AlexandreBL_DISSERT

7/25/2019 AlexandreBL_DISSERT

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE

PROGRAMA DE PS-GRADUAO EM ENGENHARIA MECNICA

CONVNIO PPGEM-IFBA

ANLISE DO DESEMPENHO TRMICO DE UM SISTEMA DE

AQUECIMENTO SOLAR DE BAIXO CUSTO

Alexandre Boleira Lopo

Orientador: Prof Dr Luis Guilherme Meira de Souza

Natal-RN

Fevereiro de 2010


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Dissertao submetida


Como parte dos requisitos para a obteno do grau de

MESTRE EM ENGENHARIA MECNICA


Orientador: Prof. Dr. Luiz Guilherme Meira de Souza

Fevereiro de 2010Natal - RN


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Esta dissertao foi julgada adequada para a obteno do ttulo de

MESTRE EM ENGENHARIA MECNICA,

sendo aprovada em sua forma final.

Prof. Dr. Luiz Guilherme Meira de Souza - UFRN- orientador

BANCA EXAMINADORA

______________________________ Prof. Dr. Luiz Guilherme Meira de Souza UFRN

Prof. Dr. Jos Ubiragi de Lima Mendes UFRN

Prof. Dr. Roberto Silva de Souza IFRN


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A demanda de energia global ser o

dobro em 2025 e o triplo em 2050, em

relao ao ano de 1985. A participao

da energia renovvel na demanda global

saltar de 21%, basicamente hidreltrica,

para 54% em 2025, hidreltrica, solar,

elica e biomassa.

Ricardo Aldab (2002, pg. 15)


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Dedicatria:

Dedico este trabalho aos meus pais Manuel Lopo Ogando (in

memoriam) e Dolores B. e Boleira, a meus irmos Jesus (in

memoriam), Dlia, Francisco, Marissol, Samuel, Mariluz e

Manuelita, aos meus filhos Alexandre, Diana, Marco Felipe,

Paula e Jlio Victor e ao meu neto Alexandre.


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AGRADECIMENTOS

Deus, ser supremo, pelo nimo, pela sade mental, fsica e espiritual para a

concluso desta pesquisa.

Ao meu orientador Prof Dr Luiz Guilherme Meira de Souza pela confiana,

ensinamento, amizade e simplicidade que sabiamente me orientou para a concluso desta

pesquisa e me proporcionou momentos relevantes de aprendizagem, alm motivar para a

concluso deste trabalho, impulsionou-me a uma compreenso mais ampla de respeito aos

estudantes e ao papel do educador.

Aos professores e colegas da Universidade Federal do Rio Grande do Norte pelo

valioso apoio.

Aos Professores Dr Jos Ubiragi de Lima Mendes e Dr Roberto Silva de Souza pelos

comentrios, crticas e sugestes que ajudaram a melhorar este trabalho.

Ao Doutorando em Engenharia de Materiais da UFRN Reginaldo Dias e ao tcnico do

Laboratrio de Mquinas Hidrulicas e Energia Solar da UFRN Aldo Paulino de Medeiros

Jnior que colaboram de forma relevante na concluso deste trabalho de investigao e

experimentao.Ao PPgEM/UFRN e CTPGP/IFBA nas pessoas de Rubens Maribondo do Nascimento

e Nbia Moura Nogueira por desempenhar suas funes de forma competente.

A CAPES, UFRN e IFBA pela oportunidade desta capacitao.

Universidade do Estado da Bahia, por ter me afastado das atividades docentes a fim

de concluir a investigao no campus da UFRN.

minha famlia, pelo apoio, em especial, minha me Dolores Boleira e Boleira.

A todos que direta ou indireta contriburam para concluso deste trabalho.


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RESUMO

Apresenta-se um coletor solar a ser utilizado em um sistema para aquecimento de

gua destinada ao banho, cujas principais caractersticas so o baixo custo e fceis processos

de fabricao e montagem. O sistema funciona em regime de conveco natural ou

termosifo. A superfcie absorvedora do coletor formada por doze tubos de PVC de 25 mm

de dimetro externo ligados em paralelo atravs de conexes em T do mesmo material. Os

tubos absorvedores foram recobertos por aletas confeccionadas com latas de alumino

recicladas. Foram estudadas oito configuraes entre placa absorvedora, isolante trmico de

placas de EPS e reservatrios trmicos de 150 e 200 litros. Determinou-se a configurao

mais eficiente para o fim proposto. Foram avaliados parmetros trmicos que comprovaram aviabilidade do sistema de aquecimento estudado.

PALAVRAS-CHAVE: Coletor Solar, Aquecimento de gua, Energia solar, Reciclagem,Baixo custo.


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ABSTRACT

It presents a solar collector to be used in a system for heating water for bathing,

whose main characteristics are low cost and easy manufacturing and assembly. The system

operates under natural convection or thermosiphon. The absorbing surface of the collector is

formed by twelve PVC pipes of 25 mm outside diameter connected in parallel via

connections in T of the same material. The tubes were covered with absorbing fins made with

recycled aluminum cans. We studied eight settings between absorber plate, thermal insulating

EPS boards and thermal reservoirs 150 and 200 liters. It was determined the most efficient

configuration for the correct purpose. We evaluated thermal parameters that proved the

viability of the heating system studied.

KEYWORDS: Solar Collector, Water Heating, Solar Energy, Recycling, Low Cost.


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SUMRIO

1. INTRODUO.......................................................................................................... 17

1.1 Apresentao do trabalho ............................................................................................ 17

1.2 Objetivos ...................................................................................................................... 22

1.2.1 Objetivo geral .............................................................................................................. 22

1.2.2 Objetivos especficos ................................................................................................... 22

2. REVISO BIBLIOGRFICA................................................................................. 23

2.1 Energias renovveis ..................................................................................................... 23

2.2 Energia e radiao solar ............................................................................................... 26

2.3 Conceitos bsicos aplicados a energia solar ................................................................ 28

2.4 Sistema de aquecimento solar (SAS) com coletores de placa plana ........................... 31

2.4.1 Coletores de placa plana .............................................................................................. 31

2.4.2 Sistemas de aquecimento solar (SAS) ......................................................................... 33

2.4.3 Normas dos SAS de uso comercial ............................................................................. 35

2.4.4 Coletores solares no mundo ......................................................................................... 36

2.5 Propriedades fsicas e degradao dos tubos absorvedores...........................................41

2.5.1 O cloreto de polivinila (PVC) e o poliestireno expandido (EPS ou Isopor).................422.5.2 Principais caractersticas do cloreto de polivinila (PVC).............................................43

2.5.3. A degradao do cloreto de polivinila (PVC)...............................................................44

2.5.4 Propriedades do poliestireno expandido (EPS ou Isopor).............................................45

3. MATERIAIS E MTODOS..................................................................................... 46

3.1 Processos de construo, montagem e de ensaio do sistema de aquecimento

proposto ....................................................................................................................... 463.2 Desenvolvimento terico ............................................................................................. 54

A. Determinao dos parmetros trmicos ....................................................................... 54

a.1 Coeficiente global de perdas ........................................................................................ 54

a.2 Determinao do rendimento trmico ......................................................................... 55

4. RESULTADOS E DISCUSSES............................................................................. 56

4.1 Resultados de parmetros trmicos para determinao da eficincia trmica do coletorestudado ................................................................................................................................... 56


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4.2 Determinao da perda trmica do coletor para a configurao VII .......................... 71

4.2 Perda trmica do reservatrio trmico alternativo ..................................................... 72

5. CONCLUSES E SUGESTES............................................................................. 74

5.1 Concluses ................................................................................................................... 74

5.2 Sugestes ..................................................................................................................... 75

6. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS..................................................................... 76

7. ANEXO ....................................................................................................................... 82


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LISTAS DE FIGURAS

Figura 2.1. Fontes de energia alternativa renovvel.................................................................24

Figura 2.2. Mapa da radiao solar global media anual tpica (Wh/m2. dia)............................27

Figura 2.3 Radiao solar global e suas componentes..............................................................28

Figura 2.4- Diagrama simblico dos processos de interao da radiao solar com a atmosfera

terrestre......................................................................................................................................30

Figura 2.5. Coletor solar com seus principais componentes.....................................................31

Figura 2.6. Converso da energia solar em calor......................................................................32

Figura 2.7. Esquemas tpicos de ligao dos tubos absorvedores de coletores planos.............32

Figura 2.8. Esquema bsico de um sistema de aquecimento solar convencional por termosifo

ou conveco natural.................................................................................................................33

Figura 2.9. SAS comercial do fabricante Mondialle Solar, modelo BP -81.............................34

Figura 2.10. Esquema bsico de SAS de circuito direto com bomba de circulao e SAS de

circuito indireto.........................................................................................................................34

Figura 2.11. SAS de circuito indireto com seus componentes e controlador eletrnico de

temperatura................................................................................................................................35

Figura 2.12. Reao de degradao do PVC.............................................................................44

Figura 3.1. Unio entre tubos e conexes de PVC....................................................................46

Figura 3.2. Grade absorvedora formada por 12 tubos de PVC de 25 mm................................47

Figura 3.3. Etapas da construo das aletas com latas de alumnio..........................................47

Figura 3.4. O reservatrio trmico alternativo RT 200 em reforma.........................................48

Figura 3.5. Reservatrios trmicos RT 150 e RT 200 do sistema de aquecimento solar

estudado....................................................................................................................................49

Figura 3.6. Configuraes estudadas, no sentido horrio, VIII ou VII, VI ou V, IV ou III, II ouI, sem apresentao dos reservatrios trmicos RT 150 e RT 200. .........................................50

Figura 3.7. Locais de medio da temperatura de entrada (Tec) e sada do coletor (Tsc)........51

Figura 3.8 Pontos de medida de temperatura da gua contida no reservatrio.........................51

