o aquecedor solar brasileiro -...

UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS

FACULDADE DE ENGENHARIA CIVIL – ARQUITETURA E URBANISMO

O AQUECEDOR SOLAR BRASILEIRO - TEORIA E PRÁTICA EM PROL DE UMA TRANSFERÊNCIA DE TECNOLOGIA

SUSTENTÁVEL

Ítalo Alberto Gatica Ríspoli

Campinas 2008

UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS

FACULDADE DE ENGENHARIA CIVIL – ARQUITETURA E URBANISMO

O AQUECEDOR SOLAR BRASILEIRO - TEORIA E PRÁTICA EM PROL DE UMA TRANSFERÊNCIA DE TECNOLOGIA

SUSTENTÁVEL

Ítalo Alberto Gatica Ríspoli

Orientador: Prof. Dr. Carlos Alberto Mariotoni E

Tese de doutorado apresentada à Comissão de pós-graduaçãoda Faculdade de ngenharia Civil da Universidade Estadual deCampinas. Como parte dos requisitos para obtenção do títulode Doutor em Engenharia Civil, na área de concentração deRecursos Hídricos, Energéticos e Ambientais, linha depesquisa em Planejamento Energético e Sistemas Elétricos.

Campinas 2008

iii

FICHA CATALOGRÁFICA ELABORADA PELA BIBLIOTECA DA ÁREA DE ENGENHARIA E ARQUITETURA - BAE - UNICAMP

G225a

Gatica Ríspoli, Ítalo Alberto O aquecedor solar brasileiro – teoria e prática em prol de uma transferência de tecnologia sustentável / Ítalo Alberto Gatica Ríspoli.--Campinas, SP: [s.n.], 2008. Orientador: Carlos Alberto Mariotoni Tese (Doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo. 1. Aquecedores solares de água. 2. Coletores solares. 3. Energia solar – Sistema passivo. 4. Sustentabilidade. 5. Transferência de tecnologia. 6. Tecnologia apropriada. I. Mariotoni, Carlos Alberto. II. Universidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo. III. Título.

Título em Inglês: The Brazilian solar heater – theory and practice in favor of a sustainable transfer of technology Palavras-chave em Inglês: Solar radiation, Cleam energy, Sustainability, Solar heater, Tehnology transference, Approprieted technology Área de concentração: Recursos Hídricos, Energéticos e Ambientais Titulação: Doutor em Engenharia Civil Banca examinadora: Alberto Luis Francato, Moacyr Trindade de Oliveira Andrade, Paulo Sérgio Franco Barbosa, Frederico Fábio Mauad Data da defesa: 14/04/2008 Programa de Pós-Graduação: Engenharia Civil

iv

Aos meus pais, à Marineia, à Júlia à Laura e ao Ivan.

vii

AGRADECIMENTOS

A meu pai, Luis Alberto Gatica Mora que esteve presente e apoiando o tempo

todo.

Ao Prof. Dr. Carlos Alberto Mariotoni, pela amizade, conselhos e excelente

orientação.

Ao amigo José Lorenço Flores Cassuci que acreditou nesta tese manifestando

rica colaboração com a empresa privada Atual Aquecedores, fornecendo real apoio nos

testes experimentais.

A minha família, pelo apoio e paciência por conta de parte do meu tempo

dispensado para a realização desta pesquisa durante muitos Domingos, férias e

feriados.

Ao meu irmão e amigo Ivan que sempre esteve presente, e a Deus que se

constitui em tudo.

ix

“Dá-se muita atenção ao custo de se realizar algo. E nenhuma ao custo de não realizá-lo” (Philip Kotler)

xi

SUMÁRIO

Folha de Rosto..................................................................................................................iii

Página de aprovação.........................................................................................................v

Dedicatória.......................................................................................................................vii

Agradecimentos................................................................................................................ix

Epígrafe............................................................................................................................xi

Sumário...........................................................................................................................xiii

LISTA DE FIGURAS.......................................................................................................xix

LISTA DE TABELAS....................................................................................................xxvii

LISTA DE ABREVIATURAS........................................................................................xxxiii

LISTA DE SÍMBOLOS....................................................................................................xliii

RESUMO E ABSTRACT.................................................................................................xlv

1 INTRODUÇÃO E JUSTIFICATIVA.................................................................................1

2 OBJETIVOS E HIPÓTESES..........................................................................................7

2.1 Objetivo geral..............................................................................................................7

2.2 Objetivos específicos...................................................................................................7

3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA...........................................................................................9

3.1 A lenta transferência da tecnologia nos países subdesenvolvidos.............................9

3.2 O aquecedor solar de baixo custo.............................................................................13

3.3 O consumo de energia elétrica e a macro região de Campinas...............................18

3.4 Ações brasileiras pelo lado da demanda...................................................................24

3.5 Tecnologia brasileira de aquecedores solares..........................................................26

3.6 Substituição alternativa do metal...............................................................................35

3.7 Política de cobrança da energia elétrica no setor residencial e comercial da macro

região de Campinas........................................................................................................37

xiii

3.8 O dimensionamento de um sistema de aquecimento solar domiciliar......................39

3.9 Radiação, irradiância e irradiação solar....................................................................43

3.10 Instrumentos de medição da irradiância solar e dados brasileiros..........................45

3.11 Irradiância e irradiação solar sobre um plano inclinado..........................................54

3.12 Uso de Software para a estimativa da irradiação solar em planos inclinados........71

3.13 Matemática financeira.............................................................................................79

4 METODOLOGIA...........................................................................................................93

4.1 Teste de resfriamento de um corpo de prova em compósito de fibra de vidro.......103

4.2 Influência da anisotropia do céu no dimensionamento e verificação da área coletora

solar para fins térmicos.................................................................................................110

4.3 Influência da variação do ângulo de inclinação do coletor solar.............................113

4.4 Norte Geográfico e Norte Magnético.......................................................................115

4.5 Cálculo do pay-back................................................................................................116

4.6 Modelo sustentável para financiamento da tecnologia termo solar........................119

5 RESULTADOS E DISCUSSÃO..................................................................................121

5.1 Processo de resfriamento do reservatório térmico em compósito de fibra de

vidro...............................................................................................................................121

5.2 Resultados e discussão sobre a influência da anisotropia no dimensionamento e

aferimento de uma área coletora solar inclinada...........................................................123

5.3 Resultados e discussão sobre a influência da variação periódica do ângulo de

inclinação dos coletores solares planos........................................................................130 5.4 Resultados e discussão sobre o pay-back da tecnologia termo solar com aproveitamento do

estudo da estimativa da irradiação solar sobre plano inclinado.................................................135

5.5 Política sustentável para financiamento de tecnologia termo solar e discussão....142

5.6 Recomendação aos projetistas, fabricantes e vendedores de tecnologia termo

solar...............................................................................................................................146

6 CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES....................................................................149

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS..............................................................................153

APÊNDICE 1 - GRÁFICOS ELABORADOS APARTIR DOS DADOS EXTRAÍDOS DO

PROCESSO DE AQUISIÇÃO DE TEMPERATURAS PELO SITRAD® DA FULL

GAUGE..........................................................................................................................165

xv

APÊNDICE 2 - TEMPERATURAS REGISTRADAS NOS SENSORES DURANTE SETE

DIAS AMOSTRADOS NA EXPERIÊNCIA COM ESFERAS FLUTUANTES.................173

APÊNDICE 3 – TELAS DE RESULTADOS DE PLANILHA ELETRÖNICA IDEALIZADA

PARA DIMENSIONAMENTO E AFERIMENTO DE AQUECEDORES SOLARES.......181

ANEX0 1 - IRRADIAÇÃO SOLAR DA MACRO REGIÃO DE CAMPINAS SP..............185

ANEXO 2 - EXAME LABORATORIAL DA ÁGUA QUENTE DEPOSITADA NO

COMPÓSITO DE PROVA.............................................................................................189

ANEXO 3 - DESEMPENHO DE COLETORES SOLARES PLANOS DE FABRICAÇÃO

BRASILEIRA DESTINADOS AO BANHO SOB EXAME DO INMETRO – EDIÇÃO 1/08

DE 2008.........................................................................................................................193

ANEX0 4 – CARTAS MAGNÉTICAS DO BRASIL........................................................197

xvii

LISTA DE FIGURAS

FIGURA 3.1: Aquecedor solar de baixo custo (ASBC) de Woels e coletor solar de baixo

custo (CSBC) de Bartoli..................................................................................................15

FIGURA 3.2: Deformação acidental de placa em PVC alveolar.....................................16

FIGURA 3.3: Modelos fabris brasileiros compactos em metal e termoplásticos.............16

FIGURA 3.4: Otimização australiana de aquecedor solar compacto com redução da

placa absorvedora e produto final acabado....................................................................17

FIGURA 3.5: Desagregação da curva de carga da CPFL em 1998................................21

FIGURA 3.6: Tendência histórica do crescimento do consumo de energia elétrica

residencial na cidade de Campinas SP..........................................................................23

FIGURA 3.7: Instalação por convecção com desníveis entre reserva de água fria,

quente e coletores solares debaixo de um telhado residencial em baixa pressão de

funcionamento.................................................................................................................27

FIGURA 3.8 Instalação por convecção com desníveis entre reserva de água fria, quente

e coletores solares com explosão de uma torre para fora do telhado residencial em

baixa pressão de funcionamento.....................................................................................28

FIGURA 3.9 Instalações por convecção com equipamento popular de linha fabril

disposto sobre o telhado da edificação residencial em baixa pressão de

funcionamento.................................................................................................................28

FIGURA 3.10 Instalação por convecção com nível entre reservas de água debaixo de

um telhado residencial em baixa pressão de funcionamento..........................................29

FIGURA 3.11 Instalação com circulação forçada e controlada entre o reservatório de

água quente e os coletores solares numa situação de baixa pressão............................30

FIGURA 3.12: Apoio elétrico simples acoplado ao tanque de água quente...................32

xix

FIGURA 3.13: Esquema simplificado de apoio a gás a um aquecedor solar Residencial.

........................................................................................................................................34

FIGURA 3.14: Projeto Racional 1 na Cidade de Americana SP em 2001......................35

FIGURA 3.15: Movimento aparente do Sol em torno da Terra numa perspectiva do

Hemisfério Sul.................................................................................................................42

FIGURA 3.16: Componentes da radiação solar incidente na superfície terrestre...........44

FIGURA 3.17: Heliógrafo.................................................................................................46

FIGURA 3.18: Actinógrafo...............................................................................................47

FIGURA 3.19: Piranômetro fotovoltaico..........................................................................48

FIGURA 3.20: Piranômetro tipo branco e preto, realizando medidas da irradiação global

e outro termelétrico de precisão tipo psp, realizando medidas da irradiação difusa.......49

FIGURA 3.21: Piroheliômetro de incidência normal.......................................................48

FIGURA 3.22: Estações de medição da irradiância solar no Estado de São Paulo.......50

FIGURA 3.23: Irradiação solar média mensal do Brasil em MJ/m² para Junho............51

FIGURA 3.24: Informe de satélite brasileiro METSAT....................................................53

FIGURA 3.25: Isotropia e anisotropia do Céu.................................................................55

FIGURA 3.26: Ângulos da declinação solar em função do movimento aparente do Sol,

Solstícios de verão, inverno e Equinócios......................................................................56

FIGURA 3.27: Eclíptica, declinação Solar e datas dos Solstícios e Equinócios............57

FIGURA 3.28: Abóbada Celeste e movimento aparente do Sol em torno da Terra........57

FIGURA 3.29: Ângulos �z para um plano horizontal e � para um plano inclinado........67

FIGURA 3.30: Convenção nórdica para orientação do coletor solar..............................68

FIGURA 3.31: Tela inicial do Radiasol para a seleção da cidade de Campinas SP.......73

FIGURA 3.32: Irradiação solar e suas componentes para o dia 15 de Janeiro na Cidade

de Campinas SP sobre uma superfície horizontal com índice de transparência

atmosférico igual a 0,5....................................................................................................74

FIGURA 3.33: Resultados da irradiação global anual na cidade de Campinas SP numa

superfície plana inclinada em 17º sem desvio azimutal.................................................75

FIGURA 3.34: Carta solar gerada pelo software GEOSOL para a cidade de Campinas

SP para o dia 15 de Janeiro...........................................................................................76

xxi

FIGURA 3.35: Software livre Radiac2.1/95 executado num pocket de mão, modelo

IPAQ da HP, emulação das calculadoras HP em microcomputadores de mesa e

handhelds........................................................................................................................77

FIGURA 3.36: Posição central para KT = 0,5 como céu parcialmente encoberto..........79

FIGURA 3.37: Conduta do crescimento de um capital tratado a juro simples e

composto.........................................................................................................................88

FIGURA 3.38: Conduta do crescimento de um capital unitário tratado a juro simples e

composto com uma taxa de 2% ao mês em 365 dias....................................................88

FIGURA 3.39: Fluxo de caixa de dívida parcelada em “n” períodos...............................89

FIGURA 4.1: Probabilidade de se ter um telhado orientado para o Norte Geográfico em

região de São Paulo........................................................................................................94

FIGURA 4.2: Implantação geminada em lote urbano subdividido de duas edificações.95

FIGURA 4.3: Aquecedor solar desagregado do telhado da residência..........................96

FIGURA 4.4: Fixação do aquecedor solar independente do telhado da edificação,

proposto defronte do banheiro ou junto ao muro de divisa em alvenaria armada.........97

FIGURA 4.5: Três graus de liberdade junto ao coletor solar em muro de divisa

permitindo interpolação manual periódica na orientação................................................97

FIGURA 4.6: Composições propostas para aquecimento solar domiciliar....................100

FIGURA 4.7: Modelo desenvolvido para a intempérie que viabiliza o transporte e a

conservação de calor interno, conciliando baixo custo e durabilidade..........................101

FIGURA 4.8: Placa absorvedora em alumínio e vincos em ômega..............................101

FIGURA 4.9: Caixa de coletor manufaturada de reciclado de embalagens..................102

FIGURA 4.10: Esferas flutuantes de poliestireno expandido........................................104

FIGURA 4.11: Posicionamento dos sensores...............................................................105

FIGURA 4.12: Efeito gráfico da estratificação interna das temperaturas no reservatório

de prova e a temperatura ambiente em 13/05/2007 das 9:00 Hs às 24:00 Hs com

esferas flutuantes..........................................................................................................106

FIGURA 4.13: Simplificação gráfica proporcionada pela plotagem da temperatura

interna média ponderada e a temperatura ambiente em 13/05/2007...........................107

FIGURA 4.14: Resultado da temperatura interna média ponderada experimentado em

08/12/2006 sem as esferas flutuantes...........................................................................109

xxiii

FIGURA 4.15: Sugestão prática para classificação visual do índice de transparência KT

no Brasil.........................................................................................................................111

FIGURA 4.16: Consumo médio anual junto ao chuveiro elétrico no banho noturno por

tempo médio de utilização em função da população domiciliar.,,,,...............................118

FIGURA 5.1: Diferencial térmico no interior de um reservatório isolado de 200 litros de

água devido ao trabalho diário de um coletor solar plano de 2m² com diferentes

inclinações orientado para o Norte na cidade de Campinas SP...................................134

FIGURA 5.2: Pay-back de um investimento entre R$ 1.800 a R$ 2.400,00 em tecnologia

termo solar considerando-se uma inibição de 65% do tempo de operação do chuveiro

elétrico no horário noturno.............................................................................................137

FIGURA 5.3: Diferença numérica em parcelas acumuladas sob modelo de Gauss e

Price em 36 pagamentos a 2% ao mês para financiamento de R$ 2.000,00 sem

entrada..........................................................................................................................144

FIGURA 5.4: Aumento percentual do compromisso do banco credor com relação à

diferença entre o sistema Price e Gauss.......................................................................145

xxv

LISTA DE TABELAS

TABELA 3.1: Faixas de remuneração familiar brasileira em 2004..................................11

TABELA 3.2: Demanda de energia elétrica da região metropolitana de Campinas, do

município de Campinas, Estado de São Paulo e Brasil entre 1980 a 2000....................22

TABELA 3.3: Evolução do consumo de energia elétrica residencial para a macro-região

de Campinas em MWh/ano.............................................................................................23

TABELA 3.4: Parâmetros sugeridos pelo fabricante do CDT para assessorar

automaticamente a circulação em aquecedores solares................................................31

TABELA 3.5 Irradiação solar média mensal em Campinas SP.......................................52

TABELA 3.6: Conversão de qualquer data para número ordinal de 1 a 365 com valores

calculados para o dia médio de cada mês e declinação solar.......................................58

TABELA 3.7: Valores da refletividade para diferentes tipos de superfícies....................69

TABELA 3.8: Estimativa da irradição solar global média na cidade de Campinas SP em

MJ/m2 ao dia através do software RAD-OPT 2.0/94......................................................71

TABELA 3.9: Estimativa da irradiância solar global e suas componentes para a cidade

de Campinas no dia 15 de Julho num plano inclinado em 17º segundo o modelo de Liu

e Jordam através do software RADIAC2 2.1/95 com 0,2 de albedo, 0,5 para kt e sem

desvio azimutal................................................................................................................72

TABELA 3.10. Índices de transparência atmosférica do céu brasileiro calculados a partir

do Atlas Solarimétrico do Brasil.......................................................................................78

TABELA 3.11: Diferença de cálculo montante entre juro simples e composto...............87

TABELA 4.1: Fração de ano fa......................................................................................116

TABELA 5.1: Resultados diferenciais entre os índices de resfriamento para as duas

experiências realizadas.................................................................................................121

xxvii

xxviii

TABELA 5.2: Solução do Exemplo 1 com auxílio de software livre e comparação entre

isotropia e anisotropia do céu.......................................................................................124

TABELA 5.3: Solução do Exemplo 2 com auxílio de software livre e comparação entre

isotropia e anisotropia do céu........................................................................................126

TABELA 5.4: Cálculo do KT de Campinas SP com a aproximação da equação de

Ängstrom e de informe do Atlas Solarimétrico do Brasil...............................................127

TABELA 5.5: Resultados do Exemplo 1 com KT produzido por informação do Atlas

Solarimétrico do Brasil , auxílio de software livre e comparação entre isotropia e

anisotropia do céu.........................................................................................................128

TABELA 5.6: Aferimento de uma área coletora solar plana de 4,88m² com índices de

claridade atmosférica médios mensais da cidade de Campinas SP , auxílio de programa

livre e comparação entre isotropia e anisotropia do céu...............................................129

TABELA 5.7: Diferença de temperatura média provável em 200 litros de água por

trabalho diário de um coletor solar plano de 2m² instalado com 17º de inclinação e

orientado para o Norte Geográfico em Campinas SP...................................................131








trabalho diário de um coletor solar plano de 2m² instalado com inclinação flexível e


TABELA 5.11: Pay-back pelo procedimento da equivalência em kWh para um

investimento termo solar entre R$ 1.800,00 a R$ 2.400,00 com base ao calor solar

acumulado.....................................................................................................................136

TABELA 5.12: Pay-back das duas tecnologias ............................................................139

TABELA 5.13: Calor produzido e acumulado da tecnologia 1......................................140

TABELA 5.14: Calor produzido e acumulado da tecnologia 2......................................141

xxix

TABELA 5.15: Cálculo do valor das prestações em R$ para um financiamento de R$

2.000,00 modeladas sob a teoria de Gauss e Price .....................................................143

TABELA 5.16: Equivalência de juro composto para plano concebido a 2% de juro

simples com o modelo de Gauss para um valor financiado de R$ 2.000,00................143

xxxi

LISTA DE ABREVIATURAS

A: alíquota percentual.

Ac: área coletora solar em m².

A i: índice anisotrópico (adimensional).

ASBC: aquecedor solar de baixo custo.

ABNT: Associação Brasileira de Normas Técnicas.

a: coeficiente empírico de um lugar geográfico da equação de Ängtrom.

b: coeficiente empírico de um lugar geográfico da equação de Ängtrom.

BC: Banco Central.

C: consumo de energia elétrica em kWh no período de medição.

C: constante calculada em função dos seguintes valores: custo do sistema instalado,

fator de conversão de kWh para kcal (860), energia total transferida à água em

kcal/dia, custo do kWh de energia elétrica, número de dias ao ano (365).

CB: comitê brasileiro.

Cf: capital final.

C0: valor principal (ou inicial).

CDT: controlador diferencial de temperatura.

c: calor específico.

cal: caloria.

CEE: custo do kWh de energia elétrica com carga tributária.

CESP: Companhia Elétrica de São Paulo.

CIET: Centro Incubador de Empresas Tecnológicas.

CPFL: Companhia Paulista de Força e Luz.

xxxiii

CONPET: Programa Nacional de Racionalização do uso dos Derivados de Petróleo e o

Gás Natural.

CSBC: coletor solar de baixo custo.

DT1: diferença de temperatura interna média ponderada entre as 18:00 h às 24:00 h.

DT2 : diferença de temperatura às 24:00 h entre DT1 e DT3.

DT3: diferença de temperatura na intempérie entre 18:00 h às 24:00 h.

E: equação do tempo [‘].

Ei: economia variável mensalmente na conta periódica de energia elétrica por

conta do sistema de aquecimento solar.

EMPLASA: Empresa Paulista de Planejamento Metropolitano SA.

EPDM: elastômero de etileno-propileno-dieno.

FAPESP: Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo.

FGV: Fundação Getúlio Vargas.

FINEP: Financiadora de Estudos e Projetos.

f : termo de correção para modulação do brilho no horizonte (adimensional).

g: grama.

Gsc: constante solar igual a 1367 W/m².

GLP: gás liquefeito de petróleo.

H: irradiação solar diária num plano horizontal da superfície terrestre [Wh/m²].

HT: irradiação solar global sobre um plano inclinado [kWh/m² dia].

Hd: irradiação solar difusa num plano horizontal da superfície terrestre [Wh/m²].

H0: irradiação solar diária extraterrestre no topo da atmosfera num plano horizontal teórico [Wh/m²].

: irradiação solar média mensal extraterrestre no topo da atmosfera num plano

teórico horizontal [Wh/m²].

: irradiação solar média mensal num plano horizontal da superfície terrestre Wh/m²]. __H :� irradiação solar global, média mensal sobre um plano inclinado com relação ao

: irradiação solar média mensal difusal [Wh/m²].

plano horizontal [Wh/m²].

ha: horário solar do amanhecer.

hc: horário civil.

xxxv

hi: hora específica do dia.

hs: horário solar do anoitecer.

i: taxa de juro financeiro por período do contrato de financiamento.

IBGE: Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística.

IPEN: Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares.

IPTU: imposto predial territorial urbano. I: valor do tributo em moeda corrente (R$).

I : irradiância solar instantânea na superfície terrestre num plano horizontal num dia e hora solar

definidos [W/m²].

IR: irradiância solar global num dia completo incidente sobre um plano inclinado.

I t,v: irradiância solar total incidente numa superfície inclinada (W/m2).

I b,v : irradiância solar direta incidente numa superfície inclinada (W/m2).

I d,v : irradiância solar difusa incidente numa superfície inclinada (W/m2).

I b : irradiância solar direta incidente em superfície horizontal (W/m2).

I d : irradiância solar difusa incidente em superfície horizontal (W/m2).

I0: irradiância solar extraterrestre no topo da atmosfera num plano teórico horizontal em dia e hora específica [W/m²].INPE: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais.

INMETRO: Instituto Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial.

ONG: organização não governamental.

PVC: policloreto de vinila.

Q: calor requerido no tanque em um dia em Kcal/dia ou kWh/dia.

Qi: calor acumulado da produção termo solar em kWh.

QT: calor perdido no tanque em um dia em Kcal/dia ou kWh/dia.

kcal: mil calorias.

kg: quilograma.

KT: índice de claridade atmosférico ou de transparência médio diário.

kt : índice de claridade atmosférica instantâneo num determinado horário.

Kd: índice adimensional, diário para a componente difusa, que caracteriza a relação

Hd/H.

: índice de claridade atmosférico ou de transparência, médio mensal.

xxxvii

xxxviii

kWh: mil Wh.

Lloc : longitude local [�].

Lst: longitude de referência [�].

m: massa.

mca: metro de coluna de água.

MME: Ministério de minas e Energia.

n: data medida por ordinal de 1 a 365.

n : número de períodos do empréstimo = número de parcelas.

n: tamanho de uma amostra para inferir a verdadeira média.

n: mês onde se realiza o payback.

N: número máximo de horas teóricas de duração do dia.

