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Aquecedor solar reduz demanda de energia para água quente e gera economia

Saiba como funciona o sistema de aquecimento solar de água, amplamente usado no Brasil, dos chuveiros às grandes piscinas aquecidas

Publicado em: 15/08/2016

Texto: Redação AECweb/e-Construmarket

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O sistema de aquecimento solar pede atenção em épocas de baixa insolação (Vittavat Apiromsene/ Shutterstock.com)

A energia térmica gerada pelos aquecedores solares no Brasil coloca o País na quinta posição no ranking mundial da Agência Internacional de Energia (IEA, na sigla em inglês), com capacidade instalada de 8 GW. “São várias e consistentes as razões para o uso do aquecimento solar de água, a começar pela economia que proporciona, já que o preço médio da energia gerada é muito inferior às várias opções disponíveis como eletricidade e gás”, diz Marcelo Mesquita, secretário executivo do Departamento Nacional de Energia Solar Térmica da Associação Brasileira de Refrigeração, Ar-condicionado, Ventilação e Aquecimento (Dasol/Abrava).

Os aquecedores solares identificados com a etiqueta do Inmetro têm vida útil média de mais de 20 anos, de acordo com o secretário da Abrava. O apelo ambiental do produto também se baseia em dados: cada metro quadrado de coletor solar em uso durante um ano evita a inundação de cerca de 56 m² de terras para a geração elétrica; o consumo de 215 kg/ano de lenha; e de 55 kg/ano de GLP.

O preço médio da energia gerada [por aquecedores solares de água] é muito inferior às várias opções disponíveis, como eletricidade e gás
Marcelo Mesquita

Nas famílias de baixa renda, o valor economizado na conta de luz é destinado para principalmente a educação e alimentação, de acordo com pesquisas realizadas pela Caixa Econômica Federal. Não é coincidência, portanto, que a aplicação predominante do sistema de aquecimento solar (SAS) ocorra no segmento residencial dos mais variados portes, chegando com sucesso, nos últimos anos, às habitações do Minha Casa, Minha Vida. É amplamente utilizado, também, em hospitais, hotéis, motéis, vestiários, refeitórios, edifícios, indústrias, academias e piscinas. Na forma de processos heliotérmicos, o sistema de aquecimento solar se destina à geração de energia elétrica em indústrias.

O sistema de aquecimento solar para banho, também chamado de coletor plano fechado, é formado basicamente por coletores solares térmicos, reservatório e tubulações. “A água fria entra no reservatório térmico e alimenta o coletor solar, onde é aquecida. Após o aquecimento da água, ela retorna para o reservatório térmico, de onde sai uma tubulação para abastecer os pontos de consumo”, explica Mesquita.

COLETORES SOLARES

O coletor plano fechado é constituído pela caixa externa, geralmente em alumínio, que suporta todo o conjunto. É revestida por de lã de vidro ou de rocha, ou espuma de poliuretano, com a função de isolamento térmico da caixa externa, minimizando as perdas de calor. Tubos de cobre, chamados de flauta e calhas superior e inferior, são interconectados para permitir o escoamento do fluido no interior do coletor.

O conjunto recebe a placa absorvedora (aletas), responsável pela absorção e transferência da energia solar para o fluido de trabalho. São metálicas, feitas de alumínio ou cobre, e pintadas de preto fosco ou recebem tratamento especial para melhorar a absorção. O coletor é finalizado com peça de cobertura transparente - vidro, policarbonato ou acrílico - que asseguram a passagem da radiação solar e minimizam a perda de calor por convecção e radiação para o meio ambiente. A vedação final é executada para isolar o sistema da umidade externa.

RESERVATÓRIOS TÉRMICOS

Já o reservatório térmico é responsável por manter a água quente. Ele é constituído de corpo interno, que fica em contato direto com a água, por isso deve ser feito de materiais resistentes à corrosão, como cobre e aço inoxidável. A peça também recebe isolamento térmico, com os mesmos materiais do coletor, instalados entre o corpo interno e externo, para mitigar qualquer perda de calor. O corpo externo, em alumínio, aço galvanizado ou carbono pintado, protege o isolamento térmico de intempéries.

O termostato instalado no reservatório cumpre duplo papel, pois além verificar a temperatura da água no seu interior, vai acionar a resistência elétrica nos dias de baixa insolação. O reservatório térmico é apoiado e fixado em suportes e uma tampa lateral faz a vedação.

CIRCULAÇÃO DA ÁGUA

“A circulação da água no sistema pode ser por termossifão ou forçada”, diz Marcelo Mesquita, que continua: “No caso do termossifão, com a variação da temperatura da água, há uma mudança de densidade. Por ter menor densidade, a água quente se torna mais ‘leve’ em relação à fria. Com isso a água quente ‘sobe’ naturalmente para o reservatório térmico. Para ter a circulação por termossifão, é necessário verificar as condições do local da instalação, para garantir que este processo possa ocorrer. Já na circulação forçada, a água é bombeada pelo sistema”.