Figura 3.9. O medidor digital de temperatura utilizado nos testes............................................52

Figura 3.10. Pontos de medio de temperatura da grade absorvedora....................................52

Figura 3.11. Sistema solar alternativo de aquecimento de gua em funcionamento na

configurao III.........................................................................................................................53Figura 3.12. O medidor de energia solar digital indicando 548,5 W/ m2.................................53


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Figura 4.1. Comportamento assumido pelos valores mdios dos parmetros estudados para

todas as configuraes em RT150 e RT200..............................................................................61

Figura 4.2. Comportamento assumido pela temperatura da gua em vrios pontos do

reservatrio trmico Configurao I......................................................................................62


reservatrio trmico Configurao III....................................................................................62


reservatrio trmico Configurao VII..................................................................................63


reservatrio trmico Configurao VII. ................................................................................64

Figura 4.6. Comportamento assumido pela temperatura da gua em vrios pontos doreservatrio trmico Configurao II. ...................................................................................64


reservatrio trmico Configurao IV. .................................................................................65


reservatrio trmico Configurao VI. .................................................................................66


reservatrio trmico Configurao VIII. ...............................................................................66Figura 4.10. Comportamento assumido pela temperatura da gua em vrios pontos dos

reservatrios RT 150 e RT 200 no final do ensaio...................................................................67

Figura 4.11. Comportamento assumido pela temperatura da gua depois de misturada para as

configuraes estudadas a variao percentual entre a temperatura da gua do fundo do

reservatrio (Tf) com a do topo ou em cima (Tc) no final do

ensaio........................................................................................................................................68

Figura 4.12. Temperaturas em diversos pontos na superfcie da grade absorvedora CONFIGURAO I.................................................................................................................69

Figura 4.13. Temperaturas em diversos pontos na superfcie da grade absorvedora

CONFIGURAO III. ............................................................................................................69


CONFIGURAO V...............................................................................................................70


CONFIGURAO VII............................................................................................................70


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LISTAS DE TABELAS

Tabela 2.1. Principais propriedades do PVC............................................................................43

Tabela 2.2. Principais propriedades do EPS.............................................................................45

Tabela 4.1. Resultados mdios gerais da Configurao I: sem aletas, sem EPS + RT 150......56

Tabela 4.2. Resultados mdios gerais da Configurao III: sem aletas, com EPS+RT 150....56.

Tabela 4.3. Resultados mdios gerais da Configurao V: com aletas, sem EPS+RT 150......57

Tabela 4.4. Resultados mdios gerais da Configurao VII: com aletas, com EPS+RT 150...57

Tabela 4.5. Resultados mdios gerais para todas as configuraes estudadas para 150litros..57

Tabela 4.6. Resultados mdios gerais da Configurao II: sem aletas, sem EPS+RT 200.......58

Tabela 4.7. Resultados mdios gerais da Configurao IV: sem aletas, com EPS+RT 200.....58

Tabela 4.8. Resultados mdios gerais da Configurao VI: com aletas, sem EPS+RT 200.....59

Tabela 4.9. Resultados mdios gerais da Configurao VIII: com aletas, com EPS+RT 200.59

Tabela 4.10. Valores mdios obtidos para cada configurao estudada para RT150...............59

Tabela 4.11. Resultados mdios obtidos para todas as configuraes estudadas para RT150 e

RT200. s mdios dos parmetros estudados para todas as configuraes RT150 e RT200....60

Tabela 4.12. Resultados mdios gerais da temperatura da gua em vrios pontos do

reservatrio trmico- RT150 - Configurao I.........................................................................61


reservatrio trmico- RT150 - Configurao III. .....................................................................62


reservatrio trmico- RT150 - Configurao V. ......................................................................63


reservatrio trmico- RT150 - Configurao VII.....................................................................63

Tabela 4.16. Resultados mdios gerais da temperatura da gua em vrios pontos doreservatrio trmico-RT150 Configurao II........................................................................64


reservatrio trmico- RT150 Configurao IV......................................................................65


reservatrio trmico- RT150 Configurao VI......................................................................65


reservatrio trmico- RT150 Configurao VIII...................................................................66


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Tabela 4.20. Valores mdios de temperatura da gua aquecida em vrios pontos do

reservatrio para as configuraes estudadas com RT150 e RT200. ......................................67

Tabela 4.21. Valores mdios da temperatura mdia da grade absorvedora para as quatro

configuraes estudadas. ..........................................................................................................71

Tabela 4.22. Resultados do teste de perda trmica realizado com o RT150.............................72

Tabela 4.23. Custo dos materiais utilizados na montagem do coletor......................................73


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SMBOLOS

Alfabeto Latino

T Gradiente de temperatura entre entrada e sada do fluido [oC]

m Vazo mssica [kg/s]

A rea do coletor (rea exposta radiao solar) [m2]

cp Calor especfico da gua em [KJ/kg. K]

ef Espessura da placa de forro [mm]

g Constante da acelerao da gravidade [m/s2]

I Radiao solar globa [KW/m2]

kar Condutibilidade trmica do ar [W/m. K]

kforro Condutibilidade trmica da placa de forro [W/m.K]

Pabs. Potncia absorvida pelo coletor [W]

Pp Potncia perdida pelo coletor [W]

Pu Potncia transferida ao fluido de trabalho [W]

Tamb Temperatura ambiente [C]

Te Temperatura mdia da superfcie superior da placa absorvedora [C]

Uloss Coeficiente global de perda trmica [W/m2.K]

Alfabeto grego

Coeficiente de dilatao trmica [1/K]

Constante de Stefan-Boltzman (5,67 x 10 -8). [W/m2. K4]

Peso especfico [g/cm3

] Viscosidade cinemtica [m2/s]

Espessura da camada de fluido [m]

t Rendimento trmico do coletor e/ou sistema [%]

placa Emissividade placa absorvedora


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Captulo 1 Introduo 17

1. INTRODUO

1.1Apresentao do trabalho

O presente trabalho apresenta os processos de dimensionamento, construo, montagem

e levantamento de desempenho de um coletor solar ou sistema de aquecimento solar

alternativo de baixo custo utilizando tubos de PVC associados a chapas de alumnio obtidas

de material reciclvel como latas de refrigerantes e cervejas.

O coletor solar ou sistema de aquecimento solar alternativo de baixo custo uma

alternativa ecologicamente correta que no deve ser negligenciada, trata-se da utilizao de

fontes de energias alternativas, renovveis e limpas.

Energias alternativas so tipos de energia com grandes potenciais, ecologicamente

corretas, que podem garantir um desenvolvimento sustentvel para o homem. Esse um

conceito que traduz a importncia dessas fontes, renovveis, limpas, e que podem trazer como

diferencial a socializao da energia.

As fontes alternativas de energia eltrica podem ser classificadas em hdrica, trmica,

nuclear, geotrmica, elica, mars e fotovoltaica ou solar.

Em relao energia eltrica, no Brasil a maior quantidade de produzida provm de

usinas hidreltricas, aproximadamente 70%, um fator positivo, pois a gerao de energia por

meio hdrico considerada renovvel e limpa. Em regies rurais e mais distantes das

hidreltricas centrais, tm-se utilizado energia produzida em usinas termoeltricas e em

pequena escala, a energia eltrica gerada da energia elica. (MME, 2009)

Somando-se s importaes, que essencialmente tambm so de origem renovvel,

pode-se afirmar que aproximadamente 80% da eletricidade no Brasil originada de fontes

renovveis sem considerar que parte da gerao trmica originada de biomassa. Na mdia

mundial, fontes renovveis correspondem a apenas 15,6% da gerao de eletricidade. (MME,

2009)

O aquecimento solar de gua, a gerao indireta de energia eltrica atravs do uso de

coletores solares e a converso direta da energia solar em energia eltrica atravs do uso das

clulas fotovoltaicas representam aplicaes extremamente viveis e suas utilizaes tm

crescido exponencialmente em todo o mundo, principalmente nos pases mais desenvolvidos.

A qualificao de alternativas est associada ao exaurir-se das fontes convencionais

poluidoras que esto comprometendo a sobrevivncia humana no planeta Terra. Portanto, paraa continuidade da vida, necessria a substituio de fontes convencionais poluidoras.


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Sabe-se que a maioria das tecnologias e fontes energticas usadas atualmente no so

apropriadas ecologicamente e esto provocando srios danos ao meio-ambiente, alm de

estarem se esgotando rapidamente, por no serem renovveis, como o petrleo.

Nesse contexto as fontes solar, elica e de biomassa abundantes, amplamente

distribudas e ecologicamente atrativas surgem como principais opes na substituio

gradativa das energias sujas, principalmente por no polurem e no contriburem para o

aquecimento global, alm de que as energias renovveis possuem caractersticas que as

tornam atrativas como: uso e produo descentralizada, envolvendo um grande nmero de

produtores e consumidores e baixo custo de manuteno, apesar do custo inicial relativamente

mais alto comparado a sistemas convencionais.

Em relao energia solar, Bezerra (2001) explica que clculos efetuados porespecialistas mostram que a energia solar incidente sobre um milsimo da superfcie da terra

com uma eficincia de apenas 1% representa oito vezes todo o consumo mundial de energia

dos dias atuais, cerca de 12.000 TWh. Trata-se de uma energia que precisa ser mais explorada

e utilizada pela humanidade.

Nas duas ltimas dcadas as energias alternativas estiveram no centro das discusses

principalmente nos pases mais desenvolvidos. Conscientes de que o planeta est em um

processo de aquecimento global, busca-se encontrar formas alternativas de gerao deenergia, que no produzam males to significativo como produzidos pelas fontes fsseis.

O aquecimento global um dos sinais da natureza quanto a utilizao massiva de fontes

a base de petrleo e de seus derivados. O avano das mars, a alterao do calendrio das

chuvas, a diminuio da espessura da camada de gelo nos plos e aumento perceptvel da

temperatura ambiente em todas as partes do mundo, so marcas indelveis desse fenmeno.