P: valor total a pagar em moeda corrente (R$).

PP: polipropileno.

Pi : pagamentos parcelados do sistema financeiro modelo PRICE de valor fixo.

PMT: valor da parcela periódica em moeda corrente.

PNDA: Pesquisa Nacional por Amostra de Domicílio.

PROCEL: Programa Nacional de Conservação de Energia Elétrica.

PVC: policloreto de vinila.

Q: calor no reservatório térmico.

Rx: valor da parcela periódica.

Rb: relação entre a radiação direta horária numa superfície inclinada e na horizontal.

s: horas de brilho solar.

S: desvio padrão amostral.

SELIC: sistema especial de liquidação e custódia.

SEBRAE: serviço brasileiro de apoio às micro e pequenas empresas.

TEE: tarifa do kWh de energia elétrica em moeda corrente.

TR: taxa de referência, ou taxa referencial.

TIP: temperatura interna média ponderada no reservatório experimental [ºC].

TS1 Est2: temperatura registrada pelo sensor nº 1 da estação nº 2 [ºC].



xxxix



TRC: tempo de retorno do capital investido.

UFRGS: Universidade Federal do Rio Grande do Sul.

USP: Universidade de São Paulo.

VET: valor equivalente da tecnologia termo solar em kWh

V0: valor total do investimento inicial em moeda corrente.

W: Watt.

Wh: Watt vezes hora.

xli

LISTA DE SÍMBOLOS

� : latitude local [°].

� :inclinação do plano com relação ao plano horizontal [°].

� : azimute do plano inclinado [°] - Sul : 0° - Norte : 180° convenção nórdica.

�: altura solar com relação ao plano horizontal [º].

�z : ângulo de incidência da radiação solar medido do zenit [°].

� : ângulo horário [°].

�s : ângulo horário do anoitecer [°].

�’s : ângulo horário do pôr do Sol para uma superfície inclinada [º].

�a : ângulo horário do amanhecer [°].

� : declinação solar num dia específico [°].

�hi : incremento horário [h].

t�/2 : valor de Student para a metade da significância;

: erro arbitrado;

: rendimento do coletor solar [adimensional]; �T: diferença de temperatura [ºC];

�T1: diferença de temperatura da TIP entre as 18:00 às 24:00 hs [ºC];

�T2: diferença de temperatura entre a TIP e o ambiente às 24:00 hs [ºC];

�T3: diferença de temperatura ambiente entre as 18:00 às 24:00 hs [ºC].

xliii

xlv

RESUMO

Esta pesquisa representa uma contribuição à área de recursos hídricos, energéticos e ambientais, buscando prover subsídio técnico ao planejamento energético pelo lado da demanda, atuando favoravelmente na estabilidade dos sistemas elétricos convencionais. Estudou-se a redução do custo fabril de um aquecedor solar de linha industrializada, que apresente adequado desempenho na estação fria do ano. Para isto, foi necessário revisar o tema da irradiação solar e paralelamente ensaiar protótipos e materiais. O resultado final desta pesquisa reúne subsídios aos estudantes de engenharia civil, ambiental, arquitetura, projetistas, fabricantes e vendedores da tecnologia termo solar. Ainda foi possível modelar uma linha sustentável de financiamento para a classe média brasileira sem prejuízo do banco credor.

Palavras-chave: irradiação solar, energia limpa, sustentabilidade, aquecedor solar, transferência de tecnologia, tecnologia apropriada.

ABSTRACT

This research represents a contribution to the hydric resources, energetics and environmental, serving as a technical aid to the energetical planning per the demand side, acting favorably on the stability of the conventional electrical systems. It has been studied a reduction on the manufacturing cost of an industrialized solar heater that performs well during the cold season of the year, being necessary to review the solar radiation subject and at the same time test prototypes and materials. The final result of this research gathers aid to civil, environmental engineering students, as well to architecture students, designers, thermo solar technology makers and salespeople. It was still possible to model a sustainable credit line for the Brazilian middle class, with no loss to the bank.

Key words: solar radiation, clean energy, sustainability, solar heater, technology transference, appropriated technology.

_______________________________________________________________ Introdução e Justificativa

1 INTRODUÇÃO E JUSTIFICATIVA

O custo da conversão da energia solar in natura para outro tipo de energia

aproveitável na rotina humana tem sido um fator relevante na baixa disseminação

desse vetor energético junto aos países em desenvolvimento. Outro fator que deixou

historicamente o uso da energia solar em segundo plano é o baixo desempenho no

processo de transformação quando comparado com outros vetores convencionais e

suas potências nominais de uso final, não obstante, a improbabilidade em função da

climatologia local também conspirou para que o aproveitamento da energia solar ficasse

numa escala insignificante diante das fontes convencionais.

O Brasil é um país em desenvolvimento, mas está situado entre a linha do

Equador e o trópico de Capricórnio, privilegiado por uma farta insolação anual o que

estimula a priori buscar um novo conceito de aquecedor solar que se adotado em

quantidade significativa poderá produzir o impacto desejável.

O desenvolvimento de um sistema de aquecimento solar de água potável de

baixo custo de aquisição e instalação para efeito de proliferação junto às classes sociais

brasileiras de menor poder aquisitivo tem sido tema de inúmeros trabalhos científicos.

Alguns trabalhos práticos podem ser encontrados na rede mundial de computadores,

contudo percebe-se que mesmo com toda a contribuição e esforço dos pesquisadores,

fabricantes e entusiastas, não existe uma transferência tecnológica capaz de produzir

um real impacto no sistema elétrico nacional, como por exemplo, a desagregação da

carga noturna do chuveiro elétrico junto ao horário de pico por volta das 19:00 hs.

Referido pico tem sido o principal objeto de discussão e polêmica em torno do

1


2

crescimento da demanda e complicada proposta de crescimento para a oferta da

energia elétrica.

Uma causa da inibição da transferência de tecnologia solar se dá por conta da

ausência de uma política pública que adote com maior ênfase a administração do setor

elétrico pelo lado da demanda, ante o insustentável orçamento do aumento da oferta

com o indesejável aumento do passivo ambiental.

A adoção de um sistema de aquecimento solar de água tem sido posto em

prática em maior número para as classes sociais brasileiras que têm poder aquisitivo

suficiente para comprar de forma particular essa tecnologia, contudo observa-se que

tais sistemas são muitas vezes super dimensionados para atender uma grande

quantidade de pontos de consumos distribuídos na edificação que nem sempre são

utilizados pelos usuários, e se utilizados acabam por desequilibrar a reserva de calor

acumulado no reservatório de água quente, é o caso típico dos pontos de água quente

em tanques de lavar roupa, banheiras do tipo hidromassagem ou na área de lazer.

Neste trabalho procura-se subsidiar um novo produto de linha fabril para o

gênero do aquecimento solar de água potável domiciliar destinado a uma classe social

brasileira que hoje não dispõe desta tecnologia, assim como defender a otimização e

racionalização da instalação de um equipamento adequado à edificação unifamiliar

brasileira estendendo parte da tecnologia proposta para os modelos e formas da linha

comercial convencional existente para as mais diversas classes sociais por um preço de

aquisição mais atrativo, assim como modelar um programa de financiamento mais

coerente que o tradicional modelo europeu adotado no Brasil a juro composto como

ferramenta de marketing para estimular a compra de um produto por conta do

proprietário do imóvel quando este não dispõe de capital líquido para realizar a compra

da tecnologia à vista, ou até mesmo como instrumento de discussão frente ao atual

sistema financeiro sob aval do desenvolvimento sustentável.


3

A indústria brasileira de aquecedores solares para água tem atribuído aos

postos de comercialização, encanadores autônomos e pequenas firmas prestadoras de

serviços, treinamentos para nortear fundamentalmente as vendas com o menor número

de problemas posteriores, reduzindo assim toda a rotina técnica, desde a concepção

até a instalação dos sistemas de aquecimento solar residencial a um estreito circuito

que opera no mercado brasileiro de maneira quase endógena. Quando a questão do

aquecimento solar ainda é concebida no instante do projeto, muitos projetistas deixam o

dimensionamento, instalação e assessoramento a cargo da indústria, posto de revenda

ou até mesmo sob o julgamento do instalador. Esta dinâmica nem sempre tem

contribuído para o sucesso da tecnologia na ótica do usuário final e muito menos para

manter a boa reputação do vetor solar no mercado da concorrência. Com o intuito de

atenuar e quem sabe num futuro próximo abolir este tipo de problema, neste trabalho

junto à Metodologia se apresenta uma rotina de cálculo que pode estimar mês a mês a

quantidade média e máxima de calor que um sistema de aquecimento solar pode

produzir em função da orientação dos coletores e da instalação final em qualquer

coordenada geográfica brasileira. Tal rotina pode ser realizada antes e depois da

instalação, deixando transparente ao usuário final os limites médios e máximos de

produção de calor do sistema ao longo do ano. Hoje não existe um posto de revenda no

Brasil que antes e depois da venda entregue ao cliente um relatório da expectativa da

produção média e máxima mensal de calor pelo equipamento comprado.

Têm-se como principais justificativas de cunho macro-econômico:

�� Um equilíbrio no orçamento destinado ao crescimento da distribuição de energia

elétrica convencional nas regiões urbanas e rurais do Brasil;

�� Um incremento no PIB brasileiro inerente a uma nova indústria com empregos

diretos e indiretos;

Têm-se como principal justificativa de cunho microeconômico:

�� Uma poupança acumulativa após a realização do pay-back tecnológico por conta

da redução da carga de energia elétrica e sua cobrança domiciliar periódica;


4

Têm-se como principal justificativa de cunho social:

�� O incremento na oferta de trabalho qualificado na área de sistemas prediais e

fabris, uma vez que se valoriza um processo de manufatura genuinamente

brasileiro do aquecedor solar e sua instalação;

Têm-se como principais justificativas de cunho ambiental:

�� A produção de calor com o menor impacto ambiental desde a fabricação até a

operação do sistema observado em:

o A conservação dos recursos hídricos;

o A redução da carbonização do ar por conta da substituição de um

processo siderúrgico por um de menor poluição ambiental (compósito de

fibra de vidro);

o A consideração de aplicação e destinação de matérias primas recicladas;

Têm-se como principais justificativas de cunho técnico fabril:

�� A seleção de um material:

o Resistente à exposição solar;

o Resistente à temperatura;

o Resistente à qualquer tipo de água potável (acida, neutra ou alcalina);

�� Desenhos de reservatórios favoráveis:

o Ao transporte em função da leveza e formas inovadoras;

o À racionalização do material em função da forma;

o Ao desempenho térmico em função da forma e desenho interno;

Têm-se como principais justificativas na instalação do equipamento:

�� Um melhor desempenho anual focado na estação fria;

Têm-se como principais justificativas com relação à atual tecnologia de

mercado e aos trabalhos científicos que buscam racionalização do sistema de

aquecimento solar:


5

�� Um sistema mais econômico, porém durável e com pouca expectativa de falha

durante a operação;

�� Uma projeção de vida útil superior a 20 anos sem manutenção dos principais

elementos (coletor e reservatório);

�� Remanufaturamento do tanque de água quente após sua vida útil sem

necessidade de reciclar o material.


6

__________________________________________________________________ Objetivos e Hipóteses

2 OBJETIVOS E HIPÓTESES

Esta pesquisa pretende oferecer uma contribuição ao aumento da adoção do

aquecedor solar residencial, assim como manter a boa reputação deste vetor se

consideradas as hipóteses, revisão e experimentos aqui apresentados.

2.1 Objetivo geral Fornecer subsídio científico suficiente para transferir uma tecnologia que ainda

hoje se encontra demasiadamente endógena na universidade brasileira por falta de

uma vontade política.

2.2 Objetivos específicos

�� Reduzir o custo de um reservatório térmico de água quente pela substituição

de um material resistente e durável de linha fabril aplicável a qualquer forma

de reservatório;

�� Apresentar uma caixa térmica com características apropriadas para

exposição na intempérie;

�� Apresentar um sistema completo apropriado para uma edificação de baixo

poder aquisitivo;

�� Apresentar um incremento de eficiência anual devido a um novo conceito de

instalação;

7

__________________________________________________________________ Objetivos e Hipóteses

8

�� Modelar rotina de cálculo estimativa da produção média e máxima de calor

capaz de um sistema de aquecimento solar domiciliar por acumulação de

calor proposto aos projetistas, postos de vendas e fabricantes do gênero;

__________________________________________________________________ Revisão Bibliográfica

3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

A instalação maciça de aquecedores solares na habitação brasileira não

depende apenas de fatores internos, mas de uma série de ações mundiais agora

acentuadas com a globalização, contudo existem várias atribuições favoráveis que

animam um trabalho de pesquisa com o objetivo de contribuir no desenvolvimento de

um novo conceito de desenho, fabricação e instalação de aquecedor solar. Dar-se-á

uma revisão sistêmica que explique o problema de forma multidisciplinar e assim

subsidiar a metodologia e as conclusões.

3.1 A lenta transferência da tecnologia nos paises subdesenvolvidos

O uso da energia solar tem referência antes da era cristã pelos gregos e uma

interessante evolução tecnológica que fracassou nas aplicações práticas após a

revolução industrial onde se perpetuaram como paradigmas o petróleo e a eletricidade

para as atividades industriais, comerciais e domiciliares, deixando a tecnologia solar

como alternativa de segundo plano (VAZQUES, 2007)

Após a revolução industrial se definiram os paises do terceiro mundo que

tiveram na sua grande maioria a constante necessidade do petróleo importado, custos

do refino para obtenção dos derivados, um histórico de endividamento tratado a juro

composto junto aos credores internacionais, altos preços de produtos com tecnologia

importada e, todavia segundo GOLDEMBERG, et alii (1987- 1995), foram submetidos a

um processo de redução mundial do preço internacional da principal fonte de renda: os

9


commodities, resultando assim um lento e interminável processo de desenvolvimento

desses países que perdura sobre décadas com a transferência de capital para os

países mais abastados, produzindo políticas internas nos países em desenvolvimento

desfavoráveis para a tecnologia solar nas habitações uma vez que a expectativa de

retorno dos investimentos no setor não tem a mesma performance do nível de

endividamento, dando-se preferência para a biomassa, correspondendo a uns 40% da

matriz energética desses países.

No caso do Brasil, conforme CAVALIERO, (2000), “Desde o início do processo

de privatização do setor elétrico não houve uma preocupação em determinar que bens

públicos deveriam ser mantidos no setor. As empresas privatizadas não terão interesse

em manter certos bens públicos, como o fornecimento de energia elétrica a

consumidores de baixa renda, incentivo ao uso de fontes renováveis alternativas e à

pesquisa e desenvolvimento, já que estes não garantem o lucro no curto prazo”. Outras

fontes alternativas como a biomassa e a energia eólica parecem prevalecer antes da

adoção de uma política de incentivo à energia solar, que têm um declínio da atividade

de pesquisa contando da década dos 80 em diante, predominando o desenvolvimento

dos sistemas foto-voltaicos. Segundo, TOLMASQUIM, (2003):

“A primeira grande barreira identificada para o desenvolvimento da

tecnologia solar térmica decorre da falta de entendimento, por parte do

próprio governo e de seus técnicos, de que o aquecimento solar em

substituição ao chuveiro elétrico proporciona medidas eficazes de

conservação de energia, inclusive com atenuação e deslocamento do

horário de ponta das concessionárias de energia. Dessa forma, sua

utilização intensiva pode ser interpretada como uma forma alternativa

de geração descentralizada de energia elétrica, podendo ser incluída

nas leis de incentivo às energias renováveis atualmente em fase de

elaboração ou aprovação no Congresso Nacional.”

Para transferir qualquer tecnologia é importante conhecer o perfil econômico da

distribuição espacial que se pretende. Conforme MAIA (2006) fora a elite

10


demasiadamente rica conforme classe ocupacional, estrato social, sexo, cor,

escolaridade e condição de atividade, é possível tipificar quatro classes brasileiras:

Classe média alta: É um padrão que mostra forte associação ao estrato social

superior, 3º grau de escolaridade e classe dos empreendedores que empregam mais do

que 10 funcionários em qualquer setor empresarial (agrícola ou não);

Classe media baixa: é um padrão que possui ligação direta às micro-empresas e

pequenos empregadores de qualquer setor comercial (agrícola ou não), aos estratos,

médio baixo, à formalidade representada pela contribuição previdenciária oficial e ao 2º

grau de escolaridade;

Massa trabalhadora: é o maior grupo economicamente ativo e inativo, está distribuído

em funções agrícolas e não agrícolas, empregados e desempregados, remunerados e

não remunerados, têm baixo nível de escolaridade;

Inativos: são os marginalizados da estrutura social. Este grupo está associado à classe

dos desocupados, sem renda e as crianças menores de 10 anos.

Na tabela 3.1 estão relacionados os estratos econômicos segundo faixas de

renda familiar do Brasil conforme micro dados do PNAD do IBGE, apud MAIA, (2006),

com inserção de uma apreciação em moeda norte americana com a média anual do

câmbio de R$ 2,93 e R$ 260,00 para o salário mínimo (SM) em 2004. Nas

percentagens da tabela 3.1 se excluem 2,822 milhões de integrantes familiares com

rendimentos per capita ignorados.

TABELA 3.1: Faixas de remuneração familiar brasileira em 2004.

Estrato % daEconômico População

Familiar em 2004Superior 20 SM ou mais 3,50%Médio 10 |------- 20 SM 2.600 |------- 5.300 887,37 |------- 1808,9 7,30%Baixo 4 |------- 10 SM 1.060 |------- 2.650 361,77 |------- 904,44 24,60%

Inferior 2 |------- 4 SM 530 |------- 1.060 180,89 |------- 361,77 28,40%Ínfimo Menos de 2 SM Menos de 530 Menos de 180,89 36,10%

1.808,87 ou mais

Faixas de Renda Familiar

(US$)5.300 ou mais

Faixas de Salário Mínimo

(SM)

Faixas de Renda Familiar

(R$)

11


Transferir a tecnologia solar na maior fração populacional para prever um

impacto desejável significa atingir as classes economicamente ativas de menor estrato

econômico familiar conforme mostra a tabela 3.1. Isto é um desafio que somente terá

sucesso com a participação solidária entre a universidade, iniciativa privada, pública, e

política. Isoladamente não há grandes perspectivas. A ausência de uma política

estadual, federal ou municipal para agilizar uma eficiente transferência de tecnologia ao

cidadão comum sem proporcionar a este último algum atrativo por uma atitude pessoal

na aquisição de um equipamento solar é hoje outro impasse para inibir a entrada

maciça dos aquecedores solares nas edificações da classe média.

Segundo JANNUZZI, (2008), a Prefeitura de Campinas em 2002 classificou o

aquecedor solar como um luxo para efeito de cobrança diferencial de tarifa do IPTU

dessa cidade, contrariando completamente o incentivo à transferência de tecnologia

solar por parte do poder público municipal.

Há uma tendência natural de fomentar em escala desigual as tecnologias que

priorizam um lucro financeiro mais interessante e rápido, isto tem deixado o aquecedor

solar em segundo plano, todavia não é possível contabilizar com exatidão o bem

provocado pela redução do passivo ambiental promovido pelo uso dos aquecedores

solares. É dizer, uma família de baixa renda tem poder aquisitivo para adquirir a

tecnologia de um telefone celular pré-pago como prioridade extrema por realizar um

sonho de consumo, mas não ocorre o mesmo ante o aquecedor solar, vista a

necessidade pessoal de comunicação, valor do equipamento e conforto de uso

imediato, então as empresas de alta tecnologia de comunicações e de informação por

isso têm prioridades no incentivo à pesquisa junto às linhas de fomento.

12


3.2 O aquecedor solar de baixo custo

Ante um cenário macroeconômico hostil onde prevaleceu a manutenção do

lucro com a constante dilação do prazo de desenvolvimento dos países do terceiro

mundo os paradigmas do petróleo e da eletricidade ficaram perpetuados, contudo no

Brasil sobrevivem alguns trabalhos científicos mais por idealismo que por fins lucrativos,

buscando consolidar a transferência da tecnologia solar no Brasil mediante uma

iniciativa que defende a educação e o treinamento a longo prazo. Um deles teve origem

em um convite do SEBRAE à equipe original do engenheiro eletricista Augustin Woels,

exposto entre 3 a 14 de Junho de 1992 no Rio de Janeiro, junto ao evento internacional

ECO-92, mais conhecido como a Conferência das Nações Unidas para o Meio

Ambiente e o Desenvolvimento, com apresentação do primeiro protótipo de Aquecedor

Solar de Baixo Custo (ASBC) genuinamente brasileiro sob controle de uma empresa

que na ocasião tinha o nome de Sunpower, que evoluiu em 1999 para uma ONG

conhecida por “Sociedade do Sol” que teve o amparo do Centro Incubador de

Empresas Tecnológicas (CIET), no Campus da USP/IPEN, e também da FAPESP e do

FINEP ainda em estágio inicial. Hoje com farta informação livre para professores,

interessados e entusiastas na rede mundial de computadores (SOCIEDADE DO SOL,

2007).

No conceito do projeto do ASBC, Augustin Woels propõe uma redução de

custos para obtenção da tecnologia defendendo duas premissas: abolir o custo e lucro

do fabricante uma vez que o próprio interessado deve construir a tecnologia colando

peças plásticas previamente selecionadas e preparadas assim como a mão de obra da

instalação na residência e em segundo lugar a escolha de uma seleção de materiais de

PVC que originalmente são manufaturados para outras aplicações, mas apresentam um

custo de aquisição substancialmente menor que a matéria prima metálica empregada

na linha fabril de mercado e que com alguns cuidados locais na instalação apresentam

resultados funcionais. Com a contribuição do Ph.D. Júlio Roberto Bartoli do

Departamento de Tecnologia de Polímeros da Faculdade de Engenharia Química da

13


Universidade Estadual de Campinas (FEQ UNICAMP), desenvolveu-se o coletor solar

de baixo custo (CSBC) ainda no CIET da USP/IPEN que na sua concepção emprega

tubos de PVC comum e placas de PVC alveolar pintados em preto fosco incorporado ao

ASBC.

O reservatório de água quente se obtém a partir de uma caixa comum de

poliestireno expandido com uma proteção mecânica também de baixo custo. Outro

trabalho brasileiro similar e muito premiado pode-se encontrar na Internet referenciando

a utilização de garrafas plásticas de refrigerantes para um processo de autoconstrução

do coletor solar. Em ambos trabalhos além do valor educativo não existem garantias,

certificação de durabilidade nem referências do custo da manutenção de possíveis

avarias periódicas considerando o re-trabalho voluntário do principal interessado na

seqüência dos ajustes e reparos, contudo referentes trabalhos têm difundido

conceitualmente o princípio do aquecimento da água através da energia solar por termo

sifão junto a escolas de primeiro, segundo grau, oficinas, trabalhos de conclusão de

cursos da graduação de engenharia e iniciação científica em faculdades brasileiras.

Segundo ensaio experimental em bancada à intempérie conforme procedimento

simplificado baseado na norma NBR 10184 (1988) da ABNT, BARTOLI, et alli (2001)

encontrou 64% de rendimento para o coletor solar de baixo custo (CSBC) em tubo e

placa alveolar de PVC pintadas com esmalte sintético da marca Coralit e 72% com

aplicação de elastômero de etileno-propileno-dieno (EPDM) sobre a placa alveolar de

PVC. PEREIRA et alli (2006) repete a experiência nas dependências da Faculdade de

Engenharia Química da Universidade Estadual de Campinas FEQ UNICAMP

conseguindo um desempenho de 67% para o CSBC.

Conforme MVEH, KRENZINGER e PRIEB citados por PEREIRA et alii (2005),

coletores solares de baixo custo sem cobertura de vidro, desenvolvidos no laboratório

de energia solar da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, apresentaram

eficiência térmica entre 21 a 26% para velocidades do vento local entre 1 a 2,8 m/s.

14


Em tabela publicada pelo Instituto Nacional de Metrologia, Normalização e

Qualidade Industrial (INMETRO, 2008) se caracterizou o desempenho do coletor solar

de baixo custo em PVC alveolar (CSBC) com eficiência energética média de 39,1% sob

fabricação do modelo “Belosol” da marca Botega cuja classificação recebeu o conceito

“E” entre uma escala de “A” até “E” conforme o Anexo 3, todavia vale lembrar que essa

fabricação empregou dois tubos mestres de PVC marrom de diâmetro nominal 20mm

adaptados à placa de PVC alveolar enquanto experiências realizadas por Bartoli e

Pereira empregaram referidos tubos em 32mm.