No aquecimento de piscina, o princípio de funcionamento é similar e as principais diferenças estão no do tipo de coletor. Neste caso, são os coletores abertos, geralmente de polímeros sintéticos de plástico ou borracha, como polipropileno, polietileno, EPDM, uma vez que a temperatura necessária fica em torno de 30°C. No caso das piscinas, é necessário também o bombeamento da água para circulação entre a piscina e os coletores. “A piscina é considerada um tanque, como um tipo de reservatório térmico”, compara.

AQUECIMENTO AUXILIAR

O SAS pede atenção em épocas do ano com baixa insolação, quando são utilizados recursos de compensação térmica. Para regiões com histórico de geadas, uma válvula térmica anticongelante é instalada a fim de evitar que a água do coletor vire gelo. “Em dias com nível de insolação insuficiente para aquecimento da água, alguns sistemas possuem o CDT - Controle Digital Diferencial de Temperatura. O dispositivo aciona automaticamente o aquecimento auxiliar elétrico existente dentro dos reservatórios, para complementação da temperatura. Para aqueles que não dispõem de resistência elétrica, a compensação da temperatura é realizada por um simples chuveiro elétrico instalado no ponto de uso, ligado pelo usuário somente quando necessário”, explica Mesquita.

Entre os sistemas auxiliares de aquecimento, os mais utilizados são aqueles que empregam o gás ou a eletricidade, e devem atender às exigências e características de projeto para o volume de água quente especificado. “De maneira simples, nas casas de programas habitacionais como o Minha Casa, Minha Vida e CDHU-SP, a solução adotada para o sistema auxiliar foi a instalação de um chuveiro elétrico no ponto de banho. Simples e econômico”, diz o secretário executivo do Dasol, destacando que já existem no mercado chuveiros inteligentes que avaliam a temperatura de entrada da água no chuveiro e complementam automaticamente essa temperatura para o nível de conforto desejado, programado pelo usuário.

Já em projetos e aplicações maiores, a decisão de utilização por um dos tipos de sistema é uma análise complexa e envolve avaliação de custos dos energéticos, características do projeto, disponibilidade e facilidade de instalação nas condições da obra. “Não há uma solução definida e absoluta, cabendo avaliação técnica por especialistas, como as empresas participantes do Programa Qualisol Brasil”, sugere.

Recomendamos que (...) o especificador escolha equipamentos participantes do Programa Brasileiro de Etiquetagem (PBE), do Inmetro
Marcelo Mesquita

DIMENSIONAMENTO

Os principais parâmetros para o projeto de dimensionamento consideram o perfil de utilização de água quente, a estimativa da demanda diária de água quente e sua temperatura. A localização do imóvel em que os equipamentos serão instalados é fundamental para determinar a radiação solar disponível e a temperatura ambiente com base em médias históricas. Outro aspecto é a área disponível para a instalação dos coletores e do reservatório, e as condições arquitetônicas para o correto dimensionamento e a adequada integração do sistema, longe de áreas de sombreamento, por exemplo.

Faz parte do projeto a previsão de tubulação com diâmetros adequados e de material destinado à água quente, como cobre ou plástico. Os tubos devem receber isolamento térmico, para impedir a perda de temperatura.

EQUIPAMENTOS E FORNECEDORES

“Recomendamos que, depois de dimensionado o sistema, o especificador escolha equipamentos participantes do Programa Brasileiro de Etiquetagem (PBE), do Inmetro, que estão listados no site do órgão (http://www.inmetro.gov.br/consumidor/tabelas.asp). Esses produtos contêm etiqueta que atesta sua qualidade e eficiência, indicando a produção média mensal de energia (kWh/mês ou kWh/mês.m²)”, informa.

Outro passo importante é contratar uma empresa especializada e isenta de interesses comerciais para assistência técnica na etapa da especificação e no dimensionamento do sistema, acompanhamento da instalação e aferimento do produto e da instalação, conferindo se estão de acordo com o especificado em projeto. Empresas participantes do Programa Qualisol da Abrava são referência para essas atividades.

Colaboração técnica

Marcelo-Mesquita
Marcelo Mesquita – É graduado em engenharia elétrica com especializações em Planejamento do Setor Elétrico (Unicamp), Gestão de Energia (Mackenzie) e Gestão Empresarial (Fundação Getúlio Vargas). Atuou por 26 anos na Eletropaulo, nas áreas comercial e de eficiência energética. Em 2007, iniciou carreira como professor universitário nos cursos de graduação da Unisant’Anna. Desde agosto de 2009 ocupa o cargo de secretário executivo do Departamento Nacional de Aquecimento Solar da Abrava.