Se contrapondo ao uso de derivados do petrleo e carvo est ocorrendo uma maior

participao das fontes renovveis nas matrizes energticas de vrios pases. Vrias naesdesenvolvidas e at subdesenvolvidas tem optado pela implantao de sistemas de energias

renovveis como forma de suprimento de energia. Pases como os Estados Unidos, Espanha,

Inglaterra, Alemanha, Portugal, Austrlia, China, ndia, esto investindo e desenvolvendo

tecnologia para substiturem os combustveis fsseis por energias limpas.

O interesse pelas energias alternativas ocorre tambm em funo da sua competitividade

em relao aos combustveis fsseis, estes tiverem aumentos sucessivos de preo, medidos

pelo barril de petrleo. Na dcada de 1970 onde o preo do barril passou de U$3.00 para U$

40.00 e na presente dcada onde o preo do barril superou a marca dos U$ 150.00, retornando


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a patamares de U$ 50,00, preos que viabilizam e promovem uma maior utilizao de

energias renovveis.

As energias alternativas renovveis so limpas, passveis de serem produzidas de forma

centralizada, de potenciais quase infinitos, com diversas tecnologias de fabricao bastante

simples e acessveis a todos os pases do mundo, disponveis em todas as regies da Terra e

ambientalmente corretas, representa uma opo saudvel para substituio das energias

fsseis que tem causado tantos danos vida no nosso planeta.

Essas caractersticas impulsionam a massificao do uso da energia solar. Pases como o

Brasil com potencial mdio, na regio nordeste, em torno de 600 W/m2, em oito horas de

iluminao, apresentam potencial de utilizao dessa forma de converso energtica

extremamente significativa.Nessa perspectiva, o Brasil um pas privilegiado em relao ao potencial solar

disponvel, e a regio nordeste apresenta um potencial mdio de at 900 W/m para o perodo

de 10 s 14h, chegando a picos em torno de 1150 W/m (INPE-CRN, 2010). Esses potenciais

colocam a regio nordeste como uma regio extremamente vivel para a implantao de

quaisquer instalaes solares, para suas vrias aplicaes.

Ressalta-se que no nordeste brasileiro, por conta de sua posio geogrfica em relao

ao equador, particularmente interessante o aproveitamento da energia solar. A radincia emsolos nordestinos flutua no intervalo de 1.752 kWh/m2 a 2.190 kWh/m2. Num comparativo

rpido, a Frana recebe algo em torno de 1.000 kWh/m2a 1.500kWh/m2, enquanto no deserto

do Sahara verifica-se radincia por volta de 2.600kWh/m2por ano (ALDAB, 2002).

Entretanto, o uso da energia solar muito reduzido no Brasil, segundo o Balano

Energtico Nacional de 2009, ano base 2008, do Ministrio de Minas e Energia, apenas 3,4 %

da oferta interna de energia provm de fontes renovveis como a solar e a elica. O relatrio

mostra que 54,1% da oferta de energia de natureza no renovvel como petrleo ederivados, gs natural, carvo mineral e coque e urnio (U308) e que 45,9% correspondem a

fontes renovveis como hidrulica, lenha e carvo vegetal e derivados de cana. (MME, 2009)

Para elevar esses percentuais, o uso do aquecimento solar de gua, a gerao indireta

de energia eltrica atravs do uso de coletores solares e a converso direta da energia solar em

energia eltrica atravs do uso das clulas fotovoltaicas representam aplicaes extremamente

viveis e suas utilizaes tm crescido exponencialmente em todo o mundo, principalmente

nos pases mais desenvolvidos, fato que precisa acontecer no Brasil.


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O aquecimento de gua atravs por meio de coletores solares tm representado

juntamente com as clulas fotovoltaicas, conversoras da energia solar em eletricidade, uma

das aplicaes mais viveis de utilizao, tanto residencial quanto industrial (REIS, 2009).

O setor residencial responde por 23 % do consumo nacional de energia e de acordo

com manual de uma companhia de energia do Brasil o consumo do chuveiro eltrico o

segundo maior em uma residncia, correspondendo a 25%, perdendo apenas para o

refrigerador/freezer que corresponde a 30 %. Sua utilizao atinge o horrio de pico das 18 h

s 19 horas, correspondendo a 8,5 % da demanda nacional de energia neste horrio

(VARELLA, 2004).

O relatrio do Balano Energtico Nacional indica que o consumo de energia eltrica

no Brasil foi 428.250 GWh, sendo que 95.585 GWh, foi direcionado para o setor residenciale desde, 17,3% ou 16.515 GWh foram utilizados pelo nordeste brasileiro. (MME, 2009)

Os dados apontam a importncia da substituio da fonte trmica eltrica por fontes

alternativas e renovveis como a fonte solar para a obteno de gua quente, principalmente

visando diminuio do consumo de energia eltrica convencional, inclusive em funo do

aumento de 5,2% no consumo desta modalidade de energia no setor residencial, devido ao

aumento da renda da populao e da ligao de domiclios que no eram atendidos pelas redes

eltricas como mostra o Balano Energtico Nacional de 2009. (MME, 2009)A pesquisa identificou os coletores solares, dispositivos utilizados para a produo de

gua quente atravs da utilizao da energia solar, podem ser divididos em dois grupos: os

convencionais e os alternativos Tais coletores geralmente so constitudos por tubos

absorvedores de cobre, chapa absorvedora de cobre ou alumnio, cobertura de vidro e

isolamento trmico de l de vidro e a grade absorvedora confeccionadas na configurao em

paralelo.

Os sistemas de aquecimento so geralmente constitudos por mais de um coletor,ligados geralmente em paralelo, trabalhando em regime de termosifo ou conveco natural,

sendo a primeira opo a mais empregada; por um armazenador trmico geralmente de cobre

ou inox e de tubos para a conduo de calor, geralmente o CPVC. Tais sistemas so de preo

relativamente elevado, no estando acessvel maioria da populao. Para uma residncia

com quatro pessoas, o sistema fica em torno de R$ 3.000,00.

Buscando-se formas para reduzir o custo dos sistemas de aquecimento, vem-se

estudando h mais de 15 anos no mbito do Laboratrio de Energia Solar da UFRN sistemas

alternativos para tornar vivel o uso da energia solar para o fim proposto tornando-a acessvel

a uma maior parcela da populao, como forma de socializar o seu uso.


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O presente trabalho apresenta um modelo de coletor solar com apenas dois elementos,

tubos absorvedores de PVC ligados em paralelo atravs de conexes do mesmo material e

isolante trmico para algumas configuraes e at mesmo com o coletor sendo constitudo

apenas pela grade absorvedora.

Foram estudadas oito configuraes do sistema de aquecimento de gua, utilizando

dois reservatrios de gua de capacidades de 150 e 200 litros. As principais caractersticas do

sistema de aquecimento solar de gua estudado foram seu baixo custo e fceis processos de

fabricao e montagem. O isolante trmico utilizado foi o poliestireno expandido, ou EPS,

chamado de isopor, em placa, que no oferece riscos a sade de quem o manuseia, ao

contrrio da l de vidro tradicionalmente utilizada em sistemas convencionais de aquecimento

solar de gua.Uma inovao na construo do coletor a conexo dos tubos constituindo a grade

absorvedora. Nos coletores convencionais os tubos de cobre de em nmero de 6 a 8 por

metro linear de largura esto soldados a tubulaes de entrada e sada de 1 ou 11/2. No

coletor em estudo 24 conexes em T de PVC so interligadas atravs de tubos de PVC de

mesmo dimetro, formando as tubulaes de entrada e sada de gua.

Em cada conexo est acoplado um tubo absorvedor, perfazendo, portanto, um total de

12 tubos de ou 25 mm na grade absorvedora. Essa configurao permite que a gradeabsorvedora contenha 12 tubos por metro linear de largura, aumentando consideravelmente o

volume de gua no interior do coletor, aumentando, por conseguinte, a vazo circulante no

coletor. Essa caracterstica concede ao coletor uma maior velocidade de aquecimento da gua

contida no reservatrio trmico.

Outra inovao do coletor estudado foi o uso de aletas absorvedoras construdas com

material reciclado oriundo de latas de cervejas e refrigerantes com o objetivo de aumentar a

rea de captao da radiao solar global.Os reservatrios trmicos utilizados apresentam custo de fabricao inferior aos

convencionais de cobre ou inox, de elevado preo, em torno de R$ 1.500,00 para 200 litros.

Tm como elemento base um tambor de polietileno de volume igual a 200 litros, utilizado

para depsito de gua e/ou lixo, de custo equivalente R$ 50,00, revestido de um cilindro

confeccionado em fibra de vidro. Tal reservatrio tem custo em torno de 20% em relao aos

reservatrios convencionais de mercado.

O sistema de aquecimento em estudo destinado obteno de gua quente para banho

de uma famlia com quatro pessoas em substituio ao chuveiro eltrico.

O estudo proposto est dividido em seis captulos que tm as seguintes abordagens:


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O captulo 1 traz a apresentao do trabalho, suas principais caractersticas e inovaes

e os objetivos gerais e especficos.

O captulo 2 apresenta um estudo sobre o estado da arte nos campos da energia, dos

coletores alternativos e das degradaes inerentes exposio do PVC radiao ultravioleta

e ao calor, e as propriedades mecnicas e fsicas dos materiais utilizados na fabricao do

sistema de aquecimento proposto.

O captulo 3 apresenta a proposta em estudo, mostrando o coletor construdo, seu

princpios de funcionamento e processos de fabricao e montagem, e suas diferenas em

relao aos coletores convencionalmente utilizados. Apresenta, tambm, um reservatrio

trmico alternativo de baixo custo para a substituio dos reservatrios usuais, de cobre ou

ao inoxidvel, de custo elevado. Apresenta tambm a metodologia experimental empregada.O captulo 4 mostra os resultados e as discusses dos dados obtidos no levantamento de

desempenho do sistema proposto.