Na figura 3.1 se ilustra uma bancada experimental do Aquecedor Solar de Baixo

Custo (ASBC) de Woels com a contribuição de Bartoli na adoção de PVC para o

coletor solar plano.

FIGURA 3.1: Aquecedor solar de baixo custo (ASBC) de Woels e coletor solar de

baixo custo (CSBC) de Bartoli.

Segundo experiências realizadas por SEEWALD, (2004), o coletor solar em

baixo custo (CSBC) em PVC alveolar pode sofrer avarias irreparáveis pela ação do Sol

15


se desprovido de água no local de operação visto à baixa resistência do material

selecionado com a espessura nominal da parede do alvéolo, necessitando sua

substituição integral. Na figura 3.2 se apresenta referida deformação todavia conforme

experiências do autor, referido coletor se desempenhou com rendimento de 58%.

FIGURA 3.2: Deformação acidental em placa de PVC alveolar.

A linha fabril brasileira de aquecedores solares compactos para acomodação

sobre o telhado manufaturados em metal ou termoplásticos têm buscado certificação

junto ao INMETRO para garantir ao consumidor final uma linha constituída por garantia

de um bem durável, alguns modelos destes se ilustram na figura 3.3

FIGURA 3.3: Modelos fabris brasileiros compactos em metal e termoplásticos.

16


Em países com escassa radiação solar anual, se desenvolveram coletores mais

eficientes usando vácuo ou fluído térmico para aquecimento indireto da água, mas no

Brasil isto não é preciso, uma vez que a temperatura natural da água não é tão fria

quanto nesses países, como também, estando afortunadamente situado entre a linha

do Equador e o Trópico de Capricórnio, o Brasil é banhado por rica radiação solar

anual, permitindo coletores solares fabricados em tecnologia mais apropriada para as

condições geo-sociais brasileiras (RISPOLI, 2001).

Em locais fora do Brasil de boa insolação, como por exemplo na Austrália

também se busca soluções para otimização dos custos de fabricação com redução do

equipamento, como uma proposta na redução da placa absorvedora e do seu custo por

uma chapa de inferior tamanho mas com incidência solar na face superior e inferior por

conta de filmes espelhados convexos devidamente acoplados num único corpo que

contém uma pequena reserva de água quente e o coletor solar juntos (MILSS,

MORRISON, 2003). Na figura 3.1 se ilustra este desenho inovador, cuja recomendação

conforme os pesquisadores originais está prevista para as latitudes australianas a uma

inclinação de trabalho de 25º com o plano horizontal , sendo que a parte absorvedora

superior está desenhada para a estação quente e a de baixo para a estação fria com

ângulos de penetração convenientes para estas situações.

FIGURA 3.4: Otimização australiana de aquecedor solar compacto com redução

da placa absorvedora e produto final acabado.

17


Em paises de boa insolação, incluindo o Brasil, ganhou espaço comercial o

coletor solar de polietileno e o de polipropileno, com grandes aplicações em piscinas

onde se pretende incrementar apenas alguns graus Celsius na temperatura natural da

água, contudo os polímeros em sua grande extensão iniciam um processo irreversível

de deformação excessiva por volta dos 70º C o que implica que não se deve abrigar

placas absorvedoras plásticas em caixas fechadas com superfície transparentes, a isto

existe outro agravante neste tipo de material quando exposto sem o abrigo fechado na

intempérie: a ação do ar frio e do vento reduzem drasticamente seu desempenho.

O desenho original dos modelos compactos anteriormente ilustrados teve suas

primeiras aplicações na década dos anos 60 na Austrália e logo no Japão, contudo

deve-se considerar que a situação fixa proporcionada por um telhado não significa a

melhor inclinação para a estação fria com relação ao plano horizontal e muito menos se

houver um grande desvio azimutal no pano de telhado aonde irá se colocar esse

modelo tecnológico, uma vez que é necessário conciliar espaços e orientações

adequadas para que o aquecedor solar desempenhe da melhor forma, justamente na

estação fria de onde se pretende instalar (RISPOLI, 2004).

3.3 O consumo de energia elétrica e a macro região de Campinas

TOLMASQUIM, GUERREIRO (2005), estimaram para o Brasil em 2008 uma

capacidade instalada de 94.4796.889 MW e uma previsão de 128.364 MW para 2015.

Referida potência costuma ficar ociosa durante a maior parte do dia e só é acionada no

horário de pico entre as 18:00 às 21:00 Hs onerando-se materiais e recursos financeiros

por conta de um pequeno intervalo horário do dia.

A vantagem em proliferar os aquecedores solares de água em grande

quantidade, fica por conta da remoção da carga concentrada do uso do chuveiro

18


elétrico no horário de pico e conseqüentemente todos seus custos de infra estrutura

necessários entre a geração e transmissão da energia elétrica.

Conforme PRADO e GONÇALVES (1998) no Brasil cerca de 90% das

residências têm chuveiro elétrico para o aquecimento da água destinada ao banho,

sendo estes chuveiros responsáveis por 23% do consumo de energia elétrica doméstica

podendo alcançar 35% da demanda total durante o horário de pico de consumo das

famílias de menor poder aquisitivo. Todavia segundo informe da ELETROBRAS (2007)

cerca de 73,1% das residências do Brasil utilizam o chuveiro elétrico, correspondendo a

uma fatia de 23,9% do consumo doméstico com uma redução para 22,9% após a

experiência do racionamento em 2001, importando disto que o custo marginal de

geração, transmissão e distribuição de energia elétrica para responder à demanda dos

chuveiros elétricos é da ordem de até US$ 850 por unidade instalada e que atualmente

significa um orçamento de US$ 8 bilhões para atender a essa especificidade.

A classe social brasileira de baixa renda, juntamente com outros estratos

sociais, optam pelo chuveiro elétrico para o aquecimento da água de banho como

medida de menor custo no orçamento da obra, ante o baixo custo de aquisição e

instalação desses aparelhos elétricos entre US$ 17 a US$ 30 (chuveiro, braço em PVC

e conector elétrico em porcelana). Outra vantagem percebida pelo usuário de chuveiros

elétricos nas regiões tropicais e sub tropicais com escolha entre 4kW a 8 kW de

potência se verifica pela eficiência energética de 95% junto ao processo de conversão

para o calor transferido à água (COLLE, SALAZAR, 2004). Todavia existe uma série de

malefícios por esta escolha, entre as quais cabe citar a queda da qualidade de energia

elétrica como flutuações de tensão, surtos e harmônicos, este último pelo lado do

cliente, medidos no ponto de entrega de energia onde o chuveiro elétrico tem boa

participação entre os demais eletrodomésticos de menor potência elétrica (GAMA,

OLIVEIRA,1999). Segundo PIRES (2006), pode-se deteriorar a qualidade da energia,

principalmente aumentando a quantidade de harmônicos circulantes pelo sistema de

distribuição de energia elétrica, conforme definição dessa bibliografia, tem-se que:

19


“Os harmônicos são ondas senoidais de freqüências múltiplas inteiras a

uma freqüência de referência, chamada fundamental. No caso do

sistema elétrico brasileiro, a fundamental é a freqüência padrão 60 Hz

tendo como 2º harmônico uma onda senoidal de 120 Hz, 3º harmônico

uma onda senoidal de 180 Hz e assim por diante. Os harmônicos são

uma forma matemática de analisar a distorção de uma forma de onda,

seja ela de tensão ou de corrente. Esta análise é feita através da

decomposição de uma onda utilizando a série de Fourier”.

Outro dano inerente à utilização do chuveiro elétrico é de aspecto micro

econômico, quando se considera sua significativa fração na carga operacional da

residência e seu custo mensal fixado pelas concessionárias, cabendo lembrar que

haverá implacavelmente um custo por banho toda vez que o chuveiro é acionado, mas

provavelmente o maior prejuízo fica por conta da integração do uso simultâneo no

horário de pico e a onerosa estrutura operacional da geração e transmissão de energia

elétrica para atender a essa demanda.

Entre 2007 a 2008 registrou-se um crescimento no consumo de energia elétrica

no Brasil na ordem de 5,4% conforme relatório da Empresa de Pesquisas Energéticas

(TOLMASQUIM, GUERREIRO, 2008). Deste crescimento se apontou para o setor

residencial em 2007, 86.397 GWh e 91.303 GWh para 2008, correspondendo a um

crescimento de 5,7% na carga consumida por esse segmento, indicando o baixo nível

de segmentação do aquecedor solar junto aos estratos sociais de menor poder

aquisitivo que continuam a empregar o chuveiro elétrico como aquecedor de água para

o banho. Ante a baixa expectativa de lucro em curto prazo da tecnologia solar segundo

a ótica do poder público e das empresas privadas do setor elétrico, existe hoje um

grande estímulo e decisão por optar no aumento da oferta da energia elétrica por novas

hidrelétricas e termelétricas mesmo que afetada de elevado custo imobilizado e de

longa maturação fora o risco hidrológico que vem ameaçando essa opção, terminam

por uma complexa composição de custos e de tarifas cuja abstração se eleva no seio

do legislativo (MOREIRA, 2003).

20


Conforme SARTORI, (2007) a quantidade disponível de eletricidade é quase o

dobro que o consumo, mantendo-se um paralelismo conservador. Agravou-se entre

2002 a 2004 devido à severa estiagem, mas que ao todo se acabou consumindo a

reserva hídrica de segurança para manter os níveis de segurança.

Embora a maior carga de consumo de energia elétrica esteja no setor industrial

é o fenômeno da freqüência de uso simultâneo do chuveiro elétrico residencial com

potências nominais entre 3200 a 6000 W que se integra num somatório extraordinário

na carga de consumo diário concebendo o debatido horário de pico, causador de toda a

polêmica entre consumo, demanda e oferta do setor elétrico. Isto tem instigado a

comunidade científica brasileira no âmbito de propor a gerência pelo lado da demanda

do que aumentar a oferta a um custo extraordinário com enorme detrimento do

orçamento público e do meio ambiente. Particularmente na utilização de aquecedores

solares, entre muitas pesquisas que buscam incrementar o assunto tem havido uma

preocupação central em avaliar resultados entre economia e opinião dos usuários

(OLIVA, 2000); A Figura 3.5 ilustra a contribuição do pico residencial em torno das

19:00 Hs confinando referido horário como o causador de quase toda a polêmica do

setor elétrico”. (RISPOLI, 2004).

FIGURA 3.5: Desagregação da curva de carga da CPFL observada em 1998

21


A disseminação extraordinária do chuveiro elétrico está também intimamente

associado ao valor comercial desse artefato que se estabeleceu comercialmente no

mercado a partir de U$ 6,00 cuja instalação dispensa mão de obra especializada

somenos alguns materiais adicionais que não agregam mais do que U$ 3,00 a custo

final instalado desde que a edificação receba instalação hidráulica e elétrica

convencional e infra estrutura pública. Esta característica atribuiu a este sistema de

aquecimento do banho humano uma extraordinária preferência em obras urbanas e

rurais de baixo poder aquisitivo e grande parte das edificações da classe média e alta.

De outro lado, hoje é impossível conceber um aquecedor solar por U$ 6,00 e instalá-lo

por U$ 3,00 (RISPOLI, 2004).

Uma região importante no interior do Estado de São Paulo por conta do seu

crescimento econômico e populacional é a macro região de Campinas e suas cidades

vizinhas. Na Tabela 3.2 se mostra a evolução da demanda de energia elétrica da

região metropolitana de Campinas SP, do Estado de São Paulo, Brasil e do Município

de Campinas SP entre 1980 a 2000 com valores calculados a partir de dados de

consumo fornecidos pela EMPLASA divididos por 8760 (horas anuais) e a diferença

percentual entre períodos.

TABELA 3.2: Demanda de energia elétrica da região metropolitana de Campinas,

do município de Campinas, Estado de São Paulo e Brasil entre 1980 a 2000.

Fonte: CESP – divisão de estudos do mercado de energia da EMPLASA.

A evolução do consumo residencial de energia elétrica mostra-se na Tabela 3.3

e na seqüência a macro região de Campinas.

22


TABELA 3.3: Evolução do consumo de energia elétrica residencial para a macro-

região de Campinas em MWh/ano – Fonte: EMPLASA 2002.

1980 ��%=> 1985 ��%=> 1990 ��%=> 1.995 ��%=> 1998

Americana 42.954 41,53 60.794 43,10 86.997 35,52 117.897 18,95 140.236Artur Nogueira 2.318 112,55 4.927 73,57 8.552 32,33 11.317 51,50 17.145

Campinas 262.178 40,65 368.751 41,94 523.420 31,94 690.607 18,10 815.604Cosmópolis 4.717 82,70 8.618 67,34 14.421 51,79 21.889 29,89 28.431

Engenheiro Coelho 2.477 56,36 3.873Holambra

Hortolândia 56.198 44,74 81.339Indaiatuba 18.137 64,28 29.796 73,41 51.670 50,69 77.862 31,57 102.443

Itatiba 12.129 54,50 18.739 59,53 29.894 47,98 44.236 30,77 57.848Jaguariuna 3.623 52,33 5.519 80,70 9.973 63,16 16.272 34,25 21.845Monte Mor 2.274 115,66 4.904 85,58 9.101 72,08 15.661 30,42 20.425

Nova Odessa 5.575 62,53 9.061 64,78 14.931 46,80 21.918 22,66 26.885Paulínia 5.557 75,42 9.748 69,44 16.517 51,92 25.093 34,44 33.734Pedreira 6.333 33,29 8.441 34,45 11.349 46,56 16.633 29,39 21.521

Santa Bárbara D'Oeste 19.244 80,01 34.642 73,09 59.961 41,57 84.884 21,04 102.745Santo Antôniode Posse 1.648 68,45 2.776 62,61 4.514 49,78 6.761 32,66 8.969

Sumaré 21.461 104,72 43.934 90,55 83.715 1,18 84.707 30,68 110.694Valinhos 15.699 52,27 23.905 51,74 36.274 39,12 50.463 24,70 62.925 Vinhedo 6.589 64,33 10.828 83,14 19.830 55,73 30.882 37,10 42.339

Somatório 430.436 645.383 981.119 1.375.757 1.699.001

MWh/ano

Ao ajustar um polinômio para os dados residenciais de Campinas extraídos da

tabela 3.2 obtém-se um coeficiente de correlação mais próximo de 1 com o ajuste

parabólico que se ilustra na figura 3.6.

FIGURA 3.6: Tendência histórica do crescimento do consumo de energia elétrica

residencial na cidade de Campinas SP.

Fonte: EMPLASA 2002.

23


O cenário futuro para a tendência mostrada na figura 3.6 parece alertar que o

Brasil se encontra num momento mais que oportuno para providenciar uma tecnologia

mitigadora de um crescimento insustentável do ponto de vista da oferta.

3.4 Ações brasileiras pelo lado da demanda

Com respaldo da associação brasileira de refrigeração, ar condicionado,

ventilação e aquecimento (Abrava) se conseguiu um incentivo direto à tecnologia termo

solar junto à isenção de IPI e ICMS, estabelecida pelo decreto nº 4.070/01 e nº

46.654/02 do Estado de São Paulo. Ainda hoje estão em trâmite muitos outros decretos

que vislumbram a intensificação da transferência de tecnologia termo solar no Brasil

(ROODRIGUES, MATAJS, 2005).

Ações municipais como a de São Paulo mediante a sanção da Lei 14.459 em 3

de Julho de 2007, tornando obrigatório o uso de aquecedores solares em novas

edificações com um número maior ou igual a três banheiros e em habitações menores

com a obrigação em deixar as instalações hidráulicas para posterior adaptação do

aquecedor solar estendendo-se a comércio e hotéis, marca um rumo certo para uma

entrada significativa nas edificações de maior poder aquisitivo e uma esperança para as

de menor poder (NÚCLEO INOX, 2007)

O planejamento pelo lado da demanda se aplicou no Brasil sobre fontes

convencionais de energia, como a energia elétrica e sobre combustíveis, cabendo citar

o PROCEL programa de governo voltado para a conservação de energia elétrica

instituído em dezembro de 1985 e implantado em 1986, o PROCEL é coordenado pelo

Ministério de Minas e Energia, cabendo à Eletrobrás o controle de sua execução.

Referido programa tem norteado o combate ao desperdício de energia elétrica através

de programas e incentivo às indústrias de eletrodomésticos qualificando às tecnologias

de melhor desempenho. As metas de longo prazo do PROCEL prevêem uma redução

de demanda da ordem de 130 bilhões de kWh em 2015, evitando a instalação de

24


25.000MW (cerca de duas usinas de ITAIPU). O ganho líquido para o Brasil está

previsto para US$ 11,33 bilhões.

Outra atuação pelo lado da demanda é no setor dos combustíveis e está sendo

focalizado pelo CONPET, programa nacional de racionalização do uso dos derivados do

petróleo e do gás natural também conduzida pelo Ministério de Minas e Energia do

Brasil, onde se objetiva principalmente o uso racional dos veículos de transporte (MME,

2004).

Lamentavelmente, a proliferação dos aquecedores solares acontece na

iniciativa pessoal das classes sociais mais elevadas que em números não produzem o

impacto desejável, e a modesta adesão das classes de menor poder aquisitivo ocorre

sob administração de programas pontuais entre companhias distribuidoras e fabricantes

que também em número ainda não atendem a um objetivo plausível. A Companhia

Paulista de Força e Luz têm atuado em bairros de cidades brasileiras na colocação de

algumas unidades autônomas de aquecedores solares certificadas pelo INMETRO sem

ônus aos contemplados, com o intuito de atenuar a carga no horário de pico. Na cidade

de Americana interior de São Paulo, a CPFL adquiriu 210 equipamentos certificados de

uma empresa privada para esse fim (SOLETROL, 2008).

Segundo VARELLA, (2004), em pesquisa realizada em Barão Geraldo distrito

de Campinas SP junto a residências de elevado padrão munidas de sistemas de

aquecimento solar para água potável, observou-se um aumento da carga de consumo

de energia elétrica ao invés de uma esperada redução. Defende-se nesse trabalho a

hipótese de um descuido do uso abusivo dos aparelhos eletrodomésticos, todavia pode-

se agregar como uma segunda hipótese a péssima administração do circuito elétrico de

apoio que normalmente trazem os aquecedores solares de fábrica, onde se deixam

quase sempre dois disjuntores como chave principal nas ocasiões de necessidade e

quando esquecidos na posição “ligado” fica por conta de um termostato de encosto a

passagem de corrente até a resistência elétrica que consome eletricidade sem

necessariamente haver um consumo. Se referido esquecimento se estende para um

25


mês completo, a conta de energia causa espanto ao proprietário da edificação, muitas

vezes atribuindo a culpa ao aquecedor em si e não ao sistema de administração auxiliar

de energia que foi estabelecido no domicílio.

3.5 Tecnologia brasileira de aquecedores solares

Transferir o calor solar para um volume de água previamente isolado por

diferença de densidades com um coletor solar aquecido é uma técnica conhecida há

mais de cem anos: já em 1880 na França existiam aquecedores solares de água muito

parecidos aos atuais (RÍSPOLI, 2001). Hoje em dia, a industria mundial evoluiu

referidos sistemas com a incorporação de subsistemas de comando eletrônico e digital

que administram o uso acidental de outro vetor energético em caso da insuficiência

solar num dia pouco ensolarado ou chuvoso, assim como permitir uma circulação

forçada quando não se obtém a convecção natural por diferenças geométricas entre a

reserva isolada de água quente e os coletores solares.

Um sistema de aquecimento solar residencial se constitui basicamente da

seguinte composição: um tanque isolado de volume fixo em função da demanda

domiciliar e uma área coletora solar dimensionada em área suficiente para incrementar

ao longo de um dia de exposição solar uma quantidade requerida de calor para

posterior consumo domiciliar, tubos e conexões apropriadas para resistir temperaturas

entre 50 a 80ºC que se ramificam entre o sistema em si até os pontos de consumo. No

mercado nacional e mundial existem tanques isolados cuja cápsula principal pode ser

manufaturada em chapas metálicas de cobre ou aço inoxidável, assim como peças

inteiras em termoplásticos. Os materiais mais comuns empregados para realizar o

isolamento são a lã de vidro, de rocha ou poliuretano expandido em várias densidades,

alguns fabricantes ainda empregam o poliestireno expandido. No Brasil a camada

isolante varia de 2 a 3cm de espessura.

26


Os tanques de água quente na linha fabril brasileira são concebidos para operar

em baixa pressão (até em 5 mca) ou em alta pressão (em até 40 mca). Por motivos de

melhor acomodação sob telhados e acesso por estreitas portinholas tipo alçapão e em

acordo com um processo simplificado de manufatura, o tanque de água quente se

perpetuou ao longo de cem anos na forma capsular cilíndrica, no Brasil erroneamente

se adotou o nome de “boiler” que do idioma inglês significa caldeira, todavia não exista

nenhuma pressão que tipifique uma caldeira, arquitetos, engenheiros, projetistas e

profissionais do ramo da construção civil e catálogos técnicos perpetuaram o nome de

“boiler” para referenciar o tanque de água quente em pressão de serviço variando de 5

a 40 mca.

A opção metálica por chapas de aço inox em padrões AISI 304, 316 e 316L tem

espessuras definidas em função da pressão de serviço e qualidade da água, como por

exemplo, em pressões de até 40 mca e águas agressivas predomina a espessura de

1,5mm em pressão baixa e águas neutras predomina a espessura de 0,7mm. Devido à

improbabilidade da insolação, a maioria dos fabricantes brasileiros adapta um circuito

agregado ao tanque de água quente composto de uma resistência elétrica e de um

termostato. Na figura 3.7 se ilustra uma instalação típica por termo-sifão abrigada pelo

telhado da residência e de tecnologia brasileira.

FIGURA 3.7 Instalação por convecção com desníveis entre reserva de água fria,

quente e coletores solares debaixo de um telhado residencial em baixa pressão

de funcionamento.

27


Quando o telhado não permite esta configuração, uma saída em termos

estruturais da edificação é a explosão de uma torre em alvenaria, valendo lembrar que

se eleva o custo da edificação. Na figura 3.8 se ilustra esta alternativa.

FIGURA 3.8 Instalação por convecção com desníveis entre reserva de água fria,

quente e coletores solares com explosão de uma torre para fora do telhado

residencial em baixa pressão de funcionamento.

Na figura 3.9 se ilustra sistemas compactos completos agregados sobre o

telhado em edificações de menor poder aquisitivo segundo a linha comercial brasileira

em baixa pressão de funcionamento.

FIGURA 3.9 Instalações por convecção com equipamento popular de linha fabril

disposto sobre o telhado da edificação residencial em baixa pressão de

funcionamento.

28


Na figura 3.10 se ilustra uma instalação por convecção, mas com alimentação

de água fria no mesmo nível do reservatório de água quente em baixa pressão de

funcionamento.

FIGURA 3.10 Instalação por convecção com nível entre reservas de água

debaixo de um telhado residencial em baixa pressão de funcionamento.

Na figura 3.11 se ilustra uma instalação em baixa pressão de funcionamento

com circulação forçada entre os coletores solares e o tanque de água quente para

atender ao caso particular onde prevalece a colocação dos coletores solares acima do

nível da reserva de água quente. Este tipo de opção, mas em alta pressão é comum em

países europeus e nos Estados Unidos. Para realizar o acionamento da bomba

circulatória se requer um controlador acessório que atua mediante um sinal diferencial

de temperatura previamente fixado que é registrado entre os dois sensores indicados

na figura 3.11. No Caso de aquecimento de piscinas também ocorre esta situação

forçada e controlada por um circuito com dois sensores e o controlador diferencial de

temperatura.

29


FIGURA 3.11 Instalação com circulação forçada e controlada entre o reservatório

de água quente e os coletores solares numa situação de baixa pressão.

Para as instalações de circulação forçada, dimensiona-se uma bomba afogada

para uma vazão, altura manométrica e velocidade apropriada às condições

geométricas, espaciais e temporais do projeto de modo que se transfira o calor dos

coletores solares para o tanque de água quente da forma mais eficiente possível, nisto

vale resumir, que a velocidade não pode ser muito elevada para que a massa de água

em tempo desejável ao passar pelo coletor aquecido carregue o máximo calor possível

dos mesmos, assim como a vazão deve ser proporcional entre a área coletora, o tempo

de resfriamento dos coletores, o tempo de recuperação do calor solar sobre a área

coletora e o volume do tanque de água quente.

