para uma outra tubulação destinada para o consumidor. Esta segunda tubulação é abastecida pela caixa d´água local. Ou seja, a água destinada ao uso térmico vem da caixa d´água para o boiler e consequentemente ser utilizada. Finalmente, a água aquecida do circuito primário tem sua temperatura reduzida após a transferência, retornando para o coletor. Antes de retornar, a tubulação entra em contato com o mesmo fluido vindo de uma fonte externa (porém de temperatura mais baixa), de forma a ajudar nesta redução de temperatura. A figura abaixo ilustra melhor o esquema do sistema térmico.

*A imagem ilustra um sistema fototermico com o uso de bomba. Dependendo do tipo de sistema, não é necessário uma bomba para a água retornar para o coletor.

Dimensionando o sistema

1 – Inclinação dos coletores

Uma das partes mais importantes é determinar a inclinação do coletor, de forma que os raios solares o atinjam da forma mais perpendicular. Existe uma regra para determinação desta inclinação, segundo a latitude de localização e seu período de utilização. Varias literaturas contem estas regras, em que você pode consultar caso tenha interesse em considerar a inclinação no seu dimensionamento.

2 – Área dos coletores

Um passo essencial é a determinação da área dos coletores solares. Este cálculo é feito através de dois fatores principais, que são o volume de água consumido e a temperatura de armazenamento. Primeiramente, utilizando os dois valores idem outras constantes (como a densidade da água), é determinada a energia necessária para o aquecimento da água. Em seguida, é utilizado este valor, juntamente a outras constantes (um destes é relacionado com a inclinação do coletor) para o cálculo da área coletora. A partir deste valor, é definido a marca do coletor e ate mesmo a sua quantidade. Um exemplo é o resultado do dimensionamento ser de 1000 m² e ser preciso utilizar 2 coletores de 500 m², pois é mais viável para o usuário.

3 – Arranjo dos coletores

O arranjo destes coletores também é importante. Eles podem ser arranjados em serie ou em paralelo, assim como os módulos fotovoltaicos. No arranjo em serie, a vazão de água nos coletores é a mesma, pois o mesmo fluido circula por vários coletores. Porém, não é recomendável que tenha uma quantidade excessiva destes em serie devido a um limite para a temperatura ser aumentada. Após ultrapassar este limite, poderá haver uma redução na sua eficiência. Isto pois temperaturas elevadas tendem a reduzir a troca de calor entre o liquido e os coletores. No arranjo em paralelo, temos uma vazão para cada fileira de coletores, sendo a vazão total o somatório das vazões anteriores. A vantagem deste arranjo é que a eficiência da troca de calor não se altera. Logo, um arranjo misto é aconselhável para vários coletores, de forma a suprir as vantagens e desvantagens de um único tipo.

4 – Outros componentes

Além dos coletores, é necessário o calculo da tubulação tanto do circuito primário, quanto do circuito secundário. Isto pode ser feito estimando a distância dos coletores ao boiler, da mesma forma que a distância do boiler até o consumidor. Varias tubulações possuem comprimentos específicos. Logo, para saber a quantidade destes tubos é preciso estimar a distância de ambos os circuitos.

Dependendo do tipo de sistema de aquecimento, será necessário o dimensionamento de uma bomba para retornar a água para o coletor. Existem cálculos específicos para o dimensionamento da bomba, cujo dado essencial é a vazão de água do circuito primário.

Finalmente é essencial um sistema de aquecimento auxiliar. Este sistema serve para aquecer a água caso o sistema fototermico não consiga ajustar a água ate a temperatura desejável. Geralmente é utilizado nos dias nublados ou a noite, cujos períodos possuem pouca ou até mesmo nula radiação solar. O sistema auxiliar é o sistema convencional, que aquece a água graças a energia elétrica.

Conclusão

Agora que você tem noção dos passos básicos para criar seu próprio sistema fototermico, que tal testar na sua própria residência? Será que para você é viável um sistema de aquecimento solar? Links para estudo logo abaixo. Até a próxima.

Referências Bibliográficas:

(1) Energia Solar Térmica: manual sobre tecnologias, projecto e instalação. [s.l: s.n.].

(2) RIBEIRO, V. B. M. Dimensionamento de instalações solares térmicas em edifícios. Universidade do Porto, 2014.

(3) Sistemas de aquecimento de água para edifícios através da associação energia solar e gás natural. [s.l: s.n.].

(4) SOARES, J. S.; ANATER, M. J. DO N. Dimensionamento de um sistema de energia solar térmica para o aquecimento de água em um hotel de médio porte na cidade de dourados – MS. Encontro de Ensino, Pesquisa e Extensão, 2014.

Rafael Henrique

Sou graduado em Engenharia de Energia pela PUC Minas. Recentemente, concluí o mestrado em Planejamento de Sistemas Energéticos pela UNICAMP. Decidi dar inicio a este blog, com o intuito de abrir o espaço de divulgação científica relacionado a energia e seus temas relacionados.

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1 Resultado

  1. Penha disse:

    Muito bom, parabéns . Informações valiosas.

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