O captulo 5 trata das concluses e sugestes, em funo da anlise dos resultados

obtidos.

1.2. OBJETIVOS

1.2.1. Objetivo GeralEstudar a viabilidade de utilizao de um sistema solar de baixo custo destinado ao

aquecimento de gua para banho.

1.2.2. Objetivos especficos

1. Projetar e construir o sistema de aquecimento solar utilizando tubos de PVC

associados a chapas de alumnio obtidas de latas de refrigerantes e cervejas

2. Ensaiar o sistema para oito configuraes;

3. Determinar parmetros trmicos que espelhem a eficincia do sistema;

4. Demonstrar sua viabilidade para o fim proposto;

5. Comparar os resultados entre as configuraes estudadas;

6. Avaliar os nveis de temperatura dos tubos que compem a grade absorvedora do

coletor para diagnosticar a susceptibilidade dos mesmos degradao trmica.


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Captulo 2 Reviso Bibliogrfica 23

2. REVISO BIBLIOGRFICA

2.1. Energias renovveisAs fontes de energia renovveis so aquelas em que os recursos naturais utilizados so

capazes de se regenerar, ou seja, so considerados inesgotveis (SOUZA, 2002).

As fontes renovveis de energia em potencial, disposio da humanidade, podem ser

assim relacionadas: energia elica, energia hidrulica, energia maremotriz, energia da

biomassa, energia geotrmica e a energia solar (BEZERRA, 2001).

Existem ainda os combustveis renovveis, que so aqueles que provm de matria-

prima renovvel para a natureza, como a cana-de-acar, utilizada para a fabricao do lcool

e tambm de vrios outros vegetais como a mamona e girassol utilizados para a fabricao do

biodiesel ou outros leos vegetais que podem ser usados diretamente em motores diesel com

algumas adaptaes.

A energia elica existe como resultado dos movimentos das massas de ar decorrentes da

ao da luz solar, gerando um fluxo detentor de considervel energia, chamada de vento.

A energia cintica do vento, ou elica, pode ser transformada em energia mecnica e

eltrica. Atualmente o Brasil possui uma capacidade instalada de gerao elica de 414.480

kW, dados de 2008, com um crescimento de 67,8% em relao a 2007. O estado do Brasil

com maior capacidade instalada de gerao elica o Rio Grande do Sul com 150.000 kW

(MME, 2009).

A energia maremotriz uma hidroeltrica que aproveita o movimento das mars para

acionar turbinas acopladas a geradores eltricos.

As ondas do mar possuem energia cintica devido ao movimento da gua e energia

potencial devido sua altura. Energia eltrica pode ser obtida se for utilizado o movimento

oscilatrio das ondas. O aproveitamento feito nos dois sentidos: na mar alta a gua enche o

reservatrio, passando atravs da turbina, e produzindo energia eltrica, na mar baixa a gua

esvazia o reservatrio, passando novamente atravs da turbina, agora em sentido contrrio ao

do enchimento, e produzindo energia eltrica (PAGLIARI, 2009).

A desvantagem de se utilizar este processo na obteno de energia que o fornecimento

no contnuo e apresenta baixo rendimento. As centrais so equipadas com conjuntos de

turbinas bolbo, totalmente imersas na gua. A gua turbinada durante os dois sentidos da

mar, sendo de grande vantagem a posio varivel das ps para este efeito. No entantoexistem problemas na utilizao de centrais de energia das ondas, que requerem cuidados


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especiais: as instalaes no podem interferir com a navegao e tm que ser robustas para

poder resistir s tempestades e suficientemente sensveis para ser possvel obter energia de

ondas de amplitudes variveis. O aproveitamento energtico das mars obtido atravs de um

reservatrio formado junto ao mar, atravs da construo de uma barragem, contendo uma

turbina e um gerador (PAGLIARI, 2009).

Outra fonte renovvel de energia a biomassa, como o carvo vegetal e os

biocombustveis. As possibilidades oferecidas pela biomassa na produo de energia so

inmeras. A energia da biomassa pode ser obtida do aproveitamento dos rejeitos urbanos,

florestais e agrcolas. O lixo domstico e industrial uma matria prima por excelncia para a

produo da biomassa. A Figura 2.1 apresenta uma srie de fontes de biomassa.

A plantao de biomassa pode proporcionar a energia do carvo vegetal, como dito, oqual obtido por pirlese, podendo ainda servir de base para fontes outras de obteno de

energia como, por exemplo, a produo de lcool etlico, metlico, gases combustveis, etc. A

figura a seguir mostra a diversidade de opes para o uso da biomassa como fonte alternativa

de energia e apresenta as demais fontes de energia renovvel.

Figura 2.1. Fontes de energia renovveis.

Na Figura 2.1 apresenta-se tambm a energia geotrmica, ela provm das altastemperaturas nas camadas mais profundas da terra e podem proporcionar condies para gerar


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vapor de gua que poder ser empregada no acionamento de turbinas acopladas a geradores

eltricos para a produo de eletricidade. A eficincia das centrais de converso de energia

geotrmica em vapor de 14%.

A Energia Hdrica ou hidrulica a energia obtida a partir da energia potencial de uma

massa de gua e como mostra a Figura 2.1 precisa de converso na sua forma para gerao de

energia eltrica. Ela se manifesta na natureza nos fluxos de gua, como rios e lagos e pode ser

aproveitada por meio de um desnvel ou queda d'gua. Pode ser convertida na forma

de energia mecnica com a rotao de um eixo atravs de turbinas hidrulicas ou moinhos de

gua. As turbinas por sua vez podem ser usadas como acionamento de um

equipamento industrial, como um compressor, ou de um gerador eltrico, com a finalidade de

prover energia eltrica para uma rede de energia.A maior usina hidreltrica do Brasil a de Itaipu, localizada em Foz de Iguau, no

estado do Paran. Possui uma capacidade de gerao de 12.600 MW (MME, 2009).

Energia solar aquela proveniente do Sol, energia trmica e luminosa. Esta energia

captada por painis solares, formados por clulas fotovoltaicas, e transformada em energia

eltrica ou mecnica. A energia solar tambm utilizada, principalmente em residncias, para

o aquecimento da gua.

A energia solar pode ser indireta ou diretamente utilizada. As energias da biomassa,elica, maremotriz, a fotossntese, o crescimento dos seres vivos e mesmo as fontes no

renovveis so, em ltima anlise, uma forma indireta de utilizao de energia solar. De uma

forma direta, a energia solar pode ser empregada na produo de calor, chamada na figura

anterior de aproveitamento direto termosolar. Para isso se utiliza de dispositivos conhecidos

na tecnologia solar como coletores solares.

Entretanto, o uso da energia solar muito reduzido no Brasil, segundo o Balano

Energtico Nacional de 2009, ano base 2008, do Ministrio de Minas e Energia, apenas 3,4 %da oferta interna de energia provm de fontes renovveis como a solar e a elica. O relatrio

mostra que 54,1% da oferta de energia de natureza no renovvel como petrleo e

derivados, gs natural, carvo mineral e coque e urnio (U308) e que 45,9% correspondem a

fontes renovveis como hidrulica, lenha e carvo vegetal e derivados de cana (MME, 2009).

De uma forma direta, atravs de conversores, a energia solar pode gerar potncia e

energia eltrica por meio de dispositivos fotovoltaicos. Segundo Aldab(2002) o valor tpico

utilizado para a radiao solar mxima de 1 kW/m2, que o valor de referncia na

fabricao dos painis solares.


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2.2. Energia e radiao solar

O sol a estrela mais prxima de nosso planeta e tambm a mais estudada. Esta esfera

de gs, que tem em seu ncleo reaes termonucleares, com maior destaque para a fuso,

converte 600 milhes de toneladas de hidrognio em hlio por segundo (GRIMM, 2007).

A energia solar radiante incidente na camada mais externa da atmosfera de

1.367W/m2, denominada constante solar. Este um valor mdio, pois varia com a distncia da

Terra em relao ao sol durante as diferentes estaes do ano (ALDABO, 2002). Por conta

disso, referir-se-, agora, ao conceito de radiao solar.

A radiao solar a fonte primria de todos os fenmenos atmosfricos e de processos

fsicos, qumicos e biolgicos observados em ecossistemas agrcolas, podendo ser aproveitada

sob vrias formas, tais como a captura pela biomassa, o aquecimento de ar e gua para fins

domsticos e industriais, fotoeletricidade para pequenos potenciais e fontes para ciclos

termodinmicos variados (PEREIRA et al, 2002).

Desta forma, o sol responsvel pelo fornecimento da energia consumida pela

humanidade desde seus primrdios. A energia armazenada pelas plantas atravs da

fotossntese, as modernas hidreltricas cujas represas so abastecidas graas ao ciclo das

guas, os geradores elicos alimentados pelos ventos que so produzidos pelas diferenas de

temperatura da atmosfera, os combustveis fsseis gerados a partir de resduos orgnicos de

tempos primitivos, so exemplos incontestveis de nossa dependncia energtica do Sol.

Esta utilizao da energia considerada como uma forma de aproveitamento de forma

indireta. De forma direta, a energia solar pode ser empregada na produo de calor, potncia e

energia eltrica, utilizando para isso dispositivos conhecidos como coletores solares

(ALDAB, 2002).

Os pases tropicais, devido a suas posies geogrficas, possuem grande potencialenergtico, sendo, portanto, bastante favorveis ao uso de equipamentos solares. O Brasil,

como mostra a Figura n 2.4, possui significativo potencial solar com disponibilidade

equivalente a 1,13 X 1010 GWh, em quase todo o ano, como acontece no nordeste

(QUEIROZ, 2005).