O acionamento do conjunto moto-bomba normalmente se realiza pelo trabalho

de um sub sistema digital que tem a competência de controlar automaticamente o

acionamento e desligamento da energia elétrica que abastece o motor elétrico da

bomba, na presença do calor solar, conhecido no mercado brasileiro como controlador

diferencial de temperatura (CDT), referido instrumento atua mediante um diferencial de

temperatura registrado por sensores em posições estratégicas apontadas na figura 3.11

30


com a possibilidade de mais um sensor de segurança cujos parâmetros de operação

são sugeridos pelo fabricante conforme a tabela 3.4.

TABELA 3.4: Parâmetros sugeridos pelo fabricante do CDT para assessorar

automaticamente a circulação em aquecedores solares.

Função Descrição Mín. Máx. Unid. PadrãoInd Indicação de temperatura preferencial - - - -d0n Diferencial para ligar a bomba de circulação de água 1 20 ºC 8d0F Diferencial para desligar a bomba de circulação de água 1 20 ºC 4dEL Tempo mínimo de bomba desligada 0 999 seg 0ICE Temperatura de anti-congelamento do sensor 1 (liga a bomba) 3 10 ºC 3Ht 1 Temperatura de superaquecimento do sensor 1 (desliga a bomba) 0 99,9 ºC 99,99Hy 1 Histerese de superaquecimento do sensor 1 (religa a bomba) 0,1 20 ºC 1Ht 2 Temperatura de superaquecimento do sensor 2 (desliga a bomba) 0 99,9 ºC 99,99Hy 2 Histerese de superaquecimento do sensor 2 (religa a bomba) 0,1 20 ºC 1A 1y Histerese de operação do appoio 1 0,1 20 ºC 1

Valores - Unidades e Padrão

Fonte: FULL GAUGE CONTROLS (2006)

No circuito final deve-se incorporar uma contatora dimensionada para a

corrente requerida pelo motor elétrico a fim de proteger a arquitetura eletrônica. Este

sistema forçado munido de CDT é o mais empregado em países desenvolvidos de

clima frio muitas vezes operando em alta pressão.

O apoio de uso secundário em aquecedores solares residenciais, no Brasil se

perpetuou de fabricação com a incorporação de um circuito elétrico munido de uma

resistência elétrica de potência nominal entre 1000 a 6000 W com termostato de

encosto fixo ou de regulagem manual. A má administração operacional deste circuito

elétrico tem sido responsável na prática pela elevação da carga mensal de energia

elétrica na residência que implantou o aquecedor solar. Lamentavelmente isto tem

conspirado em parte com a difamação da tecnologia termo solar pela falta de suporte

técnico, orientação técnica adequada e o discurso final do proprietário afetado pelo

incremento de carga junto à conta de energia elétrica. Na figura 3.12 se ilustra um

circuito simples acoplado a um tanque de água quente munido de resistência elétrica de

3500 W e de um termostato de encosto.

31


FIGURA 3.12: Apoio elétrico simples acoplado ao tanque de água quente.

O CDT também pode ser empregado com uma devida regulagem para liberar

corrente elétrica à resistência em horários predefinidos e com diferenças de

temperaturas internas no interior do reservatório de água quente. Uma forma

econômica de realizar esta automação e controle é o simples uso de um “temporizador”

(timer) analógico ou digital mais uma contatora, aproveitando-se o termostato que vem

acoplado de fábrica no interior do tanque de água quente e que juntos podem operar

para agregar ou não uma quantidade de calor exigido pela demanda domiciliar em

horários de contingência de uso, como por exemplo no horário de banho noturno e pela

manhã sem permitir o desperdício de energia elétrica fora desses horários e demanda

de calor.

Apoios auxiliares de uso acidental a base de queima de combustíveis como gás

liquefeito de petróleo (GLP), óleo diesel, biodiesel, lenha, ou qualquer outro combustível

também podem aceitar o CDT com configurações apropriadas para forçar a circulação

entre o tanque de água quente e um aquecedor de passagem, como se ilustra

simplificadamente na figura 3.13, lembrando que no circuito existe a acomodação de

outros sensores de calor que protegem os equipamentos. Para piscinas com

32


aquecimento solar e apoio a gás se emprega um esquema assemelhado como o da

figura 3.13 somente que ao invés de reservatório de água quente está o volume da

piscina e em situação geométrica contrária, ou seja, os coletores ficam acima do nível

de água da piscina. Na situação específica das piscinas os coletores metálicos podem

ter sua vida útil comprometida com os agentes químicos adicionados à água da piscina,

portanto soluções técnicas para conservação dos equipamentos nesse tipo de

instalação recomendam o uso de coletores plásticos que não sofrem avarias por conta

das propriedades químicas da água.

Na opção de aquecedores de passagem a GLP como apoio auxiliar aos

aquecedores solares, deve-se levar em conta que a pressão mínima de funcionamento

desses aparelhos para garantir a vazão nominal é da ordem de 5 mca, por isso a

bomba dever ser cuidadosamente selecionada para que cumpra essa pressão no

recalque ou atendendo ao manual do fabricante, assim como não se deve colocar uma

pressão muito elevada que será ineficiente na troca de calor junto ao queimador do

equipamento. No mercado nacional e internacional este tipo de aquecedor de

passagem se encontra desde 3 a 30 litros por minutos de vazão, alguns modelos já

trazem incorporado um sistema inteligente de operação, como por exemplo, chama

regulável em função da vazão e calor exigido na demanda, reconhecimento da

temperatura de entrada e chama regulável para a quantidade de calor desejada na

saída, regulagem digital da temperatura desejada na saída e ignição eletrônica por

reconhecimento da vazão sem a antiga chama piloto.

33


FIGURA 3.13: Esquema simplificado de apoio a gás a um aquecedor solar

residencial

34


3.6 Substituição alternativa do metal

Na busca por racionalizar os custos fabris, ganhar um mercado e amenizar o

orçamento do consumidor final, algumas indústrias desenharam equipamentos termo

solares injetados em termoplásticos com desenhos compactos em pequenas

dimensões e substituíram o vidro liso por policarbonato.

Conforme MONTEIRO, (2003) foi executado um projeto piloto denominado

Racional 1, no ano 2002, na cidade de Americana SP onde se testaram junto a sete

edificações de baixo poder aquisitivo, reservatórios de água quente manufaturados de

compósito de fibra de vidro impermeabilizados internamente com gel Poliéster isoftálico

atóxico. O objetivo do projeto era idealizar um pré-aquecedor solar de baixo custo fabril

com o intuito de manipular uma regulagem da potência elétrica do chuveiro com

regulador eletrônico de temperatura de baixo custo de aquisição, contudo os resultados

estimularam o melhor desenvolvimento desses materiais e do projeto em si nos anos

posteriores junto a empresas colaboradoras e interessadas (RISPOLI, 2005). Na figura

3.13 se ilustra uma instalação desse projeto e o melhoramento do reservatório.

FIGURA 3.14: Projeto Racional 1 na Cidade de Americana SP em 2001.

35


Ante a forma do tanque aplicado nesse projeto e à frágil sustentação metálica

cujo encargo da conservação e manutenção foi repassado aos proprietários das

edificações (que não tiveram nenhum ônus), foi desenvolvido um protótipo em 2003

vislumbrando a redução da manutenção na expectativa de vida útil do tanque de água

quente cujo material em fibra de vidro especial, acabamento e característica de

funcionamento interno estimularam um depósito de patente tipo modelo de utilidade,

tendo seu desenvolvimento e melhoramento por empresa colaboradora do setor termo

solar.

A evolução do tanque proposto pelo projeto piloto Racional 1, não se ateve

apenas na escolha da resina apropriada , mas na forma. Foi dada uma conicidade ao

reservatório que lhe confere a possibilidade de empilhar-se entre várias caixas no

interior de um caminhão melhorando as condições de transporte. A manufatura dos

tanques de água quente em fibra de vidro com resinas Poliéster e NPG pode ser

manual ou mecanizada, necessitando moldes para as formas requeridas, que podem

ser: cilíndrica convencional, tronco cônicas, esféricas ou qualquer tipo de forma que se

deseje.

Conforme BAGGIO, (2005) uma fibra de vidro com aplicação de resina Poliéster

do gênero isoftálica com aplicação de neopentilglicol, vulgarmente conhecida como fibra

de vidro NPG, proporciona uma resistência até em temperaturas de 130ºC, elevada

resistência à intempérie e ataques químicos.

A adoção de compósito de fibra de vidro com NPG tem a favor a expansão do

mercado da fibra de vidro conforme a larga escala dos derivados de resinas de

Poliéster associado a uma grande quantidade de vantagens, destacando-se:

Resistências específicas superiores a quase todos os metais;

Permite qualquer forma;

Elevada resistência às ações dos produtos químicos e das intempéries;

Não é atacado por agentes atmosféricos nem micro organismos;

Excelentes propriedades elétricas, valorizadas por uma boa estabilidade dimensional;

36


Elevada resistência às altas e baixas temperaturas;

Reparos são simples e de pequeno custo;

Peso baixo se comparado com os metais convencionais, sua densidade média é 1400

kg/m3 contra 7920 kg/m3 do aço inox;

3.7 Política de cobrança da energia elétrica no setor residencial e comercial da macro região de Campinas

A tarifa de energia elétrica aplicada aos consumidores finais regulados representa a

síntese de todos os custos incorridos ao longo da cadeia produtiva da indústria de

energia elétrica: geração, transmissão, distribuição e comercialização. O seu valor deve

ser suficiente para preservar o princípio da modicidade tarifária e assegurar a saúde

econômica e financeira das concessionárias, para que possam obter recursos

suficientes para cobrir seus custos de operação e manutenção, bem como remunerar

de forma justa o capital prudentemente investido com vista a manter a continuidade do

serviço prestado com qualidade desejada (ANEEL , 2004).

Na conta periódica de energia elétrica residencial do cidadão consumidor incide o

ICMS regulado pela LEI ESTADUAL nº 6.374 (1989) onde se prescreve junto ao artigo

33º que o montante do imposto integra sua própria base de cálculo, constituindo o

respectivo destaque mera indicação para fins de controle. Esta aplicação do imposto é

conhecida no meio tributário como “cobrança por dentro” cuja mecânica de aplicação na

fatura mensal de energia elétrica é explicada na equação (3.1).

P = C TEE + P A (3.1)

Onde,

P = Valor total a pagar em moeda corrente (R$);

C = Consumo de energia elétrica em KWh no período de medição;

37


TEE = Tarifa do KWh de energia elétrica em moeda corrente (R$);

A = Alíquota percentual (18% para comércio em qualquer carga por período, 12% para

residências cujo consumo seja inferior a 200 KWh no período ou 25% para residência

com consumo superior a 200 KWh no período ).

Embora implícito para o consumidor, aqui fica explícito na equação (3.1) que a

alíquota imposta, faz que o consumidor pague o imposto também pelo fato de pagar

imposto.

Isolando-se o valor de “P” da equação (3.1) encontra-se:

ATCP EE

��

1 (3.2)

Para o gênero comercial resulta em:

4150

504182,0

EEEEEE TCTCTCP �� (3.3)

Para o gênero residencial com consumo inferior e superior a 200 KWh/mês

resulta respectivamente em (3.4) e (3.5) :

2225

252288,0


34

4375,0


Pode-se deduzir como imposto sobre o custo de energia elétrica a taxa

resultante das frações que afetam as equações (3.3), (3.4) e (3.5):

38


Para o segmento comercial � 50/41 = 1,2195 � 21,95%

Para o segmento residencial com consumo periódico abaixo de 200 KWh

� 25/22 = 1,1364 � 13,64%

Para o segmento residencial com consumo periódico acima de 200 KWh

� 4/3 = 1,3333 � 33,33%

Esta expedita explicação da atual política tributária sobre a cobrança de energia

elétrica no segmento residencial e comercial tem valiosa contribuição para defender a

viabilidade em desenhar e desenvolver um sistema de aquecimento solar apropriado

para um gênero especial de edificação onde é possível produzir a migração de 25%

para 12% na alíquota, trazendo uma significativa contribuição econômica à família e

uma expressiva velocidade no encurtamento do período de retorno do investimento.

3.8 O dimensionamento de um sistema de aquecimento solar domiciliar

Exceto o desenho e dimensionamento de tubos e conexões que caracterizam a

instalação hidráulica a jusante de um sistema de aquecimento solar, este último é

composto basicamente por duas grandes partes: um tanque isolado termicamente e

uma área coletora solar.

Com relação ao armazenamento de água quente para fins de consumo

residencial em 1968 se prescrevia uma reserva de 45 litros diários per capita numa

unidade residencial pela então vigente norma brasileira NB128/1963 (1968) da

Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) e 60 litros para o caso de

apartamentos. Após 14 anos referida norma foi substituída em 1982 pela norma

brasileira NBR 7198/1982 (1982) que manteve a mesma recomendação anterior por

mais 10 anos até Setembro de 1993 onde se publica a norma brasileira NBR 7198/1992

39


(1993) vigente até hoje, que relata como estimativa de consumo de água quente junto

ao item 5.2 da mesma:

"Na elaboração dos projetos das instalações de água quente, as

peculiaridades de cada instalação, as condições climáticas e as

características de utilização do sistema são parâmetros a serem

considerados no estabelecimento do consumo de água quente."

Ficando claro pela última versão da norma brasileira que o encargo final do

dimensionamento da reserva de água quente no caso particular de aquecedores por

acumulação de calor, fica integralmente a cargo de quem decide tecnicamente, a priori,

o projetista responsável que muitas vezes sofre forte influência econômica do

proprietário da obra e do representante comercial de uma determinada tecnologia.

Em edições recentes de livros brasileiros sobre instalações hidráulicas prediais

ainda se conservam as referências empíricas retiradas das normas fora de vigor ou em

até de antigas normas estrangeiras, de outro lado abundam em grande quantidade,

catálogos e dimensionamentos empíricos sugeridos por fabricantes e revendedores

para sistemas de aquecimento solar residencial. Ante o exposto sobre empirismo das

normas antigas e a abstração da norma atual, RISPOLI, MARIOTONI (2007) sugerem

um formulário simples e prático para estimar a demanda de calor específica para o

banho em função da vazão do instrumento de banho, tempo médio de uso per capita,

temperatura da água fria, quente e mistura desejada, como se enumeram nas três

equações seguintes.

K = Qb Tdb Nºb Nºhab / (Tn - Taq ) (3.6)

Vaf = K (Tb - Taq ) (3.7)

Vaq = K (Tn - Tb ) (3.8)

Onde,

Qb = vazão do instrumento de banho em [l/s];

40


Tdb = tempo médio de duração de um banho em [s];

Nºb = número médio de banhos por habitantes por dia;

Nºhab = número de habitantes por domicílio;

Tb = temperatura de conforto de banho ajustada manualmente através do comando por

misturador [ºC];

Tn = temperatura natural da água fria [ºC];

Taq = temperatura da água quente armazenada em reservatório isolado termicamente

[ºC].

Segundo OROZCO, citado por BURBANO et alii (2006), uma equação para o

dimensionamento da área coletora solar de um sistema de aquecimento de água deve

incorporar o calor requerido e o calor perdido, conforme a equação (3.9).

Tc H�

Q+Q=A

T (3.9)

Onde,

Ac = área da placa de absorção em [m²];

Q = calor requerido na água em um dia, a se transformar de [kcal/dia] para [kWh/dia];

QT = calor perdido no tanque reservatório em um dia, a se transformar de [kcal/dia]

para [kWh/dia];

� = eficiência da placa de absorção (adimensional com informação do fabricante ou

arbitrado pelo bom senso);

HT = irradiação solar global média incidente num plano inclinado para um dia definido

em [ kWh/m² dia ].

Segundo, MACYNTIRE, (1996), o calor requerido pode-se obter por (3.10)

Q = m c �T (3.10)

Onde:

41


Q = calor requerido por dia, a se transformar de [kcal/dia] para [kWh/dia];

m = massa em kg, desprezando a variabilidade da densidade da água entre 15 ºC a 60

ºC, portanto simplificando-se 1 [ l ] = 1 [kg];

c = calor específico da água em [kcal/kg ºC], igual a 1, posto que para a variação de

temperatura objeto deste estudo onde um litro de água é aproximadamente 1 kg;

�T= diferença de temperatura entre a final e a inicial [ºC].

Em latitudes do Hemisfério Sul, devem-se orientar os coletores solares para o

Norte Verdadeiro, de modo a contemplar uma maior quantidade anual de radiação solar

por volta do horário de pino solar, como ilustra a Figura 3.15 com relação ao movimento

aparente do Sol em torno da Terra e o contrário deve ser realizado no Hemisfério Norte

(CASTRO, COLMENAR, 2000).

FIGURA 3.15: Movimento aparente do Sol em torno da Terra numa perspectiva do

anual num ponto do Hemisfério Sul.

Como a área coletora solar a dimensionar é inversamente proporcional à

irradiação solar global que incide sobre referido plano inclinado, se faz importante

42


averiguar a quantidade de energia solar que atinge o local onde se deseja realizar uma

instalação.

Um coletor solar ideal é aquele que rasteia o movimento aparente do Sol em

torno da terra durante os 365 dias do ano, fazendo com que a irradiância solar seja

recebida a 90º com o plano superficial do coletor. Conforme, TESSARO, (2006) ao

experimentar o desempenho em placas fotovoltaicas planas comprovou que o sistema

rastreador teve uma maior eficiência hipotética, em torno de 2,052% e que o sistema

que se utilizou do rastreamento solar, demonstrou através da energia elétrica dissipada

na carga, um ganho de 20,74% a mais que no sistema convencional. Esses resultados

denotam a existência de um melhor desempenho com o uso de um mecanismo que

leva o painel a rastrear o Sol.

3.9 Radiação, irradiância e irradiação solar

Radiação solar é o fenômeno físico, o transporte de calor e energia na forma de

ondas eletromagnéticas provenientes do Sol. A radiação solar, ao atravessar a

atmosfera, é submetida à ação de seus componentes que em decorrência da

interferência da atmosfera parte da mesma é absorvida pela ação do ozônio, oxigênio,

vapor d’água e outros gases presentes na atmosfera e em parte é dispersa através da

ação de moléculas dos elementos químicos como gotas de água e poeira em

suspensão. Com isto, a radiação global que atinge um plano inclinado localizado na

superfície terrestre pode ser decomposta em três componentes: a direta, a difusa e a

refletida, esta última conhecida por albedo tem pouca expressividade.

A componente direta é constituída pelo feixe que sai do Sol e atinge

diretamente a superfície terrestre. A componente difusa é a radiação proveniente de

todo o céu, com exceção do disco solar. Esta radiação, espalhada por todo o céu, é

constituída pela radiação solar que é dispersada pelos elementos da atmosfera. A

43


componente refletida ou albedo é constituída pela parcela de radiação que é refletida ao

atingir o solo (OLIVEIRA, 1997). A figura 3.16 mostra, de forma esquemática, a

decomposição da radiação solar pela atmosfera terrestre.

FIGURA 3.16: Componentes da radiação solar incidente na superfície terrestre.

Fonte: Oliveira 1997.

Irradiância solar diz-se da grandeza física, a potência da energia radiante ou

fluxo de energia que atravessa uma determinada área na superfície terrestre em um

determinado instante e é mensurada em W/m2.

Irradiação solar é a grandeza física inerente à quantidade de energia radiante

que atravessa uma determinada superfície num período de tempo, numericamente

sendo igual à integração da irradiância solar no intervalo de tempo em questão e sua

unidade de medida é Wh/m2.

Insolação é o período de tempo durante o qual o feixe de radiação solar direta

ilumina uma superfície, pode ser obtida experimentalmente registrando-se o número de

44


horas do dia no qual a irradiância permaneceu acima de um valor definido, usualmente,

120 W/m2 (ROSA, 2003).

3.10 Instrumentos de medição da irradiância solar e dados brasileiros

As medições terrestres da irradiância solar, integradas posteriormente em

irradiação média diária ou mensal são realizadas em plano horizontal por instrumentos

específicos. Para efeito do dimensionamento de sistemas de aquecimento solar

conforme a equação (3.9) é necessária a irradiação solar global que incide na superfície

inclinada dos coletores solares, motivo pelo qual é necessário um estudo da distribuição

espacial e temporal da irradiância solar sobre um plano inclinado (RISPOLI,

MARIOTONI, 2007).

Os instrumentos de medida da intensidade da radiação solar são, em geral, de

dois tipos: Piranômetros, que aceitam radiação de todo o hemisfério e os

piroheliômetros que aceitam a radiação de apenas uma direção, mais precisamente

através de um ângulo por volta de 5,7º. Piranômetros acoplados a um anel sombreador

podem ser usados para determinar a componente difusa da radiação global. Como o

anel não sombreia apenas o disco solar, mas toda a trajetória solar, é necessário fazer

uma correção na medida devido à área do céu sombreada.

O heliógrafo foi inventado por Campbell em 1853 e modificado por Stokes em

1879, consiste em uma esfera sólida de vidro polido comportando-se como uma lente

convergente capaz de concentrar, em uma região, toda a luz incidente sobre ela. Ao

produzir o enegrecimento de um papel ao final de um dia de exposição pode ser

interpretada a insolação através de um processo de conversão visual do número de

horas diárias que a irradiância solar foi superior a 120 W/m², ou seja, este instrumento

fornece através de um processo de análise visual de conversão, o brilho solar direto

como se não houvessem nuvens em um número de horas do dia. Posteriormente esta

45


informação pode ajustar a irradiação solar com a utilização da expressão modificada de

Ängtrom que se mostra mais adiante na equação (3.24). Na figura 3.17 ilustra-se um

heliógrafo.

FIGURA 3.17: Heliógrafo. Fonte: OLIVEIRA (1997).

Um encargo relacionado com este tipo de equipamento, surge junto ao

compromisso rigoroso da disciplina diária como as trocas das cartas de papel,

interpretação e limpeza básica afim de minimizar os efeitos indesejáveis causados por

intempéries como a incidência de neve, poeira, ventos que podem distorcer a medição

diária, além da dependência total da operação e leitura diária humana podendo

produzir também erros indesejáveis, contudo devido a sua robustez, simplicidade e

insignificante manutenção mecânica foram os instrumentos mais usados na história

para registrar a irradiação solar global na superfície terrestre.

O actinógrafo também chamado de actinômetro ou piranógrafo é um

instrumento de baixo custo, mede a radiação solar total ou difusa, possuindo o sensor

metálico de temperatura e um registrador gráfico instantâneo acoplados na mesma

unidade, sua resposta a variações na radiação é lenta e não há uma compensação no

seu mecanismo de funcionamento de conversão com a temperatura. O registro é feito

46


numa bobina de papel e deve ser interpretada posteriormente, sendo considerado um

instrumento de terceira classe (OLIVEIRA, 1997).

FIGURA 3.18: Actinógrafo. Fonte: OLIVEIRA (1997).

Os Piranômetros denominados, eventualmente, como solarímetros, são

instrumentos que medem a irradiação global (direta + difusa + albedo). Existem dois

tipos: piranômetros fotovoltaicos e piranômetros termelétricos. A classe fotovoltaica,

possui como elemento sensível uma célula solar de silício, em geral monocristalino que

ao ser iluminado gera uma corrente elétrica devido a fótons com energia suficiente para

serem absorvidos pelo material (efeito fotovoltaico). Esta corrente, na condição de

curto-circuito, é proporcional à intensidade da radiação incidente. A maior restrição a

este instrumento, diz respeito à seletividade espectral de sua resposta, fenômeno

inerente ao comportamento do detector, por isso impossível de se corrigir. Outros

problemas como a refletividade das células e a dependência da resposta com a

temperatura já possuem correções satisfatórias. Como sua utilização é simples e seus

custos são baixos, são instrumentos úteis para realizar medidas secundárias, como a

interpolação de estações com piranômetros termelétricos (OLIVEIRA, 1997) A Figura

3.19 ilustra a fotografia de um piranômetro fotovoltaico.

47


FIGURA 3.19: Piranômetro fotovoltaico. FONTE: OLIVEIRA (1997).