Os maiores ndices de radiao so observados na Regio Nordeste, com destaque

para o Vale do So Francisco, onde a mdia anual de aproximadamente 6000 Wh/m2dia. Os

menores ndices so observados no Litoral Sul-Sudeste, incluindo a Serra do Mar, e naAmaznia Ocidental, respectivamente. No Amap e Leste do Par, onde tambm se observam


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ndices inferiores mdia nacional. importante ressaltar que mesmo as regies com

menores ndices de radiao apresentam grande potencial de aproveitamento energtico

(INPE, 2009).

A Figura 2.2 apresenta o mapa da radiao solar global media anual tpica (Wh/m2dia)

no Brasil. As partes mais claras indicam ndices de radiao maior.

Figura 2.2. Mapa da radiao solar global media anual tpica (Wh/m2dia)

Fonte: Atlas Brasileiro de Energia Solar (PEREIRA et al, 2006).

Tratando-se de Natal, capital do Rio Grande do Norte, local de estudo, considera-se

uma radiao solar global mdia entre 0,5 a 0,7 kW/m2, com nvel de iluminao mdio da

ordem de oito horas por dia ( BEZERRA, 2001). Essa radiao atinge valores mximos de

1,2 kW/m2no intervalo das 11 s 13h (INPE, 2009).

Desta forma, entre os processos de aproveitamento da energia solar, os mais usados

atualmente so o aquecimento de gua e a gerao fotovoltaica de energia eltrica. No Brasil,

o primeiro mais encontrado nas regies Sul e Sudeste, devido a caractersticas climticas, e

o segundo, nas regies Norte e Nordeste, em comunidades isoladas da rede de energia eltrica(MELO, 2008).


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2.3. Conceitos bsicos aplicados a energia solar

A energia solar no poluente. Ela pode ser utilizada de forma concentrada ou no,

dependendo da maneira de como for captada, os nveis de temperatura obtidos podem variar

desde a temperatura ambiente at alguns milhares de graus centgrados.

A potncia da radiao solar que atinge a atmosfera terrestre aproximadamente 1,7

x 1014kW, o que representa mais de 13 milhes de vezes a potncia eltrica instalada da usina

de Itaipu, a maior do mundo (NAZIAZENO, 2009).

A energia irradiada pelo sol, para a atmosfera terrestre praticamente constante. Esta

energia irradiada ou intensidade de radiao descrita como a constante solar relativa a uma

rea de 1 m2. O valor mdio da constante solar E0= 1,367 W/m (GREENPRO, 2004).

A radiao solar tem diversas componentes: a radiao solar diretaEdirproveniente do

sol, que atinge a terra sem qualquer mudana de direo e a radiao difusa Edif, que chega

aos olhos do observador atravs da difuso de molculas de ar e partculas de p. A radiao

difusa inclui tambm a radiao refletida pela superfcie terrestre. Na Figura 2.3 esto

ilustrados os componentes da radiao solar.

Figura 2.3 Radiao solar global e suas componentes(GREENPRO, 2004).

A soma da radiao difusa e direta equivale radiao solar globalEG.

difdirG EEE += (1)

Esta equao, caso no sejam referidas outras condies, refere-se radiao sobre

uma superfcie horizontal (NAZIAZENO, 2009).

Quando o Sol se localiza verticalmente, acima de uma determinada localizao, a

radiao efetua o caminho mais curto atravs da atmosfera. Por outro lado, quando o Sol se

encontra num ngulo mais baixo ou no horizonte a radiao percorre um caminho mais longo,


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sofrendo a radiao solar uma maior absoro e difuso e estando disponvel, portanto uma

menor intensidade de radiao (NAZIAZENO, 2009).

A radiao solar constitui a principal fora motriz para processos trmicos, dinmicos

e qumicos em nosso planeta. A energia proveniente do Sol chega at a superfcie

propagando-se como energia radiante ou, simplesmente radiao. A principal caracterstica de

um campo de radiao a radincia (ou intensidade de radiao). Essa grandeza se refere-se

quantidade de energia radiante num intervalo unitrio de comprimento de onda que atravessa

unidade de rea tomada perpendicularmente direo considerada, na unidade de tempo

(MARTINS et al, 2004).

Conhecendo-se a radiancia pode-se determinar outra grandeza muito importante no

estudo da radiao atmosfrica: a densidade de fluxo de radiao. Esta grandeza integrada, emtodo espectro, representa a quantidade de energia radiante que passa atravs de um plano na

unidade de tempo e de rea. Para melhor compreenso dos termos empregados chama-se

irradincia, a densidade de fluxo de radiao incidente sobre uma superfcie, e emitncia

radiante, a densidade de fluxo de radiao emitido por uma superfcie (MARTINS et al,

2004).

A densidade de fluxo de energia solar ou irradincia solar, E, que chega ao topo da

atmosfera terrestre expressa nas unidades de Wm2

(razo da potncia pela rea). Umparmetro usado para caracterizar a entrada de radiao solar a constante solar, definida

como a irradincia solar no topo da atmosfera (E).Seu valor, aproximadamente 1367 Wm2,

pode ser estimado dividindo-se a emitncia total do Sol pela rea de uma esfera cujo raio seja

igual `a distncia mdia entre a Terra e o Sol (VIANELLO, 1991).

A irradincia solar que atinge o topo da atmosfera terrestre varivel ao longo do

ano, em virtude dos efeitos astronmicos, principalmente aqueles ligados rbita da Terra ao

redor do Sol. Ademais, a intensidade de radiao emitida pelo Sol funo do comprimentode onda e de fenmenos que ocorrem na prpria fonte de energia (manchas solares, erupes

solares, variaes de temperatura na atmosfera solar). Esses fenmenos esto agora sendo

estudados sob um novo enfoque da cincia: a climatologia espacial (MARTINS et al, 2004).

A irradincia solar que incide na superfcie da Terra depender de todos esses fatores,

alm de outros associados interao da radiao eletromagntica com os constituintes da

atmosfera da Terra. A transmisso da radiao solar na atmosfera um processo complexo e

de difcil descrio devido ao grande nmero de propriedades fsicas da atmosfera que a

influenciam.


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A razo entre a irradincia solar na superfcie terrestre e no topo da atmosfera

definida como transmitncia atmosfrica. Ao atravessar a atmosfera, a radiao

eletromagntica atenuada por processos de espalhamento e absoro causados pelas

partculas denominados aerossis e molculas de gases atmosfricos. Os coeficientes de

absoro e de espalhamento dependem do comprimento de onda da radiao e das espcies de

gases e aerossis presentes na atmosfera (MARTINS et al, 2004).

A Figura 2.4 apresenta um diagrama com os principais processos de interao da

radiao solar e da radiao trmica na atmosfera. Trata-se de um esquema bastante

simplificado dos processos envolvidos no balano radiativo do planeta, onde apenas o efeito

mdio global de todos os processos est representado. O valor de cada componente pode

variar significativamente de uma regio para outra do planeta e de um perodo do ano paraoutro (HARRISON et al, 1993).

Figura 2.4- Diagrama simblico dos processos de interao da radiao solar com aatmosfera terrestre(MARTINS et al, 2004).

As nuvens, a superfcie do planeta, os gases e partculas atmosfricas refletem cerca de

30% da radiao incidente no topo da atmosfera. Os 70% restantes so absorvidos produzindo

aquecimento do sistema e causando evaporao de gua (calor latente) ou conveco (calor

sensvel). A absoro da radiao solar seletiva, sendo o vapor dgua, o oznio (O 3) e o

dixido de carbono (CO2) os principais agentes absorvedores (MARTINS et al, 2004).

A energia absorvida pelo sistema Terra-Atmosfera reemitida na faixa do

infravermelho do espectro de radiao eletromagntica sendo que 6% so provenientes da

superfcie e 64% tm origem em nuvens e constituintes atmosfricos(MARTINS et al, 2004).


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2.4. Sistema de aquecimento solar (SAS) com coletores de placa plana.

2.4.1. Coletores de placa plana

O coletor solar um tipo de trocador de calor que transforma energia solar em calor. O

coletor diferencia-se em diversos aspectos dos trocadores de calor convencionais. Estes

usualmente realizam uma troca entre dois fluidos com alta taxa de transferncia de calor

desprezando-se o fator radiao. O coletor solar converte a energia da fonte radiante, o sol,

em calor para o fludo (ABOGDERAH, 1991).

A maioria dos coletores solares de placa-plana consiste de cinco componentes

principais, (a) uma ou mais coberturas transparentes de vidro ou plstico; (b) uma placa

absorvedora, normalmente metlica, de superfcie preta, embora outros materiais possam ser

utilizados; (c) Tubos, passagens ou canais integrados placa absoverdora ou ligados a ela, os

quais carregam gua, ar ou outros fludos; (d) isolamento trmico, o qual colocado no fundo

e nas laterais do coletor para minimizar perdas de calor, (e) uma caixa para suportar e proteger

os componentes do ambiente (ABOGDERAH, 1991).

O coletor solar o equipamento principal do SAS, sendo responsvel pela absoro e

transferncia da radiao solar para um fluido de trabalho sob a forma de energia trmica.

(SOUZA, 2002).

A Figura 2.5 apresenta um coletor solar convencional com seus principais

componentes.

Figura 2.5. Coletor solar com seus principais componentes.(DICKINSON, CHEREMISINOFF, 1980).

Na Figura 2.6 esta ilustrada o princpio de funcionamento do coletor plano que sebaseia na absoro da radiao solar de ondas curtas pela chapa absorvedora, energia essa


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transformada em calor, pelo efeito estufa, aprisionada no interior do coletor e transferida ao

fluido. A cobertura transparente serve tanto para evitar o efeito convectivo do ar ambiente

quanto para impedir a sada da radiao infravermelha de ondas curtas, produzindo o efeito e

proporcionando um aumento de eficincia da converso (REIS, 2009).

Figura 2.6. Converso da energia solar em calor.Os coletores solares podem ter seus tubos absorvedores ligados em paralelo, srie ou

ainda em uma configurao mista. Na ligao em paralelo tem-se uma maior velocidade do

aquecimento da massa fludica. Na ligao em srie obtm-se um temperatura final maior na

sada do coletor. comum tambm a associao de coletores para um aumento destas

caractersticas (SOUZA, 2002).

A Figura 2.7 apresenta as configuraes tpicas de ligao dos tubos absorvedores de

coletores planos.

Figura 2.7. Esquemas tpicos de ligao dos tubos absorvedores de coletores planos(DICKINSON, CHEREMISINOFF, 1980).

A eficincia de um coletor envolve um grande nmero de variveis entre elas:

materiais utilizados na fabricao, tipo de superfcie absorvedora, intensidade da radiao

solar, o nmero de coberturas transparentes, tipo e espessura do isolamento trmico, as

temperaturas de trabalho, entre outras (SOUZA, 2002, REIS, 2009).

Vidro plano

Isolamento trmico

Placa absorvedora

Raios solares Radiao infravermelha


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2.4.2. Sistemas de aquecimento solar (SAS).

Um sistema bsico de aquecimento de gua por energia solar basicamente composto

de coletores solares (placas) e reservatrio trmico (Boiler). As placas coletoras soresponsveis pela absoro da radiao solar (SOUZA, 2002).

Os principais componentes de uma SAS (sistema de aquecimento solar) so indicados

na Figura 2.8, so: Mdulo ou caixa: geralmente de alumnio suporta e protege todos os

componentes do coletor; Cobertura transparente: geralmente de vidro, permite a passagem da

radiao e reduz a perda de calor para o meio; Tubulao: geralmente de cobre, so tubos

interconectados atravs dos quais o fluido circula dentro e fora do coletor; Placa de absoro:

responsvel pela absoro e transferncia de energia solar para o fluido de trabalho;Reservatrio trmico: para acmulo de gua quente. Feito geralmente construdo em ao

inoxidvel ou cobre; Reservatrio de gua fria: para alimentar o coletor e tambm a residncia

(ALDAB, 2002).

Na Figura 2.8, so apresentados os componentes principais de um SAS convencional

por conveco natural ou termosifo.

Figura 2.8. Esquema bsico de um sistema de aquecimento solar convencional por termosifoou conveco natural. (DICKINSON, CHEREMISINOFF, 1980).

Os SAS de fabricao comercial para uso residencial funcionam basicamente por

conveco natural ou termosifo. A Figura 2.9 apresenta um SAS do fabricante Mondialle

Solar, modelo BP-81, com volume de 81 litros e potncia eltrica para resistncia auxiliar de

4.000W.


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Figura 2.9. SAS comercial do fabricante Mondialle Solar, modelo BP-81.

O sistema bsico de aquecimento de gua por energia solar pode ser classificado como

circuito direto ou indireto. Quando o fludo a ser utilizado aquecido diretamente pelo coletor

tem-se um circuito direto. Na Figura 2.9 retrata-se um sistema com circuito direto que tem seu

fluxo determinado por conveco natural ou termosifo (DICKINSON,

CHEREMISINOFF, 1980).

Figura 2.10. Esquema bsico de SAS de circuito direto com bomba de circulao e SAS decircuito indireto. (DICKINSON, CHEREMISINOFF, 1980).

A Figura 2.10 apresenta um SAS com circuito direto com fluxo determinado por uma

bomba de circulao. A mesma figura, lado direito, apresenta um SAS classificado como

circuito indireto por utilizar um fludo captador e um trocador de calor para realizar atransferncia de calor a um segundo fludo utilizado diretamente para consumo.


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Os principais elementos dos SAS de circuito indireto so o coletor solar, bomba de

circulao, trocador de calor, tanque de dilatao, vlvula limitadora de fluxo, vlvula

controladora, vlvula de segurana, tubulao de cobre com conexes, conexes de

enchimento e drenagem, isolao e desaerador (DICKINSON, CHEREMISINOFF, 1980).

A Figura 2.11 apresenta um SAS de circuito indireto de uso educacional, com os

componentes listados no pargrafo anterior, fabricado na Hungria, pas do leste europeu, de

fabricante SOLART-SYSTEM LTD, instalado no Instituto Federal de Educao Tecnolgica

da Bahia Campus Barreiras, com sistema de controle de temperatura eletrnico.

Figura 2.11. SAS de circuito indireto com seus componentes e controlador eletrnico detemperatura.

2.4.3. Normas dos SAS de uso comercial.

A Associao Brasileira de Normas Tcnicas (ABNT) apresenta as normas referentes

aos coletores comerciais e planos: NBR-7198 - Projeto e instalao gua quente predial;

NBR-10184- Coletores desempenho; Reservatrios desempenho; NBR-10185 -Sistemas

de aquecimento solar de gua em circuito direto Projeto e Instalao (substitui a NBR-12269

para execuo de instalaes de sistemas de aquecimento solar).


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A NBR 10184 descreve como os coletores solares devem ser capazes de operar nas

faixas de presso, temperatura e demais condies especificadas em projeto, incluindo

resistncia de exposio direta radiao solar.

O sistema de armazenamento dos coletores, seus reservatrios trmicos devem estar

conforme a NBR 10185que explica que os sistemas de armazenamento devem ser capazes de

operar nas faixas de presso, temperatura e demais condies especificadas em projeto,

incluindo resistncia de exposio direta radiao solar (se aplicvel).

A Norma NBR-15569 estabelece os requisitos para o sistema de aquecimento solar

(SAS), considerando aspectos de concepo, dimensionamento, arranjo hidrulico,

especificao de componentes, instalao e manuteno, onde o fluido de transporte a gua.

Esta Norma se aplica a SAS compostos por coletores solares planos, com ou semreservatrios trmicos, e com eventual sistema de aquecimento auxiliar, sendo aplicvel aos

sistemas onde a circulao de gua nos coletores solares se faz por termosifo ou por

circulao natural e no aplicvel ao aquecimento de gua de piscinas e nem a sistemas de

aquecimento solar em circuito indireto.

2.4.4. Os coletores solares alternativos no mundo

O principal objetivo do estudo de coletores alternativos a reduo do custo de

fabricao, buscando a socializao do seu uso em sistemas de aquecimento de gua

domstico e industrial.

Com este objetivo, vrios trabalhos foram desenvolvidos, demonstrando que os

coletores solares plsticos de baixo custo tm sido estudados desde os anos 70

(CRISTOFARI et al., 2002).

Os aquecedores solares domsticos de gua (SDHW-Solar Domestic Hot Water) so

largamente utilizados atualmente para a produo de energia trmica solar a baixas

temperaturas. Estes tipos de coletores tm sido objeto de numerosos estudos e pesquisas desde

1950.

A seguir far-se- uma breve discusso sobre a histria deste tipo de coletor, em nvel

mundial e local, mostrando os resultados alcanados por vrias de suas geraes e as anlises

que conduziram ao desenvolvimento do presente trabalho.


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Willier e Hottel, em 1958 e Bliss, em 1959, estudaram pela primeira vez o desempenho

trmico de coletores com tubos paralelos e suas concluses serviram de base para muitas

pesquisas posteriores.

Rivera, em 1994, apresentou trabalho sobre coletor alternativo tubular com mltiplas

unidades absorvedoras de PVC. Loureno, em 1997, trabalhou com um coletor alternativo

com grade absorvedora formada por mltiplos tubos de alumnio, comprovando a

competitividade dos mesmos em relao aos coletores convencionais. Tais coletores foram

ensaiados em regime de fluxo forado. O coletor que usava tubos absorvedores de PVC

revelou-se mais vivel e mais competitivo em relao ao coletor convencional.

O uso de um polmero absorvedor foi estudado por Van Niekerket al., em 1996, com o

objetivo de avaliar o desempenho de coletores com tubos paralelos na frica do Sul. Avariao geomtrica de parmetros tais como o dimetro dos tubos, o espaamento entre tubos

e as dimenses da caixa foram estudadas para a otimizao do desempenho dos mesmos.

Matrawy e Farkas, em 1997, compararam um coletor com duas placas paralelas

(TPPC), um coletor com tubos paralelos (PTC) e um coletor com tubos em serpentina (STC).

Sob o mesmo ambiente e condies de desempenho, a eficincia do TPPC foi 6,0 e 10%

maior que o STC e PTC, respectivamente.

Saglietti et al, (1997) estudou sistema de seis unidades coletoras para aquecimento degua, feitas com tubos pretos de polietileno extrudado de 12,7 mm de dimetro, dispostos

geometricamente na forma espiral. Sendo um projeto de baixo custo, o sistema no recebeu

cobertura transparente, ao contrrio dos coletores tradicionais. Uma comparao entre os

custos dos coletores de polietileno e comercial mostra que o coletor proposto pode ser uma

alternativa vivel, com valor 1/10 do coletor tradicional, alm de ser de fcil instalao e

manuteno. Os resultados prticos obtidos foram satisfatrios, recomendando-se sua

utilizao, principalmente, no meio rural e entre famlias de baixa renda.CIETEC/SP (Centro Incubador de Empresas Tecnolgicas) em 1999 desenvolveu o

chamado Aquecedor Solar de Baixo Custo ASBC. Este coletor no possui cobertura. Este

sistema para uma famlia de quatro pessoas formado trs placas coletoras de 0,91 m 2 de

PVC interligadas e pintadas de preto e por um reservatrio de volume igual a 170 litros. Cada

placa coletora composta por um perfil modular de forro de PVC, com tubos de PVC

acoplados as suas extremidades. Funciona em regime de termo-sifo. Os resultados obtidos

nos testes foram satisfatrios em comparao com outros coletores alternativos.