O piranômetro termelétrico utiliza, como elemento sensível uma pilha

termelétrica, constituída por termopares em série. Tais elementos geram uma tensão

elétrica proporcional à diferença de temperatura entre suas juntas, fenômeno conhecido

como efeito Seebeck. Portanto, é possível relacionar a diferença de potencial medida

na saída do instrumento com a radiação incidente. Existem dois Piranômetros

termelétricos mais amplamente usados, a saber: piranômetro do tipo branco e preto e o

piroheliômetro. O piranômetro do tipo branco e preto possui um receptor pintado,

alternadamente, de preto e branco. Neste caso, as juntas quentes da termopilha estão

em contato com as superfícies negras, altamente absorventes. As pontas frias estão em

contato com as superfícies brancas, de grande refletividade.

FIGURA 3.20 : Piranômetro tipo branco e preto, realizando medidas da irradiação

global e outro termelétrico de precisão tipo psp, realizando medidas da irradiação

difusa. Fonte: OLIVEIRA (1997).

48


O piroheliômetro (Figura 3.21) é um instrumento que possui um ângulo de

abertura pequeno, capaz de captar a radiação proveniente do Sol e cercanias (região

circumsolar), é um instrumento utilizado para medir a radiação direta. Em geral, utiliza-

se uma montagem equatorial de seguimento Solar, com movimento em torno de um

único eixo, ajustado periodicamente para corrigir a variação da declinação solar. São

instrumentos de grande precisão. Quando corretamente utilizados, apresentam erros da

ordem de 0,2% a 0,5%. Existem vários tipos de piroheliômetros, alguns são conhecidos

como padrões de referências: piroheliômetro de Ângstrom, piroheliômetros de disco de

prata de Abbot, piroheliômetro de circulação de água de Abbot. Com características

distintas, mas denominados piroheliômetros auto-calibráveis, piroheliômetro de

termopar, Eppley N.I.P, Kipp & Zonen

FIGURA 3.21: Piroheliômetro de incidência normal. Fonte: OLIVEIRA (1997).

Mapas solarimétricos precisos são muito difíceis de conseguir. As principais

dificuldades encontradas são a falta de séries de medidas suficientemente longas,

dados pouco confiáveis e a falta de uma distribuição uniforme das estações de

medidas. No Brasil, são poucas as estações que possuem piranômetros. Menor ainda é

o número de estações realizando medições com este instrumento durante longos

períodos de tempo com calibrações periódicas. Em geral, os dados de radiação

disponíveis no Brasil e em muitos países do terceiro mundo foram medidos com

heliógrafos, instrumento que estima a insolação diária, número de horas do dia em que

a radiação é maior que um valor prefixado (GIBA, 2000).

49


Um parâmetro bastante difundido é a média mensal da irradiação global diária

sobre uma superfície horizontal. A partir desses dados foram desenvolvidos vários

modelos visando estimar a energia disponível para ser utilizada em sistemas solares.

Inclui-se neste caso os modelos de Collares-Pereira e Rabl e de Liu-Jordan e o de Erbs

(DUFFIE, BECKMAN, 1991).

O Atlas solarimétrico do Brasil é fornecido impresso num livro que contém um

mapeamento da irradiação solar média mensal de Janeiro a Dezembro de todo território

nacional brasileiro numa escala colorida formatada em MJ/m² dia,

A figura 3.22 ilustra as estações onde se realizaram medições da irradiância

solar no estado de São Paulo e sua respectiva instrumentação (GIBA, 2000).

FIGURA 3.22: Estações de medição da irradiância solar no Estado de São Paulo.

Fonte: Atlas Solarimétrico do Brasil.

50


Na figura 3.23 está ilustrado um exemplo da irradiação solar global média

mensal no Brasil inteiro para o mês de Junho na escala colorida e padronizada em

MJ/m² do Atlas Solarimétrico do Brasil na sua versão impressa. Contudo este tipo de

mapeamento é um tanto impreciso para para efeito de dimensionamento de sistemas

termo solares em latitudes pontuais, por isso neste caso é recomendável empregar o

banco de dados numéricos de referido Atlas.

FIGURA 3.23: Irradiação solar média mensal do Brasil em MJ/m² para Junho

Fonte: Atlas Solarimétrico do Brasil.

51


A tabela 3.5, mostra dados extraídos do Atlas Solarimétrico do Brasil para a

cidade de Campinas SP em dias médios mensais para o ano inteiro. Referidos valores

correspondem a medições realizadas em plano horizontal por heliógrafos e actinógrafo

conforme a fonte informada.

Tabela 3.5: Irradiação solar média mensal em Campinas SP.

No Anexo 1 se ilustram dados extraídos do banco de dados do Atlas

Solarimétrico do Brasil para as principais cidades medidas da macro região de

Campinas SP.

Outra possibilidade são dados medidos por satélites que servem para a

superfície terrestre. O Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) disponibiliza

imagens de satélite como ilustrado na figura 3.24 onde se possibilita uma escala

colorida para a irradiância solar média diária sobre a superfície da terra.

52


FIGURA 3.24: Informe de satélite brasileiro METSAT.

Radiasol é um banco de dados digital, grátis na forma de software livre,

completo do Brasil e de vários países, está disposto no sitio da Universidade Federal do

Rio Grande do Sul, com várias facilidades, como por exemplo a inclusão de novos

dados, o importe de dados para o ambiente Windows, e a manipulação de cálculos

sobre superfícies inclinadas com os mais consagrados métodos de distribuição espacial

e temporal da componente difusa que consideram a isotropia ou anisotropia do céu,

possibilitando uma ferramenta poderosa para o dimensionamento termo solar e outras

aplicações da engenharia e arquitetura. GRANJA, (2002) produziu uma planilha

eletrônica de nome similar Radisol, que estima a radiação solar direta e difusa sobre

planos horizontais para dias claros com o intuito de pesquisar transmissão de calor em

regime periódico e o efeito da inércia térmica em fechamentos opacos.

53


3.11 Irradiância e irradiação solar sobre um plano inclinado

O fluxo de energia solar que chega até nossa atmosfera, é bem menor do que o

fluxo de energia solar nas proximidades do Sol, variando com o inverso do quadrado da

distância até o centro do Sol, analisando-se a partir da fotosfera. Vários valores já foram

sugeridos para a constante solar GSC. Para sua determinação, medições foram feitas na

superfície da Terra, em altas montanhas e os valores obtidos foram extrapolados para

fora da atmosfera. Mais recentemente, com a utilização de balões meteorológicos e

satélites, valores mais precisos foram propostos e, hoje, considera-se a constante solar

Gsc = 1367 W/m2 (DUFFIE, BECKMAN, 1991).

Segundo, dados estudados em dias claros tem permitido realizar uma descrição

mais detalhada da componente difusa, subdividindo esta em três sub partes diferentes:

isotrópica, circumsolar e brilho do horizonte. A primeira advém da propriedade que toda

a abóbada celeste tem uma parte uniforme de irradiância solar, ao passo que uma

pequena fração é oriunda da sobreposição sobre o disco do sol ao redor do mesmo,

conhecida como circumsolar e uma terceira parte bem percebida em dias claros que

define um maior brilho em torno do horizonte; Então a radiação solar incidente sobre

uma superfície inclinada na superfície da Terra seria a soma da radiação direta, mais a

difusa isotrópica, mais a difusa circumsolar mais a difusa do brilho do horizonte mais a

refletida pelo solo (DUFFIE, BECKMAN, 1991).

Existe variabilidade diária e média mensal da irradiação solar global incidente

sobre um plano inclinado em ângulo predefinido, com ou sem desvio azimutal durante o

ano. Dados locais de irradiação solar quando gerados em estações de medição são

normalmente medidos sobre um plano horizontal exigindo uma bateria de cálculos

trigonométricos, para concluir a quantidade global específica sobre um plano inclinado,

além da consideração dos modelos de distribuição temporal e espacial da radiação

solar em função da isotropia ou anisotropia da abóbada celeste (céu) com efeito

numérico diferenciado na componente difusa e analogamente na global que é a soma

54


das componentes direta, difusa e albedo. LIU, JORDAM, (1960) caracterizam o dia por

uma luminosidade homogênea em toda a abóbada celeste dando a entender um

modelo de céu isotrópico. Conforme HAY, DAVIES (apud Rosa, 2003, p. 50), existe um

maior brilho na região circumsolar durante o dia, caracterizando uma anisotropia no

céu. TEMPS, COULSON, (1977) incorporaram ainda, um maior brilho junto ao horizonte

em dias de limpos e claros. Baseado nos modelo de HAY, DAVIES e de TEMPS,

COULSON, KLUCHER, (1979) desenvolveu funções moduladas de tal forma que para

dias nublados a componente difusa se aproxima mais aos resultados do modelo

isotrópico de LIU, JORDAM, e em dias limpos e claros ao modelo de TEMPS,

COULSON. Na figura 3.25 se ilustram os três modelos consagrados da distribuição

espacial da radiação solar na atmosfera terrestre.

FIGURA 3.25: Isotropia e anisotropia da atmosfera durante o dia – Fonte: ROSA (2003).

A latitude é a medida a partir do Equador, imaginando-se que cada ponto da

superfície terrestre está contido em um círculo paralelo ao plano do Equador

imaginando-se o centro da esfera terrestre como vértice, portanto a latitude pode ser

medida entre 0 a 90o assumindo valores negativos para o hemisfério sul e positivos

para o hemisfério norte. (FROTA, 2004), por outro lado, a “eclíptica” é o plano definido

pela rota da terra em torno do sol durante 365 dias do ano e declinação solar “�” o

ângulo que se forma entre a radiação solar que chega pelo plano da eclíptica ao planeta

Terra medido entre o plano do Equador, sua variação anual oscila entre –23,45º a

+23,45º, definindo as posições Solstício de verão, inverno e Equinócios. Como se

ilustram nas figuras 3.26 e 3.27.

55


Equinócio é o ponto da órbita da Terra em que se registra uma igual duração do

dia e da noite, o que sucede nos dias 21 de março e 23 de setembro. Solstício

caracteriza o instante em que o Sol passa pela sua maior declinação boreal ou austral,

e durante a qual cessa de afastar-se do equador. Os solstícios situam-se,

respectivamente, nos dias 22 ou 23 de junho para a maior declinação boreal, e nos dias

22 ou 23 de dezembro para a maior declinação austral do Sol. No hemisfério sul, a

primeira data se denomina solstício de inverno e a segunda solstício de verão; e, como

as estações são opostas nos dois hemisférios, essas denominações invertem-se no

hemisfério norte.

Para efeito do equacionamento da irradiação solar na superfície da Terra,

convém para efeito de simplificação trigonométrica e algébrica adotar o movimento

aparente do Sol em torno da Terra do que supor a eclíptica em si. (DUFFIE,

BECKMAN, 1991) (LAPETRA, 2003) como se ilustra na figura 3.28

FIGURA 3.26: Ângulos da declinação solar em função do movimento aparente do

Sol – Solstícios de verão, inverno e Equinócios.

56


FIGURA 3.27: Eclíptica, declinação Solar e datas dos Solstícios e Equinócios.

FIGURA 3.28: Abóbada Celeste e movimento aparente do Sol em torno da Terra.

57


Como a declinação solar depende da posição física do planeta Terra na

eclíptica pode-se definir em função da data contando-se de 1 a 365 dias através da

variável “n” conforme a equação concebida por Cooper em 1969 apresentada pela

equação (3.11).

� ��

��

�� 284n

365,24360sen23,45º]º[� � (3.11)

“n” é o ordinal de 1 a 365 representando exatamente a data do dia que se

deseja calcular a declinação solar, ao invés de usar um calendário comum, DUFFIE,

BEKMAN, (1991) disponibilizam uma tabela prática conversora de data para obtenção

do ordinal “n” como se ilustra na tabela 3.6.

TABELA 3.6: Conversão de qualquer data para número ordinal de 1 a 365 com

valores calculados para o dia médio de cada mês e declinação solar.

Fonte: DUFFIE, BECKMAN, 1991 pg 14.

Para dia médio do mês

Mês “n” Data “n” ��

1 i 17 17 -20,953

2 31+i 16 47 -13,028

3 59+i 16 75 -2,5124

4 90+i 15 105 9,320

5 120+i 15 135 18,725

6 151+i 11 162 23,065

7 181+i 17 198 21,238

8 212+i 16 228 13,566

9 243+i 15 258 2,360

10 273+i 15 288 -9,461

11 304+i 14 318 -18,817

12 334+i 10 334 -23,018

58


Seja “�” definido como ângulo horário, isto é, o deslocamento angular do Sol,

para o leste ou para o oeste do meridiano local, em conseqüência da rotação da Terra

na velocidade angular de 15o por hora (360o em 24 horas). Negativo antes do meio dia

e positivo após o meio dia, definido pela expressão (3.18). (LABAKI, 1995) :

Onde hi é um horário solar específico. Para obter o horário solar em função do

horário civil convém usar a equação (3.13) (DUFFIE, BECKMAN, 1991).

hs – hc = 4 (Lst – Lloc) + E (3.13)

Onde, hs é a hora solar, hc é a hora civil, Lst é a longitude de referência local,

Lloc é a longitude local e “E” é a equação do tempo definida pela expressão (3.14)


E= 0,01719 + 0,4281456 Cos B – 7,3520484 Sen B – 3,349758 Cos 2B – 9,371988 Sen 2B (3.14)

Onde “B” é definido pela equação (3.15)

� 1365360

�� nB �

( 3.12)

(3.15)

)12h(1� i �� º5

“n” é o dia do ano medido de 1 a 365 com procedimento para qualquer data

através da tabela 3.6 apresentada anteriormente.

O ângulo horário do anoitecer “�s” pode ser calculado pela equação (3.16) cujo

resultado será em graus. Utilizando-se da equação (3.18) é possível calcular a hora

solar do anoitecer após a definição de “�s”.

�s = arco cos (- tan � tan � ) (3.16)

59


Definido “�s” pode-se determinar o número teórico máximo de duração do dia

conforme a equação (3.17).

1,015

2�

�� sN (3.17)

Com estas equações é possível determinar o horário solar teórico de início e fim

do dia que com a devida correção poderá ter-se o horário civil. As equações agrupadas

em (3.18) fornecem “ha”, que será o horário solar do amanhecer e “hs” que será o

horário solar do anoitecer.

1215

9,1115

��

��

� sS hseha (3.18)

Com o valor de “ha” substituído na equação (3.12) encontra-se o ângulo horário

solar do amanhecer, que está sintetizado na equação (3.19). Este ângulo poderá ser

posteriormente uma opção para o cálculo da radiação solar no topo da atmosfera num

plano horizontal teórico em qualquer localidade da Terra.

�a = - �s – 1,5 (3.19)

Define-se como “�z” o ângulo entre a radiação solar que toca a superfície

terrestre e o zênite num ponto de latitude “� “para um horário solar “hi”, numa definia

declinação solar “�” cujo cosseno está expresso pela equação (3.20).

(3.20)

�� sen sen� cos cos cos� cos z

Assim é possível calcular a irradiância solar no topo da atmosfera terrestre num

plano teórico horizontal num definido horário solar pela equação (3.21).

60


zSC0 �cos

365,24n360cos0,0331GI ��

�

��

��

�� (3.21)

Define-se “Gsc” como constante solar, anteriormente descrita com valor de 1367

W/m².

Para calcular a radiação solar num dia completo numa superfície horizontal

teórica no topo da atmosfera terrestre em data e localidade qualquer, pode-se

empregar a equação (3.22) já preparada para fornecer o resultado em Wh/m².

0 SC� �24 360 nG 1 0,033 cos cos cos� sen � sen sen�

� 365, 24 180S

S� ��

(3.22) H

Com esta última equação e os dias médios apresentados na tabela 3.6, é

possível avaliar a radiação solar média mensal numa superfície teórica plana no topo da

atmosfera terrestre em qualquer localidade do planeta sem preocupar-se com o horário

solar e horário civil, uma vez que referida equação dispensa esta preocupação para o

usuário. O valor da média mensal no topo da atmosfera num plano teórico horizontal

será denominado por e será base para posterior avaliação da radiação solar na

superfície da Terra num plano com qualquer inclinação e desvio entre o eixo norte-sul


A equação (3.23) é apropriada para calcular a irradiação solar extraterrestre

num plano horizontal teórico no topo da atmosfera terrestre (I0) num intervalo horário

de um dia solar1 em qualquer data e qualquer localidade da Terra. Esta equação pode

ser empregada para avaliar H0 e com as devidas precauções. São elas: fazer �1

= �a e �2 = �S, para o caso da média mensal examinar o dia médio do mês conforme

1 Não recomendada para horários após o anoitecer

61


tabela 3.6. A expressão (3.23) já está convenientemente ajustada para fornecer

resultados em Wh/m² (DUFFIE, BECKMAN, 1991). .

� � 2 1

o sc 2 112 360 n ( - )I G 1 0,033cos cos cos ( sen sen sen sen )

365 180� � � � ��

� (3.23)

Para dois horários civis quaisquer, é preciso encontrar os horários solares pela

correções apresentadas anteriormente e determinar os ângulos horários “�1” e “�2”

com a equação (3.12).

A relação entre a insolação diária e a radiação solar global diária, média

mensal, é a conhecida relação de Ängstrom, estabelecida em 1924. A expressão sofreu

modificações e atualmente é expressa conforme a equação (3.24). (TIBA, 2000).

____

___

0

__

TKNsba

H

H�� (3.24)

Onde “s” é o número real de horas de duração do brilho solar médio mensal,

que tem sido amplamente medido praticamente no mundo inteiro através do antigo

Heliógrafo de Campbell – Stokes, que consiste basicamente no enegrecimento de uma

fita graduada pela concentração solar provocada por uma esfera de vidro que funciona

como uma lupa durante toda a trajetória do sol em um dia. A maior parte da fonte de

informação da radiação solar do Atlas Solarimétrico do Brasil está fundamentado neste

sistema de leitura. “N” é o número teórico máximo de duração do dia, médio mensal,

exposto anteriormente pela equação (3.17), os coeficientes “a” e “b” são empíricos

inerentes à natureza e características locais. é a irradiação solar média mensal

num plano horizontal da superfície terrestre [Wh/m²]. é a irradiação solar média

mensal extraterrestre no topo da atmosfera num plano teórico horizontal [Wh/m²];

Conforme, TIBA, (2000):

62


“Existe uma extensa lista de trabalhos relativamente recentes, que

procuram obter melhores coeficientes de regressão para “a” e “b”, com

a inclusão de termos não lineares ou de outras variáveis como umidade

relativa, quantidade de água precipitável, latitude e altura solar, entre

outros, mas a conclusão é que a melhoria nos resultados obtidos com a

relação de Ängstrom é modesta e insuficiente para justificar o aumento

na complexidade dos cálculos”.

Quando não há informação sobre referidos coeficientes locais pode-se utilizar

os valores propostos na equação (3.25) referenciados por GLOVER, Mc CULLOSH,

citados por TUBELIS, NASCIMENTO, (1980):

a = 0,29 cos � e b = 0,52 (3.25)

Para a cidade de Campinas SP Brasil, registra-se a = 0,25 e b = 0,56 (LABAKI,

2003). Para a cidade de Lavras MG Brasil registra-se a = 0,23 e b= 0,49 (DANTAS,

2003).

Para estimar a radiação solar num plano inclinado, é necessário primeiro

dimensionar a componente difusa. As próximas equações podem sem empregadas

para avaliação horária, diária ou mensal analogamente. Para o caso de um estudo

horário instantâneo têm sido largamente empregadas as inequações de Orgill e

Hollands conforme ilustrado em (3.26) (DUFFIE, BECKMAN, 1991).

��

��

�

�

�!

"

#$$�

��

75,0/177,075,035,0/84,1557,1

35,0/249,01

t

tt

ttd

kpkpk

kpk

II (3.26)

Onde Id é a irradiância solar difusa incidente em superfície horizontal [W/m2], kt

é o índice de claridade atmosférica (ou transparência) instantânea num determinado

63


horário, I é a irradiância solar instantânea na superfície terrestre num plano horizontal

num dia e hora solar específica [W/m²].

A irradiação difusa diária presente no céu local, pode ser obtida a partir do

estabelecimento do fator de irradiação difusa ou proporção de difusa, Kd, mediante a

expressão (3.27)

Hd/ H = Kd (3.27)

Onde, Hd é a irradiação solar difusa diária num plano horizontal da superfície

terrestre [Wh/m²], H é a irradiação solar diária num plano horizontal da superfície

terrestre [Wh/m²] e Kd é o índice adimensional, diário para a componente difusa. Uma

outra forma de modelar a relação entre a claridade atmosférica e a contribuição difusa,

ou seja, determinar a expressão que correlaciona KD com KT, foi proposta por ERBS,

KLEIN e DUFFIE em 1982. Neste modelo, foram introduzidas algumas modificações

que consideram a interferência do efeito sazonal anual. Segundo (ERBS, 1982), as

inequações apresentadas em (3.28) são apropriadas para avaliar a componente difusa

quando se deseja uma análise diária.

(3.28)

Para �s $ 81,4�

Se KT < 0,715 então:

HHd = Kd = 9,3879 KT

4 – 11,9514 KT3 +2,4495 KT

2 – 0,2727 KT + 1

H HdSe KT %0,715 então: = Kd = 0,143

Se KT < 0,722 então:

Para �s > 81,4�

HHd = Kd = 0,8448 KT

3 – 2,5557 KT2 +0,2832 KT + 1

HHdSe KT % 0,722 então: = Kd = 0,175

64


Onde, KT é o índice de transparência atmosférica (claridade) médio de um dia.

Em (3.29) se apresentam as correlações de COLLARES, PEREIRA para a

mesma finalidade segundo (DUFFIE, BECKMAN, 1991).

HHdSe KT $ 0,17 então: = Kd = 0,99

Se 0,17 $ KT $ 0,75 então:

HHd = 14,648 KT

4 – 21,865 KT3 +9,473 KT

2 – 2,272 KT + 1,188

Se 0,75 < KT < 0,8 então:

HHd = Kd = -0,54 KT

4 + 0,632

HHd = Kd = 0,2 Se KT � 0,8 então:

(3.29)

Para estimação da componente difusa média mensal segue a equação (3.30)

segundo as correlações de COLLARES, PEREIRA e a bateria de (3.31) segundo

RALB, citadas por DUFFIE, BECKMAN, (1991).

HHd =

dK = 0,775+0,00606(�s–90)–[0,505+0,00455(�s–90)] cos (115TK -103) (3.30)

0,80 K 0,30 e 81,4º� Ts

1,391+K3,56+K4,189+K-2,137=K=H

HT

__2

T

__3

T

__

d

__

__

__

d

0,80 K 0,30 e 81,4º� Ts

1,311+K3,022-K3,427+K1,821=K=H

HT

__2

T

__3

T

__

d

__

__

__

d

(3.31)

65


Valores de KT para dias claros situam-se por volta de 0,75 ou mais, e para dias

considerados nublados por volta de 0,40 ou menos (LIU, JORDAM, 1960).

LABAKI, (1995) propõe um polinômio do 3o ajustando Kd em função de KT

conforme se denomina na expressão (3.32) para posteriormente definir a componente

difusa, especificamente válido para a cidade de Campinas SP.

Kd = 0,2038345 – 0,3259358 KT + 1,148309 K²T – 1,137844 K³T (3.32)

Para determinar a irradiação global incidente em um plano com inclinação

qualquer, a expressão (3.33) composta basicamente pela soma das três principais

componentes da irradiação incidente na superfície terrestre considera um modelo

isotrópico conforme LIU, JORDAM, (1960). O primeiro termo do 2º membro

corresponde à contribuição da radiação direta, o segundo é referente à radiação difusa,

determinada por um modelo qualquer, e finalmente o terceiro, é a contribuição do

albedo.

__

__ __ __ __ __db d__

H 1 cos 1- cH H 1 R H H2 2H

�

� � � � ��

os&

��

(3.33)

Hd pode ser obtido experimentalmente, através de um piranômetro dotado de

anel sombreador, ou multiplicando-se a irradiação global sobre uma superfície

horizontal por Kd, obtido através de uma das correlações aqui apresentadas como por

exemplo a de COLLARES, PEREIRA e RABL ou a de ERBS.

__

bR é definido como sendo a razão entre a radiação diária média mensal sobre

uma superfície inclinada e a radiação diária média mensal sobre um plano horizontal

(DUFFIE, BEKMAN, 1991, p.25). Na figura 3.29 se ilustram referidos ângulos.

66


FIGURA 3.29: Ângulos �z para um plano horizontal e � para um plano inclinado

A expressão algébrica para a determinação da média mensal sem desvio

azimutal é dada pela equação (3.34) que está adaptada para latitudes Sul onde � < 0

� (�+�) ao invés de (�–�) como se apresenta na literatura nórdica (DUFFIE,

BEKMAN, 1991, p.109), ainda �’s e �s devem estar graus .