Cristofari et al (2002)propuseram estudar um novo material para a caixa do coletor,

que se caracteriza por ter baixa condutividade trmica, maior resistncia corroso, baixo


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peso e menor custo; Neste trabalho utilizou-se uma nova metodologia de clculo onde a

capacidade calorfica de vrios componentes levada em conta, permitindo uma simulao

dinmica do comportamento do sistema.

Souza(2004) estudou comparativamente dois tipos de coletores, um alternativo e outro

plano convencional, demonstrando a competitividade do coletor alternativo com grade

absorvedora constitudo por mltiplos tubos de PVC em relao ao coletor plano

convencional com tubos de cobre.

A Sociedadedo Sol (2004), uma ONG de So Paulo construiu um coletor utilizando

garrafas pet e embalagens TETRA PAK. Este coletor composto por 80 garrafas pet e tem

grade absorvedora formado por oito tubos de PVC ligados em paralelo. Testes realizados com

o ABSC e com o coletor de PET mostraram que o ASBC 17,2% mais eficiente (VARELA,2004).

Souza (2005) estudou um coletor alternativo constitudo por apenas trs elementos:

caixa, grade absorvedora e vidro. A caixa foi confeccionada em material compsito e a grade

absorvedora era composta de mltiplos tubos de PVC ligados em paralelo, utilizando uma

configurao que permitia a diminuio do espao entre os tubos. Os resultados obtidos para o

rendimento trmico e o baixo custo dos materiais alternativos mostraram a viabilidade deste

coletor proposto.Souza(2006) estudou um sistema de aquecimento alternativo de baixo custo composto

por um coletor solar alternativo e um reservatrio trmico alternativo. O coletor tinha grade

absorvedora de PVC e o reservatrio foi confeccionado a partir de um tambor de polietileno

de 200 litros, utilizado para armazenamento de gua e/ou lixo, revestido por material

compsito a base de gesso, EPS triturado e gua. Sendo os resultados obtidos satisfatrios.

Souza e Costa(2007) estudaram um sistema de aquecimento alternativo constitudo por

um coletor com grade absorvedora de tubos de PVC ligados em paralelo atravs de ts dePVC de mesmo dimetro e um reservatrio trmico alternativo construdo a partir de um

tambor de polietileno revestido por um cilindro confeccionado em fibra de vidro.

Demonstrou-se a viabilidade trmica e de materiais do sistema estudado.

Javier (2008) determinou a eficincia de dois coletores, um convencional e outro com

materiais alternativos abundantes na sua regio. Avaliou-se o desempenho utilizando um

simulador solar e depois em condies reais de operao. Demonstrou que o coletor com

materiais alternativos funciona to bem quanto um coletor construdo com materiais

convencionais.


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Leal (2008) construiu um modelo de coletor solar trmico, para aquecimento de gua,

produzido com materiais reciclveis e de baixo custo (tubos em PVC, caixas acartonadas

Tetrapak e garrafas PET ps-consumo) e que apresentou uma relao custo/benefcio

extremamente competitiva se comparado aos modelos industriais.

Silva et al(2008) desenvolveu uma ferramenta para simulao numrica de sistemas de

aquecimento de gua utilizando energia solar, baseado nos modelos apresentados na literatura.

O modelo de simulao apresentado no seu trabalho permite calcular a radiao solar total

incidente no coletor, levando em considerao as caractersticas da cobertura, a simulao do

desempenho do coletor, e prediz o perfil de temperatura do tanque de acumulao de gua

quente, considerando perfil de carga trmica a ser suprida, e a temperatura estratificada.

Souza (2008) construiu um sistema de aquecimento de gua solar trabalhando emregime de termosifo, constitudo por dois coletores alternativos e um reservatrio

armazenador de gua tambm alternativo. Os coletores foram construdos a partir da

utilizao de garrafas PET, latas de cerveja e refrigerantes de tubos de PVC de e os

reservatrios trmicos a partir de um tambor de polietileno de 250 litros, revestido por um

cilindro de fibra de vidro, tendo EPS triturado entre as duas superfcies. Mostrou-se que tal

sistema de aquecimento alternativo proposto pode ser usado para aquecimento de gua

apresentando bons resultados.Souza (2009) estudou um sistema de aquecimento solar de gua usando um coletor

construdo com telhas de fibrocimento e grade absorvedora formada por tubos de PVC ligados

em paralelo. Foram experimentadas duas configuraes: com e sem cobertura transparente. A

cobertura transparente foi construda a partir da utilizao de garrafas Pets. Demonstrou-se

que a configurao com cobertura transparente era a mais eficiente. A principal caracterstica

do sistema estudado seu baixo custo.

Neto et al (2008) apresentou anlises tcnicas e econmicas, para dois coletoressolares no convencionais de plstico e quatro coletores convencionais. Os dados desses

coletores foram obtidos de seus fabricantes e utilizados nas anlises tcnicas e econmicas.

Foi fabricado um coletor no convencional para testes no laboratrio. Um dos coletores de

plstico apresentou ndices econmicos compatveis com um coletor convencional. Foram

relacionadas neste trabalho trs variveis: a produo mensal especifica de energia, a

durabilidade e o custo inicial dos coletores.

Krenzinger (2008), Pozzebon (2008) apresentaram um software de simulao de

aquecimento de gua, Termosim, suas interfaces grficas e discusses sobre os modelos

matemticos aplicados nos seus componentes, apresentando-o como ferramenta importante


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nas analises de comportamento trmico dos sistemas de aquecimento de gua por energia

solar. Os modelos matemticos do coletor solar e balano trmico do tanque foram validados

com o confronto dos resultados experimentais de Siqueira(2003).

Ferreira et al (2008) analisou a viabilidade tcnica da reduo do uso de energia

eltrica pela substituio dos chuveiros eltricos por aquecedores solares. Demonstrou as

viabilidades tcnica, econmica e ambiental da substituio dos chuveiros eltricos pelos

sistemas aquecedores / reservatrios.

Santos (2008) construiu um coletor alternativo utilizando garrafas pet, latas de

cervejas e refrigerantes e tubos de PVC de . A grade absorvedora era formada por oito

tubos de PVC, ligados atravs de conexes T do mesmo material e dimetro. No interior das

unidades aquecedoras em nmero de 48, formadas por duas garrafas pet, com o tubo nointerior, foram colocadas duas aletas, fabricadas com as latas de cerveja e refrigerantes,

envolvendo o tubo para aumentar a rea de absoro da radiao solar. Os resultados

Demonstrou que tal coletor alternativo apresenta viabilidade trmica, econmica e de

materiais.

Molero(2008) apresentou um modelo matemtico multidimensional e transitrio para

coletores solares planos. Usando o mtodo dos elementos finitos foi possvel prever o

comportamento de diferentes configuraes: coletores de tubo paralelo, de serpentina ou deplacas paralelas, juntamente com outras possibilidades no usuais como o uso de fluidos

absorbentes com placa superior semitransparente. O modelo foi validado com os resultados

experimentais de um coletor solar comercial de tubos paralelos onde se obteve uma grande

similaridade entre a curva de rendimento real e a simulada.

Fasulo et al(2008) estudaram as vantagens e limitaes que possuem o policarbonato

celular. Concluram que este material no est apto para trabalhar em contato permanente com

a gua. Os resultados mostraram que o material mantm suas propriedades dentro das 500horas de exposio.

O uso de coletores com tubos para absoro de polipropileno e placas de absoro de

polietileno de alta densidade bastante enfocado pela literatura. Esses coletores so usados

para aquecimento e climatizao de piscinas (SOUZA, 2007).

Reis (2009) estudou um sistema para aquecimento de gua destinada ao banho cujos

resultados foram satisfatrios. O sistema tinha como principal caracterstica seu baixo custo.

O coletor consistia de cinco placas de forro de PVC de 10 mm de espessura, 200 mm de

largura e 1400 mm de comprimento com rea correspondente a 1,40 m. As placas foram

ligadas pelas extremidades em paralelo a tubos de PVC de 40 mm e de 32 mm. As placas


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de um lado foram revestidas com chapas de alumnio provenientes de material reciclvel

(latas de alumnio), com o intuito de aumentar a temperatura da placa absorvedora. O sistema

funcionou em regime de termosifo e foi testado para duas configuraes: as placas sem

revestimento e revestidas com o material alumnio.

Souza (2009) estudou um sistema de aquecimento solar de gua usando um coletor

construdo com telhas de fibrocimento e grade absorvedora formada por tubos de PVC ligados

em paralelo. Foram experimentadas duas configuraes: com e sem cobertura transparente. A

cobertura transparente foi construda a partir da utilizao de garrafas PET. Demonstrou-se

que a configurao com cobertura transparente era a mais eficiente. A principal caracterstica

do sistema estudado seu baixo custo.

Abreu (2009) estudou um coletor alternativo de cobertura transparente plana de 3,0mm de espessura; a chapa absorvedora uma chapa de alumnio de 0,5 mm ondulada com

oito aletas; a grade absorvedora formada por oito tubos de PVC com dimetro externo de

20 mm, ligados em paralelo atravs de joelhos e conexes em t do mesmo material e

mesmo dimetro e isolante trmico composto de raspa de pneu, com caixa do coletor

construda em compensado de 15 mm de espessura que apresentou resultado satisfatrio para

banho de famlias composta de quatro pessoas.

Os coletores alternativos tm-se constitudo na principal linha de pesquisa no mbito doLaboratrio de Mquinas Hidrulicas e Energia Solar da UFRN, j tendo sido desenvolvidas,

construdas e estudadas vrias geraes destes tipos de coletor. Busca-se, de forma prioritria,

o barateamento do custo de fabricao de um sistema de aquecimento de gua solar.

2.5. Propriedades fsicas e degradao dos tubos absorvedores.

Sabe-se que o coletor solar em estudo teve sua grade absorvedora construda com

tubos de PVC, e pesquisas apontam que seus resultados trmicos, obtidos com coletores que

utilizam o plstico como elemento absorvedor de radiao solar demonstram a viabilidade

desses coletores. Porm para que este tipo de coletor possa ser competitivo em termos de

mercado, necessrio um estudo acerca das degradaes relativas ao tempo de vida til deste

referido prottipo.

Quando se opta pelo uso do plstico, como elemento absorvedor e condutor, tem-se que

investigar os efeitos das degradaes trmica e por ultravioleta, inerentes exposio de tubos

plsticos aos efeitos da radiao solar.


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A exposio do PVC radiao solar e ao calor causa degradao, produzida pela perda

de massa ou quebra de ligaes, com surgimento de duplas ligaes na cadeia principal,

quando do processo de perda (separao) do HCl da mesma. Essas degradaes fragilizam o

material e tambm podem ser crticas para a processabilidade do PVC, quando dos processos

de fabricao empregados para a obteno de cada tipo (SANTOS, 2008).

No caso do tubo de PVC, essa degradao mais crtica para nveis de temperatura

acima de 250C, embora a degradao trmica se inicie para temperaturas acima de 60C,

alcanando limite crtico para temperaturas acima de 75C, onde comea o seu processo de

deflexo (SANTOS, 2008).

Como j foi ressaltado o combate s degradaes pode ser feito atravs da adio de

estabilizadores e outros aditivos durante o processo de manufatura dos tubos. Entretanto opresente estudo optou pela utilizao de tubos disponveis comercialmente, com o percentual

de cloro convencional, aproximadamente 57%, criando condies para torn-lo bom

absorvedor trmico, sem conduzi-lo ao nvel de degradao trmico e podendo tambm

eliminar a degradao por ultravioleta (UV) atravs da utilizao de uma grade absorvedora

protegida da radiao.

Souza (2002) demonstrou que as degradaes trmicas e por Ultravioleta (UV)

fragilizam o material, e quantificou esses nveis de desgastes. Demonstrou as mudanas nas

propriedades ocasionadas pela submisso das amostras a nveis de temperatura e radiao

solar global, por vrios perodos de tempo.

2.5.1. O cloreto de polivinila (PVC) e o poliestireno expandido (EPSou Isopor).

O Coletor solar em estudo teve sua grade absorvedora construda com tubos de PVC,

sendo assim apresentam-se suas caractersticas fsico-qumicas.

O cloreto de polivinila (PVC) um componente da famlia vinila. Seu valor comercial

resulta de vrias caractersticas que podem ser traduzidas em duas palavras, versatilidade e

durabilidade.

Sua versatilidade se traduz pela utilizao de seus produtos para as mais diversas

finalidades, desde a conduo de gua fria e esgotos, at a impermeabilizao de barragens.

importante destacar que na maioria dos casos, a utilizao de componentes de PVC implica na

diminuio do custo do sistema instalado e em todos os casos, a utilizao desses


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componentes permite que o sistema tenha um bom desempenho ao longo de toda a sua vida

til, com manuteno de mais baixo custo.

Sua durabilidade est associada ao fato de que os componentes utilizados na

construo civil tm vida til superior a 20 anos e, em alguns casos 50 anos. importante

notar que o PVC, por ser um plstico, no sofre corroso. Alm disso, os compostos de PVC

utilizados na fabricao de componentes de construo civil trazem incorporados produtos,

tais como antioxidantes, estabilizantes ao ultravioleta, que permitem a manuteno de suas

propriedades ao longo de toda a vida til.

2.5.2. Principais caractersticas docloreto de polivinila (PVC).

Algumas propriedades demonstram a versatilidade, a durabilidade e a viabilidade do

uso do PVC atravs do seu uso bastante difundido em vrias aplicaes de uso cotidiano da

populao.

A Tabela 2.1 mostra as principais propriedades mecnicas, trmicas, eltricas, ticas e

qumicas do PVC (SANTOS, 2008).

Apesar das propriedades demonstrarem a caracterstica do PVC como isolante

trmico, este trabalho demonstra que possvel us-lo como condutor de calor,

principalmente em funo de seu baixo custo. Pode-se utiliz-lo como elemento absorvedor,

protegendo-o das degradaes inerentes a sua exposio radiao solar e ao calor.

Tabela 2.1. Principais propriedades do PVC.

Propriedades ValorPeso molecular (PM) 50.000-100.000Peso especfico () 1,4 g/cm3

Resistncia Trao (RT) 40,7 51,7 MPaMdulo de Elasticidade (E) 2,4 4,1 GPaTenso de Escoamento (TE) 40,7 44,8 MPaResistncia Compresso (RC) 57,5 MPaResistncia Flexo (RF) 120 MPaCoeficiente de dilatao trmica (C-1) (60 a 80) x 106Coeficiente de Expanso Trmica Linear (et) 0,9 - 1,8 x 10-4 (o C)-1Temperatura de Distoro ao Calor (HDT) 75 o Cndice de Refrao (IR) 1,57Absoro de gua em 24h (%) 0,04-0,40

Fonte: YAO, WILKIE (2001).


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As propriedades listadas na tabela acima tornan o PVC: (a). Leve o que facilita seu

manuseio e aplicao; (b). Resistente a ao de fungos, bactrias, insetos e roedores; (c).

Resistente maioria dos reagentes qumicos; (d) Bom isolante trmico, eltrico e acstico;

condutibilidade trmica (0,15 a 0,21 W/m.K); (e) Slido e resistente a choques; (f).

Impermevel a gases e lquidos; e (g)Resistente s intempries como a sol, chuva, vento e

atmosferas salinas (YAO, WILKIE, 2001).

2.5.3. A degradao do cloreto de polivinila (PVC).

O coletor em estudo, alm da placa absorvedora de PVC, como j descrito, utiliza

tambm tubulao de gua de PVC. Os resultados obtidos, nos ensaios, demonstraram uma

boa eficincia trmica deste tipo de coletor tornando possvel a obteno de gua quente parabanho. Porm, para torn-los atraentes aos consumidores necessrio que apresente uma boa

vida til, tornando-os assim competitivos comercialmente.

Isso significa ter durabilidade em relao degradao devido ao calor, radiao

ultravioletas, ou ainda, radiao gama, efeitos esses que j so de certa forma, minimizados

com adio de estabilizantes. Souza (2002) estudou os processos de degradao inerentes ao

uso de tubos absorvedores de PVC em coletores solares.

Os tubos de PVC no so transparentes, pois alguns aditivos so adicionados paraconferir maior resistncia e durabilidade a estes. O PVC um polmero linear, o que o faz ser

um termoplstico (aqueles que podem ser amolecidos pelo calor quantas vezes quisermos e,

ao resfriarem, voltam a apresentar as mesmas propriedades iniciais).

O processo de degradao no PVC sem aditivos revelado normalmente pela

mudana de colorao para amarelo, at o marrom escuro. Esse processo conhecido como

desidroclorao e a figura n 2,12 apresenta-o de forma simplificada (SOUZA, 2002).

Figura 2.12. Reao de degradao do PVC


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amplamente aceito que a desidroclorao envolve uma reao progressiva entre

tomos de cloro e hidrognio vizinhos ao longo da cadeia polimrica, sendo formada uma

ligao dupla entre os tomos de carbono nas posies em que os dois tomos estavamoriginalmente ligados; forma-se assim uma estrutura de cloro allico com o prximo tomo

de cloro da cadeia polimrica, tomo de cloro este altamente ativado, que d prosseguimento

ao processo de degradao (SOUZA, 2002).

2.5.4. Propriedades do poliestireno expandido (EPS ou Isopor)

O EPS foi utilizao como isolante trmico no coletor solar estudado, em funo dissoapresentam suas caractersticas.

O EPS (poliestireno expandido) um plstico celular e rgido, que pode apresentar

uma variedade de formas e aplicaes. Apresenta-se como uma espuma moldada, constituda

por um aglomerado de grnulos (MANO, 1999).

Duas caractersticas do EPS so apresentadas na Tabela 2.2 que tm fortalecido a sua

presena no mercado consumidor, aonde vem obtendo crescente participao: a leveza e a

capacidade de isolamento trmico, s quais ainda se associa o baixo custo.

Tabela 2.2. Principais propriedades do EPS.

Propriedades Valor

Condutibilidade trmica(K) 0,030 a 0,040 W/mC

Peso especfico () 10 - 30 kg/m3

Fonte: Incropera(2003)

O EPS bastante utilizado na confeco de caixas trmicas para acondicionamento dealimentos e bebidas devido a sua estrutura de clulas fechadas cheias de ar, aproximadamente

de 97% de seu volume, dificultando passagem do calor (SOUZA, 2002).

Na construo civil muito utilizado devido a sua leveza reduzindo substancialmente

o peso das construes.


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Captulo 3 Materiais e Mtodos 46

3. MATERIAIS E MTODOS

O sistema de aquecimento considerado composto por um coletor com grade

absorvedora formada por tubos de PVC, em paralelo, e um reservatrio trmico para

armazenamento de gua quente. A seguir so descritas as principais caractersticas do coletor

e do armazenador trmico, mostrando seus processos de construo e montagem.

A grade absorvedora do coletor tem tubos de entrada e sada de fluido formados pela

unio de 12 conexes em T (t) de PVC de 25 mm, para cada tubo, onde esto conectados os

12 tubos absorvedores de mesmo material e dimetro.

O sistema de aquecimento solar de gua estudado formado por um coletor solar plano

e um reservatrio trmico montados em oito tipos de configuraes que sero apresentadas a

seguir.

3.1. Processos de construo, montagem e ensaio do sistema deaquecimento de gua proposto.

O coletor apresenta as seguintes dimenses: largura: 0,80 m e comprimento de 1,89 m;

com rea correspondente a 1,52 m.

O processo de fabricao e montagem do coletor solar alternativo correspondeu s

seguintes etapas: (1)

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