__ s sb

zs s

cos( �)cos sen�' + �' sen( �)sencos 180R =cos cos cos sen � + � sen sen

180

��

��

(3.34)

Onde, �’s é o ângulo horário do pôr do Sol para a superfície inclinada, ajustada

para o dia médio do mês cujo valor numérico deve ser o menor valor entre as duas

alternativas da sentença (3.35).

� � �"� � ! � � � � � �

s

arcocos( tan tan )' min

arcocos( tan( ) tan )�� (3.35)

O cálculo de Rb pontual para um instante específico do dia Solar pode realizar-

se com qualquer desvio azimutal através das seguintes equações:

67


� Zcos sen sen cos -sen sen cos cos cos cos cos cos cos sen sen cos cos cos sen sen sen� � � � � � � � ' � � � � �� ' �� '

cos sen sen cos cos cos��

zb z

cosR coscos

�� ( �

�0#

Rb = 0 ( cos �z $ 0 (3.36)

Valendo lembrar que o azimute “'” do eixo do plano inclinado em questão é

convencionado pela literatura nórdica como 0º para o Sul e 180º para o Norte, como se

ilustra na figura 3.30.

FIGURA 3.30: Convenção nórdica para orientação do coletor solar.

68


Na tabela 3.7 são ilustrados alguns valores de refletividade (albedo) extraídos

de AYAOADE (1988), que podem sem empregados na respectiva componente do

albedo.

TABELA 3.7: Valores da refletividade para diferentes tipos de superfícies.

Tipos de superfície Albedo (%)

Solo negro e seco 14

Solo nú 7 a 20

Areia 15 a 25

Florestas 3 a 10

Campos naturais 3 a 15

Campos de cultivo seco 20 a 25

Gramados 15 a 30

Neve recém caída 80

Neve caída há semanas 50 a 70

Água com altura solar > 40º 2 a 4

Água com altura solar < 30º 6 a 40

Cidades 4 a 18

Um novo modelo para cálculo de radiação solar incidente que incorpora alguns

melhoramentos por HAY, DAVIES (1980), com mais algumas contribuições de

KLUCHER, (1979), considera o brilho difuso do horizonte é dada a seguir pela bateria

de equações designadas por (3.37) (DUFFIE, BEKMAN,1991).

69


(3.37)

� � �� 0 sc

12 360nI G 1 0,033cos cos cos sen sen sen365,24 180

�

� �" �) *� �� ! �+ ,� ��

� � � �� - . �

3d,v d i i b

1 cosI I 1 A 1 f sen A R2 2

� �) *� � )� � � � �� &+ ,� �� *��+ ,� � � � �� -- .

3t,v b b d i d i t g

1 cos 1 cosI R (I I A ) I (1 A ) 1 f sen I2 2 �.2

� bIfI

� bi

0

IAI

It,v = I b,v + I d,v

onde,

� = 15º/h ou 0,2618 rad/h

I0: radiação extraterrestre numa superfície horizontal em período horário (W/m2);

I t,v: radiação total incidente numa superfície inclinada (W/m2);

I b,v : radiação direta incidente numa superfície inclinada (W/m2);

I d,v : radiação difusa incidente numa superfície inclinada (W/m2);

I : radiação total incidente em superfície horizontal (W/m2);

I b : radiação direta incidente em superfície horizontal (W/m2);

I d : radiação difusa incidente em superfície horizontal (W/m2);

A i: índice anisotrópico (adimensional);

f : termo de correção para modulação do brilho no horizonte (adimensional);

&g: refletância difusa do solo (adimensional);

70


3.12 Uso de Software para a estimativa da irradiação solar em planos inclinados

O cálculo da intensidade da radiação solar em superfícies inclinadas é um

procedimento trabalhoso devido ao elevado número de operações aritméticas

envolvidas, como foi mostrado anteriormente no sub capítulo 3.9, segundo os modelos

isotrópico e anisotrópico; Além de cálculos trigonométricos são necessários modelos de

distribuição temporal e espacial da radiação solar. Uma possibilidade de estimar a

irradiância solar sobre superfícies inclinadas conforme o modelo isotrópico de Liu e

Jordam mediante software livre é a utilização do RAD-OPT 2.0/94 de CZAJKOWKI

(2003) que após informada a latitude local, o índice de claridade médio mensal, o

desvio azimutal e o índice de reflexão do solo (albedo) o software monta uma tela de

saída sobre a irradiância solar global em MJ/m2 ao dia mediano mensal em planos

inclinados de 0º a 90º de 10º em 10º conforme se ilustra na tabela 3.8 que apresenta

cálculos para a cidade de Campinas SP considerando-se um índice de claridade médio

mensal de 0,5 com desvio azimutal nulo e 0,2 de albedo para todos os meses do ano.

TABELA 3.8: Estimativa da irradiação solar global média na cidade de Campinas

SP em MJ/m2 ao dia através do software RAD-OPT 2.0/94.

clinação: 0º 10º 20º 30º 40º 50º 60º 70º 80º 90ºJaneiro 20.33 19.90 19.15 18.12 16.82 15.31 13.63 11.86 10.09 8.55Fevereiro 19.38 19.25 18.77 18.00 16.94 15.61 14.08 12.38 10.60 8.83Março 17.65 17.87 17.77 17.35 16.64 15.65 14.40 12.94 11.31 9.57Abril 15.08 15.67 15.97 15.97 15.69 15.12 14.28 13.20 11.91 10.45Maio 12.76 13.55 14.09 14.36 14.35 14.08 13.53 12.74 11.73 10.52Junho 11.60 12.49 13.15 13.56 13.70 13.57 13.18 12.53 11.65 10.57Julho 12.03 12.88 13.50 13.86 13.94 13.76 13.32 12.62 11.69 10.56Agosto 13.91 14.63 15.08 15.25 15.13 14.73 14.06 13.14 12.00 10.67Setembro 16.48 16.88 16.98 16.77 16.26 15.46 14.41 13.13 11.66 10.04Outubro 18.68 18.70 18.40 17.78 16.88 15.69 14.27 12.67 10.93 9.13Novembro 20.01 19.69 19.05 18.11 16.89 15.44 13.80 12.05 10.26 8.60Dezembro 20.50 20.00 19.20 18.11 16.76 15.21 13.51 11.73 9.99 8.58

In

Valores da radiação solar global em Campinas SP - kt = 0,50 e albedo = 0,20 - em várias inclinações [MJ/m²]

CZAJKOWSKI (2003), também disponibiliza outro programa livre denominado

“RADIAC2” muito prático e de fácil manuseio oferecendo a possibilidade de uma análise

71


diária específica para qualquer lugar do planeta bastando informar a latitude local, o dia

desejado, o albedo, o coeficiente de claridade local, o ângulo de inclinação da superfície

que recebe a radiação solar e o desvio azimutal da superfície. Na tabela 3.9 se estima

a irradiação solar global e suas componentes para a cidade de Campinas SP para o dia

15 de Julho considerando-se um ângulo de inclinação de 17º com o plano horizontal

sem desvio azimutal, 0,2 de albedo e 0,5 de índice de claridade.

TABELA 3.9: Estimativa da irradiância solar global e suas componentes para a

cidade de Campinas no dia 15 de Julho num plano inclinado em 17º segundo o

modelo de Liu e Jordam através do software RADIAC2 2.1/95 com 0,2 de albedo,

0,5 para kt e sem desvio azimutal.

hora Direta Difusa Refletida Global

1 0 0 02 0 0 03 0 0 04 0 0 05 0 0 06 0 0 07 52 34 0 868 109 125 1 2359 158 203 1 362

10 196 263 2 46111 219 301 2 52212 228 314 2 54413 219 301 2 52214 196 263 2 46115 158 203 1 36216 109 125 1 23517 52 34 0 8618 0 0 019 0 0 020 0 0 021 0 0 022 0 0 023 0 0 024 0 0 0

3876Irradiância solar Global no dia 15 de Julho:

Componentes em W/m²

000000

0000000

Outro software livre bastante interessante é um banco de dados elaborado pela

Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) (RADIASOL, 2003) para o

72


ambiente Windows que tem como atributo a possibilidade de indexar novos dados para

outras localidades sem afetar a fonte original disponibilizada pelo software. O “Radiasol”

utiliza internamente modelos matemáticos disponíveis na literatura, desenvolvidos por

outros diversos autores e por integrantes do Laboratório da Universidade Federal do

Rio Grande do Sul. No programa os cálculos são realizados através de rotinas que

determinam o efeito da inclinação da superfície receptora e da anisotropia da radiação

solar em suas componentes direta e difusa. O usuário pode selecionar o modelo de

distribuição da radiação e obterá na tela, imediatamente, um conjunto de dados

adicionais na forma de tabelas ou gráficos. O sistema incorpora um banco de dados

contendo informações de mais de 2000 estações metereológicas em todo o mundo, das

quais cerca de 200 no Brasil. Está incluído também um mecanismo exclusivo para a

sintetização de dados seqüenciais de radiação solar em intervalos diário, horário e de 5

em 5 minutos. Curvas ou tabelas podem ser exportadas através da área de

transferência do Windows para outros aplicativos, onde poderão ser utilizadas para

cálculos em projetos ou para apresentação de relatórios ou qualquer outro fim científico.

Na figura 3.31 é possível observar no menu de seleção a cidade de Campinas SP com

os valores de Irradiância Solar Global para todos os meses de ano em kWh/m² numa

superfície horizontal, a latitude e longitude.

FIGURA 3.31: Tela do RADIASOL para a seleção da cidade de Campinas SP.

73


Nesta primeira tela o software mostra a irradiação solar global anual sobre uma

superfície horizontal em kWh/m² para a estação selecionada.

O Radiasol ainda oferece a possibilidade de examinar uma data específica e

fazer variar o índice de claridade (transparência) sem modificar a fonte básica dos

dados, como também emitir relatórios de tela ou impressos da irradiância anual ou

diária específica ou na forma de gráficos. Na figura 3.32 se apresenta a seleção

específica do dia 15 de Janeiro. Observar que se considera no exemplo da figura

insolação 100% Norte (geográfico), ou seja, sem desvio azimutal e uma superfície

nivelada (0o de inclinação).

FIGURA 3.32: IRRADIAÇÃO SOLAR E SUAS COMPONENTES PARA O DIA 15 DE

JANEIRO NA CIDADE DE CAMPINAS SP SOBRE UMA SUPERFÍCIE HORIZONTAL

COM ÍNDICE DE TRANSPARÊNCIA ATMOSFÉRICO IGUAL A 0,5

74


Na figura 3.33, percebe-se que a componente da refletância (albedo) ficou

completamente anulada, isto se deve ao fato de empregar-se um ângulo de 0o para a

superfície plana que recebe a radiação solar. Para inclinações maiores que zero (nível)

esta componente começa aparecer. Na figura 3.31, ilustra-se uma inclinação de 17o

que corresponde a um valor aproximado de um telhado com 30% de inclinação.

FIGURA 3.33: Resultados da irradiação global anual na cidade de Campinas SP

numa superfície plana inclinada em 17o sem desvio azimutal.

Este programa permite a modificação do índice de claridade para qualquer

valor e uma rápida resposta para as alterações. O mesmo se aplica ao azimute,

inclinação da superfície, data e localidade. Também é possível considerar a isotropia ou

anisotropia do céu para efeito de cálculo da componente difusa.

75


O programa livre Geosol de HERNÁNDEZ (2003) também constitui uma

ferramenta computacional para o cálculo de coordenadas solares e estimação da

radiação solar por vários modelos, permitindo a isotropia ou anisotropia, apresenta a

possibilidade de construção de cartas solares em plano e em elevação. A figura 3.34

apresenta uma tela de saída considerando dados informados sobre a cidade de

Campinas SP para o dia 15 de Janeiro.

FIGURA 3.34: Carta solar gerada pelo software GEOSOL para a cidade de

Campinas SP para o dia 15 de Janeiro.

Handhelds tipo pockets compatíveis com o Windows Mobile® aceitam através

de software a emulação do ambiente operacional do antigo DOS e sobre este último a

76


possibilidade de executar programas nativos desse ambiente. Também é possível

emular gratuitamente as calculadoras programáveis da série 48, 49 e 50 da Heweltt

Packard nos microcomputadores de mesa, handhelds compatíveis com o Windows

Mobile e sistema operacional OS da Palm, levando todos os recursos de cálculo

dessas calculadoras para esses pequenos equipamentos de mão. Na figura 3.35, junto

às extremidades se ilustram telas produzida em pocket IPAQ da HP para a execução do

Radiac2.1/95, emulação da HP48GX e ao centro a emulação das calculadoras HP

48GX e HP50 em microcomputador de mesa.

FIGURA 3.35: Software livre Radiac 2.1/95 executado num pocket de mão, modelo

IPAQ da HP, emulação das calculadoras HP em microcomputador de mesa e

handhelds.

RISPOLI, MARIOTONI, (2007) elaboraram um programa para calculadoras HP

da série 48, 49 e 50 para estimar a irradiação e irradiância solar em qualquer

coordenada geográfica do planeta Terra em conformidade com o modelo isotrópico de

LIU, JORDAM (1960) para coletores inclinados em qualquer ângulo com ou sem desvio

azimutal, assim como uma rotina de dimensionamento de coletores solares planos e

verificação dos mesmos, como várias versatilidades de entrada e saída de dados, que

mais tarde migrou para uma planilha eletrônica amigável a qualquer ambiente de

projetos, fabricação e estudos do tema termo-solar. Os autores selecionaram o modelo

isotrópico do céu para esta rotina de cálculo fundamentados na semelhança de

resultados da anisotropia em dia parcialmente nublado, onde o brilho circumsolar e do

77


horizonte são insignificantes, como antes já exposto na página 54, todavia a adoção

pelo modelo isotrópico inclinou-se pela simplificação algébrica e trigonométrica da

complexa distribuição espacial e temporal das componentes solares sobre o plano

inclinado tendo ainda o aval da predominante conduta média mensal brasileira de Norte

a Sul de um índice de claridade atmosférico por volta de 0,5 e uma insignificante

variabilidade como se mostra na tabela 3.10 montada a partir de informações do Atlas

Solarimétrico do Brasil (GIBA, 2000).

TABELA 3.10. Índices de transparência atmosférica do céu brasileiro calculados a partir do Atlas Solarimétrico do Brasil.

Cidades: MACAPÁ MACEIÓ BELO HORIZONTE PORTO ALEGREDezembro 0,52 0,57 0,37 0,54

Janeiro 0,42 0,55 0,37 0,50Fevereiro 0,40 0,53 0,50 0,50

Média 0,45 0,55 0,41 0,51� 0,0525 0,0163 0,0613 0,0189

Março 0,40 0,53 0,40 0,50Abril 0,46 0,47 0,49 0,51Maio 0,49 0,53 0,50 0,49

Média 0,45 0,51 0,46 0,50� 0,0374 0,0283 0,0450 0,0082

Junho 0,49 0,50 0,55 0,47Julho 0,57 0,51 0,57 0,52

Agosto 0,57 0,58 0,55 0,50Média 0,54 0,53 0,56 0,50

� 0,0377 0,0356 0,0094 0,0205Setembo 0,59 0,53 0,50 0,48Outubro 0,61 0,57 0,42 0,51

Novembro 0,59 0,63 0,42 0,52Média 0,60 0,58 0,45 0,50

� 0,0094 0,0411 0,0377 0,0170 Média 0,509 0,542 0,470 0,503

VA

LOR

ES

DE

KT

VER

ÃO

OU

TON

OIN

VER

NO

PRIM

AVE

IRA

Conforme LIU e JORDAM (1960) se apresenta junto à figura 3.36 a correlação

entre a componente direta e difusa da irradiação solar mais a caracterização do índice

de transparência atmosférico (KT) com relação à qualidade do dia.

78


FIGURA 3.36: Posição central para KT = 0,5 como céu parcialmente coberto.

3.13 Matemática financeira

Um sistema de aquecimento solar pode ser financiado como qualquer outro

bem quando não existem recursos financeiros líquidos para efetuar um único

pagamento a vista. Por conta desta hipótese se apresenta na seqüência uma revisão de

matemática financeira com o objetivo final de consubstanciar parte do capítulo da

metodologia com um plano estratégico sustentável sobre um modelo para o

financiamento específico de tecnologia termo solar.

Definem-se alguns parâmetros essenciais sobre finanças:

Juro: “É o lucro, calculado sobre determinada taxa, de dinheiro

emprestado ou de capital empregado; rendimento, interesse”

(FERREIRA, 1994).

“Do ponto de vista do conceito econômico, pode ser definido

como a remuneração do banqueiro, analogamente existem

79


ainda o lucro (remuneração dos empresários e acionistas) e

aluguéis (remuneração dos proprietários de bens imóveis

alugados)” (WIKIPÉDIA, 2007).

Juro simples: “O que não se soma ao capital para o cálculo de

novos juros nos tempos seguintes” (FERREIRA, 1994).

“O regime de juros será simples quando o percentual de juros

incidir apenas sobre o valor principal. Sobre os juros gerados a

cada período não incidirão novos juros. Valor principal ou

simplesmente principal é o valor inicial emprestado ou aplicado,

antes de somarmos os juros” (WIKIPÉDIA, 2007).

Juro composto: “O que se soma ao capital para o cálculo de

novos juros nos tempos seguintes” (FERREIRA, 1994). “No

regime de juros compostos os juros de cada período são

somados ao capital para o cálculo de novos juros nos períodos

seguintes. Os juros são capitalizados e, conseqüentemente,

rendem juros” (WIKIPÉDIA, 2007).

Anatocismo: “Capitalização dos juros de uma importância

emprestada” (FERREIRA, 1994).

“É o termo jurídico utilizado para designar a capitalização de

juros, isto é, a cobrança de juros sobre juros ou aplicação de

juros compostos, de tal forma que os juros gerados sobre o

capital principal também sofrerão a incidência dos juros a serem

aplicados em períodos iguais (mensais, semestrais, etc.) O

anatocismo é normalmente empregado em operações

financeiras com instituições bancárias e financiamentos de

bens” (WIKIPÉDIA, 2007).

80


Principal: “Que está em primeiro lugar” (FERREIRA, 1994).

Valor principal: É um valor que está em primeiro lugar, ou

melhor, ao início.

Montante: “Soma de um capital e seu juro produzido”

(FERREIRA, 1994).

Anuidades: “Todas as operações financeiras que envolvem

pagamentos ou recebimentos parcelados”. (BAUER, 1996. Pg

111).

Tabela PRICE: “Método de amortização baseado nas tabelas

de juro composto de Richard Price, na realidade foi idealizado

pelo seu autor para pensões e aposentadorias. No entanto, foi a

partir da 2ª revolução industrial que sua metodologia de cálculo

foi aproveitada para cálculos de amortização de empréstimo. A

principal característica da tabela Price, ou Sistema Francês de

Amortização são as prestações iguais. Desenvolvido em 1771

pelo Reverendo presbiteriano Richard Price. Denominadas por

tabelas de juro composto (progressão Geométrica) pelo seu

autor Richard Price em sua obra original Observations on

Reversionary Payments” (WIKIPÉDIA, 2007).

Fluxo de caixa: “É a esquematização dos recebimentos ou

pagamentos. Normalmente representamos os pagamentos

como sendo valores negativos e os recebimentos como valores

positivos. Isto não quer dizer que não pode ser feito o inverso.

Quando representamos graficamente um fluxo de caixa, é usual

indicar os pagamentos com setas para baixo, enquanto que o

81


recebimento indica-se com seta para cima. (BAUER, 1996. p.

120)

Sistema misto de amortização com prestações reais

crescentes - SIMC : Criado pela RC 1/84 - BNH, e com

validade até 30 de junho de 1986, este sistema objetivou

adequar o valor das prestações iniciais ao nível dos salários

comprimidos em função da grave recessão que atravessava a

nossa economia. Basicamente este sistema se identifica com o

sistema francês PRICE de amortização, com a diferença de

que, durante os dois primeiros anos de amortização, as

prestações são 15% (quinze por cento) inferiores às da tabela

PRICE, para, decorrido o interregno, tomarem o valor normal e

(PIRES, 2004).

Sistema de amortização constante - SAC: o financiamento é

pago em prestações uniformemente decrescentes, sendo a

parcela de amortização constante e os juros decrescentes. Com

o pagamento da última parcela se anula o resíduo devedor

(PIRES, 2004).

Sistema de amortização misto - SAM : Introduzido no Sistema

Financeiro da Habitação a partir de julho de 1979, esta

modalidade apresenta características bastante semelhantes ao

SAC. A diferença básica entre os dois reside na apuração da

primeira prestação e da razão de decréscimo. A partir daí, todo

o desenvolvimento é exatamente igual ao SAC. A Primeira

prestação no SAM é obtida pela média aritmética dos valores

correspondentes à primeira prestação no SAC e na TP,

calculada para um financiamento nas mesmas condições, tanto

para o SAC quanto a TP. A razão de decréscimo é

82


correspondente à metade da que for encontrada para o SAC.

Conseqüentemente, o valor da prestação é variável mês a mês.

Este Sistema foi temporariamente abolido nos contratos de

financiamento a mutuários finais, assinados a partir de

novembro de 1984 (PIRES, 2004).

Mundialmente os métodos financeiros para a modalidade de empréstimos

consagram-se entre o modelo francês, que consiste em diluir uma taxa de juro

composta ao ano em todas as parcela por igual, que ganhou o nome de sistema PRICE

e o modelo norte americano que se baseia numa taxa de juro composto anual mas com

parcelas diferentes uma vez que se adianta a taxa de juro para um determinado período

a contratar, conhecido como período de carência para depois contemplar um período de

amortização, momento onde as parcelas começam a reduzir de valor por período,

conhecido como sistema SAC (sistema de amortização contínua) (MATIAS, GOMES

1994).

Referidos modelos financeiros normalmente aplicáveis em economias estáveis

a uma pequena taxa de juro anual, que na prática não acontece em países em

desenvolvimento, como por exemplo, o Brasil sugerem políticas externas e medidas de

controle para contratos.

A instabilidade econômica de um país em desenvolvimento delega uma política

financeira onde geralmente se confiam os riscos ao usuário final. No Brasil, atualmente

existem duas formas de transferir o risco ao cliente final: uma delas é deixar indexado o

valor da parcela a um parâmetro conversor como por exemplo a TR recomendada pelo

BC com fundamento de cálculo da FGV que quantifica o processo inflacionário. A outra

forma consiste em elevar a taxa financeira, hoje regulado pelo BC através do SELIC e

com certo nível de competitividade entre bancos.

A equação (3.38) original de Richard Price é o modelo básico do valor atual ou

das projeções dos pagamentos periódicos ao instante presente empatando com o valor

83


inicial principal, sua consistência e demonstração está em MATHIAS, GOMES (1994) p.

209.

� ��

n0

n

i 1+i V=PMT

1+1 -1 (3.38)

Onde,

i = taxa de juro composto no período tratado (%);

V0= Valor emprestado = Valor à vista – Entrada = Principal;

PMT = Valor da parcela periódica em moeda corrente;

n = número de períodos do empréstimo = número de parcelas;

A equação (3.39) está convenientemente montada projetando para o instante

presente os pagamentos periódicos de valor “Pi” contratados de um financiamento

qualquer descontados da economia periódica de energia elétrica “Ei” devido à utilização

de um sistema de aquecimento solar empatando o valor do investimento inicial pela

aquisição da tecnologia “V0”. A solução desta equação exponencial para a incógnita “i”

resulta na efetiva taxa periódica por um financiamento do equipamento termo solar

considerando a economia periódica que o mesmo traz por causa da redução do valor

da conta mensal de energia elétrica.

1 1 2 2 n n3 30n1 n2 n3 nn

P -E P -E P -EP -E+ + +......+ =V(1+i) (1+i) (1+i) (1+i)

(3.39)

Onde,

Pi = Pagamentos parcelados do sistema financeiro modelo PRICE de valor fixo;

Ei = Economia variável mensalmente na conta periódica de energia elétrica por conta

do sistema de aquecimento solar;

n = período;

i = Taxa de juro financeiro por período do contrato de financiamento;

84


V0 = Valor total financiado.

O maior problema da equação (3.39) está na abstração numérica do valor

variável de “Ei” em função de uma série de outras variáveis, como por exemplo, o nº de

habitantes por domicílio, o tempo de banho, o dimensionamento do aquecedor solar, o

desvio azimutal dos coletores solares, a inclinação dos mesmos, a migração para

consumo domiciliar inferior a 200 kWh/mês como descrito no sub capítulo 3.5. Contudo

existem equações simplificadoras como a (3.40) concebida por BEZERRA, (1990)

estima o tempo para recuperação do capital investido na tecnologia termo solar.

(n-1) -1(1,3 )

RCT = C (3.40)

Onde,

TRC = tempo de retorno do capital investido;

C = constante calculada em função dos seguintes valores: custo do sistema instalado,

fator de conversão de kWh para kcal (860), energia total transferida à água em kcal/dia,

custo do kWh de energia elétrica, número de dias ao ano (365). 1,3 juntamente com n

referem-se respectivamente ao percentual de aumento da tarifa de energia elétrica e a

número de vezes que se verifica o aumento da citada tarifa ao longo do tempo.

Quando se fala em juro simples, vale uma reta, daí o conceito original de juro

linear. Valem no juro simples a multiplicação e a divisão. Todavia quando se fala em

juro composto, vale uma curva exponencial, daí o conceito original de juro exponencial,

ou vulgarmente o termo “juro sobre juro” ao qual será realizada uma primeira

demonstração em conformidade com (MATHIAS, GOMES, 1994).

Seja um Capital inicial C0 submetido a um processo de capitalização a juro

composto durante “n” meses a uma taxa de qualquer valor numérico aqui representada

por “i” nos instantes de [0] a [n] como se simplificam um a um, passo a passo:

85


Instante [0] � [ C0 ];

Instante [1] � [ C0 + C0 i ] = [ C0 (1+ i) ];

Instante [2] � [ C0 (1+ i) ] (1+i) = [ C0 (1+ i)2 ]

Instante [3] � [ C0 (1+ i)2 ] (1+i) = [ C0 (1+ i)3 ]

.

.

. Instante [n-1] � [ C0 (1+ i)n-2 ] (1+i) = [ C0 (1+ i)n-1 ]

Instante [n] � [ C0 (1+ i)n-1 ] (1+i) = [ C0 (1+ i)n ]

O que demonstra a fórmula (1) do juro composto.

Cf = C0 (1+ i)n (3.41)

Onde, Cf é o capital montante produzido por C0 aplicado no tempo [n] a uma taxa

de juro composto “i” (MATHIAS, GOMES, 1994, p. 99);

Pode-se facilmente notar logo no instante [2] que se integra sobre o juro, o juro

do instante anterior [1] produzindo (1 + i )2, a esta especificidade vulgarmente se

denomina “juro sobre juro” ou simplesmente “juro composto” uma vez que o termo “i”

somado a 1 está elevado (exponenciado) a um número.

Observando a evolução anterior entre os instantes de [0] a [n] percebe-se a

presença de “n” sucessões de termos (1+i%) reincidindo sobre o montante anterior, fato

este, responsável pela exponenciação que dá entender que o juro incide sobre ele

mesmo, pois se considera o tempo todo “i%” remontado sobre o valor anterior, aqui

representado por “1” = 100% no interior do termo ( “1” + i%)”, motivo pelo qual se

exprime ao longo uma curva ao invés de uma reta. Este pequeno trocadilho numérico

tem gerado grande confusão em algumas perícias que sustentam erroneamente que o

termo (1+i%) equivale à consideração de juro simples no período calculado em planilha.

86


O seguinte exemplo numérico extraído de MATHIAS, GOMES (1994), Pg 98

explica ao final o motivo de existir uma grande preferência mundial das financiadoras

pela escolha do modelo de cobrança a juro exponencial (composto) do que linear

(simples), pois referida opção gera uma expectativa de lucro exponencial, contra uma

expectativa pouco interessante quando linear: “Seja um principal de $ 1.000,00 aplicado

à taxa de 20% a.a. (ao ano) por um período de 4 anos a juro simples e compostos”. Na

tabela 3.11 se ilustram os cálculos passo a passo.

TABELA 3.11. Diferença de cálculo montante entre juro simples e composto.

Juros simples Juros compostos

n Juro por período Montante Juro por período Montante

1 1.000,00 x 0,2 = 200 1.200,00 1.000,00 x 0,2 = 200,00 1.200,00

2 1.000,00 x 0,2 = 200 1.400,00 1.200,00 x 0,20 = 240,00 1.440,00

3 1.000,00 x 0,2 = 200 1.600,00 1.440,00 x 0,20 = 288,00 1.728,00

4 1.000,00 x 0,2 = 200 1.800,00 1.728,00 x 0,20 = 345,60 2.073,60

Verifica-se este valor usando a equação (1) Cf = C0 ( 1 + i )n

Cf = 1.000,00 ( 1 + 0,20 )5 = 2.073,60

Na figura 3.37 se mostra a conduta gráfica que denota uma tendência

exponencial (a juro composto) que obviamente é mais interessante para as

financiadoras e menos interessante para o cliente tomador do empréstimo.

87


800

1050

1300

1550

1800

2050

0 1 2 3 4

Períodos

Mon

tant

eJuros Simples Juros Compostos

FIGURA 3.37: Conduta do crescimento de um capital tratado a juro simples e composto.

O mesmo procedimento de cálculo para uma taxa de juros de 2% ao mês se

ilustra na figura 3.38 para 365 dias sobre um valor inicial unitário = 1.

FIGURA 3.38: Conduta do crescimento de um capital unitário tratado a juro

simples e composto com uma taxa de 2% ao mês em 365 dias.

88


O fluxo de caixa genérico dos pagamentos periódicos de uma dívida contraída a

juros, pode ser expressa pela figura 3.39.

FIGURA 3.39: Fluxo de caixa de dívida parcelada em “n” períodos.

É possível apurar o saldo devedor de uma dívida contraída a juro composto

pelo sistema PRICE, fazendo o cálculo a cada período através da equação (3.42).

� � x1xx R%i1SDSD �� (3.42)

onde;

SDx = Saldo devedor de um valor principal num instante qualquer “x”;

SDx-1 = Saldo devedor de um valor principal anterior ao instante “x”;

i% = taxa de juro composto para o período;

Rx = Pagamento de uma parcela no instante “x”.

A equação (3.42) serve para verificar qualquer arquitetura de financiamento,

bastando possuir o valor do pagamento periódico “P” mesmo que seja numericamente

variável e a data ou período em que se efetuou. Para financiamentos a acontecer,

contando que a economia vigente é instável, recomenda-se atualizar período a período

o saldo devedor anterior (SDx) juntamente com o pagamento periódico (Px) com um

mesmo indexador econômico.

89


Para verificações de financiamento acontecidos, contando que a economia

vigente é instável, recomenda-se a atualização período a período apenas do saldo

devedor vigente, que significa projetar período a período um valor que tem sua gênese

num instante inicial. Todavia isto não é necessário com os pagamentos periódicos que

já aconteceram, pois estes, de fato, ocorreram em vários instantes pontuais, não tendo

significado afetá-los por um indexador, pois não se projetam para nenhum outro

instante, salvo que de deseje, separadamente, trazer cada um deles para um instante

futuro específico.

Para o caso particular de pagamento fixo e constante, é possível aferir o saldo

devedor em qualquer instante pontual do financiamento através da equação (3.43)

( )x

xx 0

(1+ i) -1SD = V 1+ i - P

i (3.43)

Onde,

SDx = Saldo devedor de um valor principal num instante qualquer “x”.

V0 = Valor inicial emprestado.

i = taxa de juro composto para o período.

P = Pagamento de valor fixo e periódico.

x = período a saber o saldo.

Um sistema não anatocista, com amortização a juro simples demonstrado a partir

de uma progressão aritmética concebida originalmente por Karl Friederich Gauss é

dado através da equação (3.44), (NOGUEIRA, 2002 ).

��

��

��

2%i)1(n1n

)n%i(1CR 0

x (3.44)

Onde,

90


i% = taxa de juro simples;

Rx = Valor da parcela periódica;

C0 = Valor principal (ou inicial);

n = número de períodos;

O juro a se considerar por período deve ser ponderado e tem sua gênese numa

progressão aritmética. Este procedimento de amortização se representa período a

período pelo vetor indicado em (3.45) onde obviamente no instante inicial que se tomou

o empréstimo [0] não existe cobrança de juros.

0k(n - 0)k(n -1)k(n - 2)

Juro simples ponderado por período =k(n - 3)

. .k

(3.45)

Onde o valor constante de k é dado pela equação (3.46)

n)(n)CR(n2

k 20x

��

� (3.46)

Onde,

Rx = Valor da parcela periódica;

C0 = Valor principal (ou inicial);

n = número de períodos;

91


92

Chama-se de período de retorno de um investimento ou simplesmente pay-back,

ao tempo envolvido no curso produtivo desse investimento inicial de forma que se

recupere o valor inicialmente apostado, chamando a atenção que ao finalizar do período

de retorno de um investimento, se houver longevidade do processo produtivo ou

negócio, este oferece uma taxa interna de retorno caracterizando lucro (GITTMAN,

1997).

__________________________________________________________ Metodologia

4 METODOLOGIA

Optou-se por investigar e experimentar um reservatório de água quente fabricado

em compósito de fibra de vidro, como evolução do experimento realizado num projeto

piloto em sete edificações de baixa renda onde se aplicou esse material com sucesso,

observadas entre o ano de 2001 a 2002 na cidade de Americana São Paulo, cujos

resultados foram publicados por MONTEIRO, (2003), na revista nº 8 do ano III do CREA

SP em novembro de 2003 . Também ao pesquisar os modelos de distribuição da

irradiação solar para efeito de dimensionamento e verificação se criou uma rotina útil

aos projetistas, fabricantes e vendedores de sistemas termo solares consubstanciados

em exemplos práticos e comprobatórios, assim como se apresenta paralelamente um

plano financeiro modelado para uma melhor aceitação da tecnologia por parte da

iniciativa privada na ausência de subsídios e ainda sem prejuízo do banco credor.

Um sistema de aquecimento solar por termo sifão somente funcionará com

desempenho máximo se conciliar simultaneamente as seguintes condições:

�� Coletores solares abaixo do nível do tanque de água quente;

�� Adução de água fria preferencialmente em nível superior ao do tanque de

água quente;

�� Coletores solares inclinados em ângulo igual 90º menos a altura solar do

meio dia solar para o dia médio mensal da estação fria do ano na latitude

desejada;

�� Coletores solares preferencialmente sem desvio do Norte Geográfico

quando instalados no Hemisfério Sul;

�� Coletores solares preferencialmente ao lado do tanque de água quente;

93

__________________________________________________________ Metodologia

�� Tanque de água quente preferencialmente o mais próximo dos pontos de

consumo;

O planejamento urbano em cidades que cresceram desordenadamente somado

a uma série de regras de ocupação dos lotes e divisão da terra deixou imprevisível a

condição de contemplar um telhado que forneça condições de sustentar um coletor

solar plano sobre o telhado sem desvio do Norte Geográfico. Isto se pode comprovar

na figura 4.1 que ilustra uma área urbana da cidade de São Paulo com a posição do

Norte Geográfico.

FIGURA 4.1: Probabilidade de se ter um telhado orientado para o Norte Geográfico em região de São Paulo.

A iluminação natural de uma acomodação residencial deve ser prevista por

janela de área maior ou igual a um oitavo da área do piso do cômodo, e a metade

desse valor para a ventilação natural como se prescreve no item II do artigo 44 e 45 do

Código Sanitário do Estado de São Paulo que divulga a lei nº 10.083 de 23/9/1998

(VIEIRA, 2003); Todavia para conceber uma janela é preciso área livre e descoberta

94

__________________________________________________________ Metodologia

cuja legislação é prevista por cada município sobre a ocupação e uso do solo onde se

prescrevem dimensões mínimas para corredores externos, recuos frontais e taxa

máxima de ocupação do lote. Estas regras, sobrepostas ao escasso espaço em lotes

populares, definem como um paradigma, uma edificação geminada em meio lote de

terreno, como ilustra a Figura 4.2 onde predomina da frente aos fundos, ou pelo menos

em grande parte desse vão, um corredor livre com o papel de pátio para iluminação e

ventilação natural aos cômodos que se alinham.

FIGURA 4.2: Implantação geminada em lote urbano subdividido de duas

edificações.

Pensando nas escassas condições espaciais dos lotes e edificações urbanas

para acomodação de um aquecedor solar que agrupe todas as condições para um bom

desempenho adotou-se como hipótese a desagregação do sistema de aquecimento

95

__________________________________________________________ Metodologia

solar do corpo principal da edificação, aproveitando em parte o desenho dado a um

projeto de proliferação de aquecedores na cidade de São Manuel SP sob iniciativa da

empresa Soletrol em parceria com a CPFL em 1997 com tecnologia termo solar

metálica convencional como se ilustra na figura 4.3.

FIGURA 4.3: Aquecedor solar desagregado do telhado da residência Fonte: Cidade de São Manuel SP.

Todavia se defendem melhorias, que estabelecem hipótese para um novo

conceito de dimensionamento e instalação neste trabalho. São elas:

1. A reserva de água quente solar deve ser especificada apenas para o banho em

projetos de alcance social. Visto aos inúmeros fatores que impedem a disseminação

da tecnologia termo solar descritos na revisão bibliográfica desta tese, resulta

oneroso levar água quente a vários pontos de consumo de uma edificação modesta;

2. A reserva de água quente deve ser instalada ao lado do ponto de consumo junto ao

banheiro como se ilustra na figura 4.4. Quando isto não ocorre se promove o

desperdício da água potável, uma vez que o usuário ao esperar a chegada da água

aquecida com o registro de água quente aberto, normalmente envia para o ralo do

esgoto o volume de água contida na tubulação entre o tanque de água quente e o

ponto de consumo até dosar a temperatura de conforto;

96

__________________________________________________________ Metodologia

FIGURA 4.4: Fixação do aquecedor solar independente do telhado da edificação, proposto defronte do banheiro ou junto ao muro de divisa em alvenaria armada.

3. Coletores solares fixos têm desempenhos menores aos móveis, mas é possível

agregar um comando manual de interpolação periódica na orientação do coletor

como se ilustra na figura 4.5 com a finalidade de aumentar o desempenho numa

instalação desagregada do telhado;

FIGURA 4.5: Três graus de liberdade junto ao coletor solar em muro de divisa permitindo interpolação manual periódica na orientação.

97

__________________________________________________________ Metodologia

4. O melhor desempenho de um aquecedor solar com coletores planos fixos se dá por

conta da maior quantidade de horas anuais de exposição solar se dispostos sem

desvios superiores a 15º do Norte Geográfico (para o Hemisfério Sul).

Incorporou-se um suporte metálico (proposto também em alvenaria armada), pois

proporciona melhor acomodação e orientação do coletor solar e do reservatório de água

quente sem servir-se dos telhados, nem do corpo principal da edificação, uma vez que

estes últimos nem sempre conciliam satisfatoriamente as condições físicas para

promover o melhor desempenho do aproveitamento da energia solar local.

A proposta em alvenaria armada ilustrada à direita da Figura 4.4 e na figura 4.5

tem uma vantagem sobre as estruturas metálicas: não há oxidação nem necessidade

de manutenção periódica, além disso, os blocos de concreto podem ser fabricados a

partir de reciclagem, assim como o argamassado para o assentamento. A alvenaria

poder suportar no centro ao longo da altura um pequeno reservatório de captação de

água pluvial para fins de uso doméstico (lavagem de piso ou jardinagem).

Para o reservatório térmico foi substituído o tradicional processo de calandra

soldada ou solda com tocha de chapas de aço inoxidável ou de cobre pela união das

fibras de vidro com as resinas apropriadas que formam o “Plástico Reforçado com Fibra

de Vidro” (PRFV), ou simplesmente compósito de fiberglass. Foi selecionada a resina

isoftálica com neopentilglicol (NPG), pois esta mistura tem elevada resistência às

intempéries e também às temperaturas, apresentando deformações por volta dos

130ºC.

Justificativas desta escolha:

�� O custo da matéria prima é aproximadamente 45% mais em conta que o

inox;

�� As chapas de inox com espessura de 0,7mm AISI 304 para baixa pressão e

as de 1,5mm AISI 316L para alta pressão são facilmente contaminadas junto

aos processos de transporte, estocagem e manufatura, podendo terminar

98

__________________________________________________________ Metodologia

em processos de oxidação indesejáveis na operação com águas agressivas,

ao passo que o compósito escolhido em fibra de vidro não promove

processos eletrolíticos de oxidação;

�� A fibra escolhida tem elevada resistência mecânica e ao intemperismo,

suportando a radiação ultravioleta e infravermelha;

�� A resina escolhida para o compósito de fibra de vidro suporta água fervente,

embora não se atinja temperatura superior a 80ºC neste projeto;

�� O compósito escolhido suporta qualquer composição de água (dura ou

branda, ácida ou alcalina);

�� O compósito escolhido tem sua matéria prima base com uma emissão de

carbono menor que a matéria prima metálica em processo de siderurgia;

�� O compósito escolhido não desprende substâncias tóxicas na operação, no

anexo 2 se apresenta uma análise laboratorial da água depois de aquecida

e reservada no ambiente do material escolhido.

�� O processo de manufatura permite modelagem flexível, na forma

convencional cilíndrica do tipo de mercado ou melhorada em outras formas

que se venham adotar;

�� A manufatura pode ser humana ou mecanizada;

�� Ao contrário do inox, a fibra de vidro oferece grande versatilidade em

eventuais reparos na cápsula principal do tanque de água quente com custo

irrisório na matéria prima;

No anexo 2 se apresenta o exame toxicológico favorável ao final dado para o

compósito de fibra de vidro em armazenamento de água quente desde que escolhida a

mesma resina testada no corpo de prova.

Um dos três sistemas de aquecimento solar propostos desenvolveu-se em

fiberglass com demais sub-partes de mercado (coletor solar, mangueiras, conectores,

regulador de potência para chuveiro e registro misturador solar), conforme se ilustra na

Figura 4.6.

99

__________________________________________________________ Metodologia

FIGURA 4.6: Composições propostas para aquecimento solar domiciliar.

O tanque de água quente tem seu material, perfil interno e externo patenteado

por conta das seguintes inovações: a água fria entra no tanque em velocidade e vazão

diferente da saída de consumo, atrasando assim os processos indesejáveis de

resfriamento em condições de uso, assim como se dispõe de um sifão de entrada de ar

para o interior somente no instante do consumo, não deixando o ar da intempérie entrar

instantaneamente, também tem a presença de um material volumétrico e isolante,

flutuante e de menor densidade que a água que retarda o processo de resfriamento da

água. A entrada de água fria pode ser administrada em baixa ou alta pressão na quebra

da mesma por pequena e resistente bóia que permite num pequeno reservatório interno

a separação de apenas meio litro de água fria em pequena caixa isolada. O desenho é

empilhável, leve, e de menor custo de fabricação, com isso a relação custo/peso cai e

analogamente cai o custo logístico (BALLOU, 1993, p. 101).

A Figura 4.7 Apresenta um protótipo de prova com 150 litros com as

particularidades patenteadas (Compósito em fibra de vidro isolado, sifonamento na

entrada e saída de ar, entrada controlada de água fria em função do calor solar,

isolamento interno entre água e ar por material flutuante de menor densidade que a

água, entrada controlada de ar, habilitada para entrada em baixa ou alta pressão (40

mca), podendo ser assemelhada ou modificada em forma e volume).

100

__________________________________________________________ Metodologia

FIGURA 4.7: Modelo desenvolvido para a intempérie que viabiliza o transporte e a conservação de calor interno, conciliando baixo custo e durabilidade.

(perfil interno patenteado).

Para o coletor solar, adotou-se um desenho convencional da empresa

colaboradora com notável melhoria com relação aos coletores de mercado mediante

uma única chapa de alumínio como corpo absorvedor pintado de preto fosco com

vincos longitudinais na forma de ômega propiciando um perfeito ajuste com o vaso

comunicante de 6mm de cobre e se aproximando severamente por contato quando na

exposição solar a dilatação superficial da chapa fecha naturalmente a seção ômega.

FIGURA 4.8: Placa absorvedora em alumínio e vincos em ômega.

O isolamento em poliuretano e carenagem alternativo em menor custo com

galvalumem ou chapas industrializadas de reciclado provenientes da marca Tetra Pak

101

__________________________________________________________ Metodologia

ou similar com aplicação de fina camada de papel alumínio como impermeabilizante

fechados com vidro liso de 3mm, fibra cristal ou chapa de PET (ainda em testes), se

observa na próxima figura com detalhe do coletor solar sem a camada

impermeabilizante para efeito ilustrativo da textura da chapa obtida por reciclagem.

FIGURA 4.9: Caixa de coletor manufaturada de reciclado de embalagens.

Justificativas:

�� O elemento que recebe a irradiação solar e a transfere na forma de calor

para o tanque de água quente, deve suportar por longo tempo referida

função associado ao efeito estufa (caixa fechada com superfície

translúcida);

�� Alguns polímeros, como o polietileno e polipropileno têm-se mostrados

resistentes à exposição solar, mas não suportam sem deformar-se se

enclausurados numa caixa fechada com vidro, isto também ocorre com o

PVC comum adotado no ASBC de Woels. No inverno ou na presença do

vento, a intempérie funciona como refrigerador do coletor, caso este não

esteja munido de caixa fechada com superfície translúcida, por isto os

coletores solares desprovidos de caixa fechada com superfície translúcida

têm uma deficiência nas horas ou dias frios e na presença do vento, que

coincidentemente ocorrem na maior parte das vezes quando mais se

102

__________________________________________________________ Metodologia

demanda de água aquecida; Por outro lado os coletores de orientação fixa e

com vidros lisos, nem sempre estão normal à exposição solar, permitindo

em algumas horas do dia o indesejável fenômeno da refração solar sobre a

superfície translúcida, contudo se bem orientados na estação fria do ano são

mais eficientes que os coletores desprovidos de superfície translúcida;

�� O fechamento do coletor em material econômico como Galvalumem (liga de

galvanizado com alumínio) tem grande resistência à intempérie, pois referido

material se especifica em rufos e calhas com maior durabilidade que as

antigas chapas galvanizadas, oferecendo um acabamento apresentável sem

necessidade de pintura por um custo atrativo;

�� A chapa industrializada, prensada a quente de material reciclado do tipo

Tetra Pack ainda não provem do despejo doméstico e sim da própria

indústria desse material, mas num futuro próximo com o aprimoramento dos

processos de reciclagem e preparo promete ser um material adequado para

a construção seriada de coletores solares planos. No protótipo ilustrado na

figura 4.9 foram utilizados 7 kg de lixo para a construção da capa do coletor

solar.

Segundo PORTER (1998), existe grande vantagem competitiva quando se

conhece com profundidade o mercado e as quatro principais forças agressoras de um

novo produto: o cliente, o fornecedor, o concorrente e o produto assemelhado, o que

animou a empresa colaboradora a empreender paralelamente à rotina metálica uma

fabricação em compósito de fibra de vidro para o reservatório de água quente.

4.1 Teste de resfriamento de um corpo de prova em compósito de fibra de vidro

Uma forma de validação do protótipo experimental e do material escolhido é a

indagação do processo de resfriamento interno da água aquecida inicialmente pela

103

__________________________________________________________ Metodologia

irradiação solar após o poente solar suportando uma camada interna de ar, que

normalmente não ocorre em boiler afogado. Como o desenho patenteado previa a

colocação de uma manta térmica flutuante para retardar o processo de resfriamento de

forma intuitiva, este experimento foi realizado para avaliar se referida camada poderia

ser dispensada ou não do modelo proposto.

Foram colocadas dentro do reservatório de água aquecida esferas de

poliestireno expandido de 3cm de diâmetro até saturar a área superficial como se ilustra

na figura 4.10

FIGURA 4.10: Esferas flutuantes de poliestireno expandido.

As medições no interior do reservatório e a temperatura ambiente foram

realizadas por um módulo local com cinco sensores postos no interior do reservatório

mais um fora do mesmo, todos associados ao programa livre SITRAD® da Full Gauge

num micro-computador dedicado exclusivamente a esta operação. O local do

experimento foi na cidade de Mogi Guaçu SP Brasil, cuja latitude é de 22º 22' 20" Sul,

longitude de 46º 56' 32" Oeste e 591m de altitude no mês de Maio de 2007. A mesma

experiência fora realizada sem as esferas flutuantes nos meses de Outubro, Novembro,

Dezembro de 2006 e Janeiro de 2007 no mesmo local. O posicionamento dos sensores

no interior do reservatório para todas as medições se ilustra na figura 4.11.

104

__________________________________________________________ Metodologia

Para deixar a máxima quantidade de ar no interior do reservatório proposto em

condições de funcionamento passivo, regulou-se uma lâmina mínima de água para o

retorno do coletor solar, assim o volume experimental ficou com 101,47 litros de água

com um volume constante de ar interno de 0,078 m³.

FIGURA 4.11: Posicionamento dos sensores.

Na fotografia da figura 4.11, o sensor mais alto na realidade ficou como

ilustrado pelo perfil esquerdo, junto à intempérie associado à estação de medição nº 2.

A distribuição interna do perfil ilustrado na figura 4.11 foi dividida por duas estações

locais de medição: a estação 2 com três sensores: S1 para estimar a temperatura

média de 17,27 litros de água, S2 para estimar a temperatura média de 25,88 litros de

água e S3 colocado na intempérie para leitura da temperatura ambiente. A estação 1

com mais três sensores: S1 para estimar a temperatura média de 23,81 litros de água,

S2 para estimar a temperatura média de 21,83 litros de água e S3 para estimar a

temperatura média de 12,68 litros de água. Esta divisão volumétrica é conseqüência

das divisões de 4 em 4 cm na vertical e 1cm junto às extremidades.

105

__________________________________________________________ Metodologia

Na figura 4.12 se ilustram os registros das temperaturas de todos os sensores

entre as 9:00 Hs às 24:00 Hs para o dia 13/05/2007. No Apêndice 2 se apresenta os

demais dias da amostra escolhida para a experiência com esferas flutuantes.

FIGURA 4.12: Efeito gráfico da estratificação interna das temperaturas no

reservatório de prova e a temperatura ambiente em 13/05/2007 das 9:00 Hs às 24:00 Hs com esferas flutuantes.

Para uma análise numérica e posterior elaboração de um parâmetro de

comparação entre os experimentos realizados com e sem esferas flutuantes,

estabeleceu-se a temperatura interna média ponderada com os volumes de influência

de cada sensor, como detalhado anteriormente na figura 4.11, onde os volumes são os

pesos de ponderação como se mostra na equação (4.1).

106

__________________________________________________________ Metodologia

101,4712,68xEstST21,83xEstST23,81xEstST25,88xEstST17,27xEstST

TIP 1312112221 �� (4.1)

onde,

TIP = Temperatura interna média ponderada no reservatório experimental [ºC];

TS1 Est2 = Temperatura registrada pelo Sensor nº 1 da Estação nº 2 [ºC];





O mesmo dia ilustrado anteriormente com a distribuição de todos os sensores

simplifica-se graficamente na figura 4.13 que estabelece uma temperatura interna

média ponderada a cada hora na água contida no corpo de prova.

13/05/2007 - Temperatura Interna Média Ponderada x Temperatura Ambiente - com esferas flutuantes

15

17

19

21

23

25

27

29

31

33

35

37

39

41

43

45

47

49

51

53

55

57

59

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Hora

Tem

pera

tura

ºC

Temperatura Ambiente Temperatura Interna Média Ponderada

�T2

=38

,05

ºC

�T3

= 8

ºC

�T1 = 3

FIGURA 4.13: Simplificação gráfica proporcionada pela plotagem da temperatura interna média ponderada e a temperatura ambiente em 13/05/2007.

107

__________________________________________________________ Metodologia

No Apêndice 2 se apresentam os gráficos processados da amostra de sete dias

de medição para ambas experiências: com e sem esferas flutuantes.

Como o reservatório de prova foi desenhado para o banho noturno

preferencialmente observou-se o resfriamento interno entre as 18:00 Hs às 24:00 Hs

(horário civil), como se ilustra na figura anterior junto ao valor de 3,36 ºC designado por

�T1 para a variação da temperatura interna média ponderada e 5 ºC, designado por

�T3 como a variação da temperatura ambiente entre as 18:00 Hs às 24:00 Hs.

Designando-se ainda por �T2 a diferença de temperatura entre a média interna

ponderada e a temperatura na intempérie ambas à meia noite.

Com o intuito de aferir se a presença das esferas flutuantes representa um

melhoramento na conservação do calor interno da reserva de água proposta, criou-se

um índice adimensional, aqui representado pela equação 4.2.

Índice = �T2 / �T1 (4.2)

Para validar referido índice é importante perceber que quanto menor for o módulo

numérico de �T1 mais lento é o resfriamento entre as 18:00 Hs às 24:00 Hs, por outro

lado quanto maior for o valor numérico de �T2 melhor será a conservação de calor

interno no interior da reserva proposta com relação à intempérie. Ao se dividir �T2 por

�T1 com as considerações anteriores, pode-se concluir que quanto maior for o resultado

numérico desta divisão melhor será para o propósito desejado, ou seja, mais lento será

o processo de resfriamento interno no interior do reservatório proposto entre as 18:00

Hs à meia noite. Todavia poderia se indagar referido processo durante a madrugada,

mas em tese, para efeito comparativo, após o poente solar contando até as 24:00 Hs é

suficiente para classificar o desempenho entre dois experimentos. Defende-se que a

gênese do índice empregado independe de outras variáveis que ocorrem durante o dia

(irradiação solar, velocidade do vento, poluição atmosférica, etc), pois referido índice

108

__________________________________________________________ Metodologia

considera apenas a perda do calor após o poente solar em função da redução da

temperatura interna independentemente da quantidade de calor recebida durante o dia,

e sua correlação está em função da temperatura ambiente registrada à meia noite, é

dizer, que se houvesse um super aquecimento interno durante o dia ou não, verifica-se

tão somente a redução da temperatura interna ao anoitecer até a meia noite.

Na figura 4.14 se apresenta o gráfico da temperatura interna média ponderada

experimentado no dia 8/12/2006 sem as esferas flutuantes com as demarcações de

�T1, �T2 e �T3.

08/12/2006 - Temperatura Interna Média Ponderada x Temperatura Ambiente - sem esferas flutuantes

20

22

24

26

28

30

32

34

36

38

40

42

44

46

48

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Hora

Tem

pera

tura

ºC


�T1 = 3,34 ºC

FIGURA 4.14: Resultado da temperatura interna média ponderada

experimentado em 08/12/2006 sem as esferas flutuantes.

Com a finalidade de dimensionar uma amostra confiável para estimar um índice

médio de resfriamento conforme a equação (4.2) se tomou uma pré amostra de sete

�T2

= 19

,33

ºC

�T3 = 5 ºC

109

__________________________________________________________ Metodologia

índices calculados dos da experiência com as esferas flutuantes, ao qual resultou num

desvio padrão amostral de 0,916. Considerando um erro não superior a 1 para o índice

em questão e uma confiança de 95% que representa um t�/2 = 2,446 conforme a

distribuição de Student se calculou pela equação (4.3) (SILVA, et alli, 1995) uma

amostra confiável de 5 índices, portanto a pré amostra pode estimar o verdadeiro índice

médio com 95% de confiança e um erro não superior a 1.

2

a/ 2t sn =

(4.3)

Onde,

n = tamanho de uma amostra para inferir a verdadeira média;

t�/2 = valor de Student para a metade da significância;

S = desvio padrão amostral;

= erro arbitrado;

O resultado e discussão deste experimento sobre o resfriamento interno de uma

reserva de água aquecida está no capítulo 5.

4.2 Influência da anisotropia do céu no dimensionamento e verificação da área coletora solar para fins térmicos

As estações de medição da radiação solar na superfície terrestre medem séries

horárias, diárias, mensais, anuais até um determinado tempo, apresentando ao público

interessado uma compilação escrita ou gráfica na forma de irradiação solar global em

MJ/m² sobre um plano horizontal. Para considerar a quantidade de energia solar que

chega num plano inclinado (coletores) e conseqüentemente realizar um

dimensionamento ou verificação de uma área receptora solar, é preciso, como visto na

revisão bibliográfica, a consideração da qualidade da abóbada celeste com relação a

110

__________________________________________________________ Metodologia

uma isotropia ou anisotropia do céu e brilho do mesmo. Muitas vezes não há dados

sobre a irradiação solar em determinados locais, o que leva a definir um entre dois

critérios: adotar a informação da localidade mais próxima ou estimar a localidade em

função das equações apresentadas no Capítulo 3 deste trabalho.

A consideração da anisotropia celeste conduz a um complexo tratamento da

distribuição espacial da componente difusa que pode ser tratada com o programa livre,

RADIASOL (2003).

Ao arbitrar a qualidade do céu, é possível estimar com uma rotina simples a

irradiação solar global e suas componentes sobre um plano inclinado empregando o

modelo isotrópico. Para isso é necessário tomar um índice de transparência ou de

claridade atmosférica (KT), lembrando que valores de KT para dias claros situam-se por

volta de 0,75 ou mais, e para dias considerados nublados por volta de 0,40 ou menos

(LIU, JORDAM, 1960).

Ao dimensionar um sistema termo solar se devem desprezar dias chuvosos ou

de pouca claridade e suas respectivas irradiações. Assim sendo, um critério prático

para o solo brasileiro é classificar dias claros em três espécies: nublado, parcialmente

nublado e limpo. Na figura 4.15 se ilustra uma sugestão intuitiva para a classificação

visual do índice de claridade quando não se tem informação da irradiação solar local.

KT = 0,63 KT = 0,75 KT = 0,50

FIGURA 4.15: Sugestão prática para classificação visual do índice de transparência KT no Brasil.

111

__________________________________________________________ Metodologia

Contudo, independente da sugestão puramente intuitiva da figura 4.15, e ante

uma suposta crítica de um pesquisador, deve-se entender que a faixa de valores de KT

entre 0,5 a 0,75 estratifica dias de média a muita irradiação solar, e que podem ser

padronizados para uso estimativo dos projetistas, fabricantes e vendedores

padronizando cálculos para esses três valores ou das extremidades e assim estar

avaliando as áreas coletoras dos sistemas termo solares para condições médias e

máximas quando ocorre de fato a exposição solar.

No item 5.2 do Capítulo 5 se apresentam resultados para um exemplo onde se

arbitram estes índices de claridade para a coordenada geográfica de Campinas SP

supondo desconhecimento da irradiação solar local, assim como se comparam os

resultados finais para modelo isotrópico e anisotrópico do céu, em seguida se enuncia

um exemplo de verificação supondo a adoção de um número de coletores solares não

dimensionados pelo valor máximo e ao final se cruzam os resultados tendo como parte

da informação a irradiação solar do Atlas Solarimétrico do Brasil.

Ao substituir a equação (3.10) em (3.9) se estabelece a expressão (4.4) que

tem utilidade no momento de verificar a capacidade térmica de sistemas termo solares,

ou seja, se calcula o diferencial de temperatura que o sistema solar pode gerar dada

uma determinada irradiação solar, volume de água a aquecer e um rendimento

fornecido pelo fabricante, ou simplesmente arbitrado pelo bom senso. No Anexo 5 se

fornecem rendimentos de algumas marcas brasileiras sob a égide do INMETRO.

cT T T

TQ + Q volume c �T volume �T /860A = = =

� H � H � H�

c0,86 A � H�T =

volumeT (4.4)

Onde,

Ac = área coletora solar em m²;

Q = calor requerido no tanque em um dia em kWh/dia;

QT = calor perdido no tanque em um dia em kWh/dia;

= rendimento do coletor solar;

112

__________________________________________________________ Metodologia

HT = irradiação solar global no dia desejado sobre um plano inclinado em Wh/m² dia

�T = diferença de temperatura em ºC;

c = calor específico da água, aproximadamente igual a 1 kcal/kgºC posto que um litro de

água entre 4 a 80ºC tem aproximadamente 1 kg;

Volume de água em litros.

Com os dias médios mensais e as declinações solares citados na tabela 3.6 da

página 55, é possível determinar a irradiação solar extraterrestre de Janeiro a

Dezembro para uma média mensal num plano horizontal teórico no topo da atmosfera

em qualquer latitude do planeta Terra empregando a equação (3.22) citada na página

58, que se constitui como o denominador do primeiro membro da equação (3.24) citada

na página 59. Se por ventura se tem informe local sobre a irradiação solar global média

mensal na superfície terrestre se constitui o numerador do primeiro membro da equação

(3.24) citada na página 59 e se possibilita o cálculo médio mensal do índice de

transparência atmosférico para todos os meses do ano na localidade do informe. Este

procedimento leva aos índices de transparência atmosféricos mais fieis numa localidade

que tem informe por séries históricas, todavia se não há informe, vale o empirismo

arbitrado com um índice de transparência médio mensal de 0,5, como comprovam os

resultados obtidos no 5º capítulo desta tese.

4.3 Influência da variação do ângulo de inclinação do coletor solar

Ao desagregar o aquecedor solar do corpo da edificação para o corredor do lote

defronte ao banheiro preferencialmente alinhado ao muro de divisa, é possível como

ilustrado anteriormente na figura 4.5 agregar uma pequena estrutura metálica de

comando manual que permita um ajuste periódico de um ângulo mais adequado para

receber a componente solar direta no horário de pino solar considerando a rota

aparente do Sol em torno da Terra durante o ano, todavia não se espera que as

pessoas se habituem a uma disciplina diária, mas fica relativamente fácil uma

113

__________________________________________________________ Metodologia

prescrição angular para a estação mais fria do ano em função da latitude local ou uma

para cada mês do ano com a expectativa de deixar essa possibilidade para um melhor

aproveitamento da radiação solar.

Para obras brasileiras de alcance social se descarta nos dias atuais um

servomecanismo automatizado para rastear a componente direta do sol por conta do

orçamento total desse subsistema agregado ao equipamento. A estrutura metálica que

segura um único coletor solar de até 2m² como o da figura 4.5 apresentou um custo

fabril de U$ 90,00 em baixa escala de produção (apenas duas peças). Supostamente

uma fabricação seriada e flexibilizada para um kit iria definir um custo menor.

Foi construída uma planilha eletrônica para o cálculo da irradiação solar média

mensal sobre planos inclinados consubstanciada no modelo de céu isotrópico por conta

da elevada freqüência média mensal brasileira de um índice de transparência

atmosférico por volta de 0,50 que em conformidade com a revisão bibliográfica modela

a quantidade de irradiação solar global sobre plano inclinado bastante assemelhado

que a consideração isotrópica de KLUCHER (1979).

No capítulo 5 se enuncia uma situação típica de dimensionamento para

aquecedor solar na cidade de Campinas SP e se modela à solução sob o aval da

revisão bibliográfica com o intuito de selecionar a melhor inclinação para os coletores

solares com relação ao plano horizontal. Apresentam-se os resultados da irradiação

solar global média mensal sobre um plano inclinado com a variação de � para todos os

meses do ano na latitude de Campinas SP para aferir a prescrição de norma e os

catálogos dos fabricantes assim como a prática abusiva de simplesmente colocar sobre

o telhado a bateria de coletores solares com a mesma inclinação da telha contra a

proposta de um único coletor solar passível de interpolação mensal para �. Após a

discussão se fazem recomendações para projetistas, fabricantes e vendedores da

tecnologia termo solar.

Defende-se em função da revisão bibliográfica como sendo o melhor ângulo

médio mensal para inclinação dos coletores solares planos, o ângulo correspondente à

114

__________________________________________________________ Metodologia

diferença de 90º com a altura solar (�) para os meios dias solares, calculados nos dias

médios mensais apresentados na tabela 3.6 da página 55. A altura solar �, pode ser

vista na figura 3.28 da página 65 e pode ser determinado para o meio dia solar fazendo

90º - �Z.

4.4 Norte Geográfico e Norte Magnético

Nos procedimentos de estimação da irradiação solar global sobre plano

inclinado, um dos dados fundamentais é o desvio azimutal do eixo do coletor solar

plano com relação ao Norte Geográfico, sabe-se que o ideal no Hemisfério Sul é a

orientação para o Norte Geográfico onde referido azimute é igual a zero, contudo para

efeito de verificação ou de implantação de coletores em locais já construídos o

importante é a medição do azimute local. Ocorre que ao se medir o azimute do eixo do

coletor solar com relação à medida horária dada por uma bússola comum munida de

mira, está-se tomando a leitura do azimute com relação ao Norte magnético da bússola

e não ao Norte Verdadeiro ou Geográfico. Por isso convém acrescer ao azimute

magnético o valor da declinação magnética, dada pela equação (4.5) (FROTA, 2004) .

DM = Cig (ano – 2000 + fa) Cip/60 (4.5)

Onde,

DM= declinação magnética;

Cig = dado obtido pelas cartas magnéticas do tipo isogónicas em graus;

Cip= dado obtido pelas cartas magnéticas do tipo isopónicas em minutos;

fa = fração do ano, que pode ser tirado da tabela 4.1

115

__________________________________________________________ Metodologia

TABELA 4.1: Fração de ano fa

Data fa 1º de Janeiro a 19 de Janeiro 0,0 20 de Janeiro a 24 de Fevereiro 0,1 25 de Fevereiro a 1º de Abril 0,2 2 de Abril a 7 de Maio 0,3 8 de Maio a 13 de Junho 0,4 14 de Junho a 19 de Julho 0,5 20 de Julho a 25 de Agosto 0,6 26 de Agosto a 30 de Setembro 0,7 1º de Outubro a 6 de Novembro 0,8 7 de Novembro a 12 de Dezembro 0,9 13 de Dezembro a 31 de Dezembro 1,0

4.5 Cálculo do pay-back

Ante o complexo modelo que retrate a cultura de uso e de carga elétrica de

consumo das edificações da classe média ou inferior, se lançam como metodologia

duas formas simplificadas para estimar o período de retorno do investimento da

tecnologia termo solar, aqui chamada de pay-back.

Método 1: Indexa-se o valor do investimento inicial em equivalência de kWh de

eletricidade assumindo a tarifa e política tributária da ocasião. Em seguida se projeta o

calor médio mensal do equipamento com base à localidade (irradiação solar sobre

plano inclinado), rendimento do equipamento e as equações pesquisadas neste

trabalho, produzindo um acúmulo de calor solar a cada mês e que no atingir valor igual

ou ligeiramente superior à equivalência do investimento inicial se registra o tempo

decorrido e conseqüentemente o pay-back da aquisição tecnológica. Para tal se

formulam sobre duas possíveis políticas de hoje: a cobrança de 12% ou 25% de

alíquota, como se ilustram nas seguintes equações.

116

__________________________________________________________ Metodologia

0

EE

VVET[kWh] = T

(1- A)

(4.6)

Onde,

VET = Valor equivalente da tecnologia termo solar em kWh;

V0 = Valor total do investimento inicial em moeda corrente;

TEE = Tarifa do kWh de energia elétrica em moeda corrente;

A= alíquota 12% ou 25%;

payback=nVETQn

1i=i (4.7)

Onde,

Qi = Calor acumulado da produção termo solar em kWh;

n = mês onde se realiza o pay-back;

Método 2: Fazem-se valer as mesmas equações (4.6) e (4.7), porém se arbitra

o calor Qi como sendo a carga inibida do chuveiro elétrico em kWh em conseqüência da

operação de um sistema termo solar. Ante esta consideração, se expõe um estudo

realizado sobre a cultura de uso do chuveiro elétrico.

Em 2001 foi selecionado um bairro periférico na cidade Americana, SP, Brasil (a

28 Km de Campinas), constituído por 700 unidades residenciais de baixa renda, do qual

foi obtida uma amostra com 80 residências, número suficiente para inferir a média das

respostas considerando-se 95% de confiança. Foi investigado, através de um

questionário, o tempo médio de duração do banho noturno, o número de habitantes por

domicílio, e a cultura de uso do chaveamento da potência elétrica junto ao chuveiro ao

longo do ano. Verificou-se que a densidade média por habitação oscila entre 5 a 6

habitantes por domicílio com uso do chuveiro elétrico no banho noturno entre 8 a 10

117

__________________________________________________________ Metodologia

minutos de duração per capita, onde se deduz um gasto médio anual compreendido

entre 817 a 1225 kWh somente junto ao uso do chuveiro elétrico no banho noturno com

uso de 5400 W para a estação fria e 3200 W para a estação quente, como se ilustra na

compilação gráfica dessa pesquisa na Figura 4.16.

FIGURA 4.16: Consumo médio anual junto ao chuveiro elétrico no banho noturno por tempo médio de utilização em função da população domiciliar.

Percebeu-se nessas edificações que quando a densidade demográfica por

moradia era maior ou pelo menos igual a 5 habitantes, a residência consumia na maior

parte dos casos acima de 200 kWh/mês, caindo na alíquota de 25% junto à cobrança

da energia elétrica. Nestes casos a presença do aquecedor contribui para alcançar um

consumo menor ou pelo menos igual a 200 kWh/mês promovendo a migração para a

alíquota de 12% e desta forma trazendo um encurtamento do pay-back do

equipamento.

No capítulo 5 se apresentam resultados de várias comparações entre tecnologias

termo solares e o cálculo estimativo do pay-back considerando a metodologia aqui

apresentada e a devida discussão.

118

__________________________________________________________ Metodologia

4.6 Modelo sustentável para financiamento da tecnologia termo solar

Considerando a revisão de matemática financeira apresentada antes, se coloca

o paradoxo dos bancos por insistirem mundialmente em adotar juros compostos para

seus clientes no caso de empréstimos de longa duração visto comprovada atratividade

com expressivos ganhos sob elenco do tempo aliado à exponenciação matemática,

mas o trabalhador e assalariado que usa com freqüência esse tipo de carta de crédito

hoje têm sua vida dilacerada economicamente por conta da insustentável disparidade

entre uma receita linear e um crescente nível de endividamento exponencial privando-

se de prosperar, ao igual explicado por GOLDEMBERG ( 1987 ) com relação a um país

que sofre eterno processo de desenvolvimento pela transferência do capital aos países

mais abastados que também são os credores que implantam uma taxa de juro

exponencial e insustentável para um pais de produção linear, fazendo com que este

último esteja num processo de desenvolvimento sem fim.

Buscando um modelo sustentável entre devedor, credor e a capacidade linear

do primeiro, se lança como proposta um plano de juro simples em conformidade com a

teoria de Gauss, explicada na revisão bibliográfica, considerando a diferença entre a

exponenciação como um investimento fidedigno em marketing sócio-ambiental na

prospecção e conservação de clientes e usuários.

Todavia o benefício por créditos de carbono somente se aplique hoje a

empresas que de fato produzem carbonização do ambiente, num futuro próximo poderá

existir a inclusão da organização que contribua indiretamente com a descarbonização,

nesse instante o credor poderia se beneficiar de referidos créditos.

No capítulo 5 se mostra resultado de financiamentos formulados com esta

política linear e se define numericamente a diferença como instrumento de

apresentação aos bancos credores para efeito de adoção desta importante teoria

favorável ao desenvolvimento sustentável.

119

__________________________________________________________ Metodologia

120

________________________________________________________________ Resultados e Discussão

5 RESULTADOS E DISCUSSÃO

5.1 Processo de resfriamento do reservatório térmico em compósito de fibra de vidro

Na tabela 5.1 se apresentam os índices obtidos pela equação (4.2) com

estatística descritiva e indutiva.

TABELA 5.1: Resultados diferenciais entre os índices de resfriamento para as duas experiências realizadas.

121


O índice calculado pela equação (4.2) mostrou sempre um valor numérico

superior no mínimo dobrado para o experimento com as esferas flutuantes,

demonstrando experimentalmente que esse material flutuante atua realmente como

retardador do processo de resfriamento da reserva de água na presença de uma lâmina

interna de ar, que a priori pode ser substituído por outro material mais apropriado para

permanecer flutuante, como por exemplo, esferas de polietileno com ou sem núcleo de

ar.

A remoção de uma barreira mecânica flutuante no reservatório de água quente

habilita e estimula a construção de reservatórios térmicos afogados, como os boilers

convencionais na forma de cápsula ou outras formas que se desenvolvam para

trabalharem afogados (sem a presença do ar) ou também não afogados, como nas

condições deste experimento. Se bem dimensionada a espessura do compósito o

mesmo pode atuar em boilers afogados para alta pressão.

A parede interna do reservatório experimentado que fica em contato com a água

quente mostrou pequenas bolhas do verniz de acabamento, determinando que não há

necessidade desta película de acabamento no interior, mas ao propor o compósito e

sua resina isoftálica especial em contato com a água quente obrigou um teste

laboratorial para averiguar uma provável contaminação da água pelo compósito na

especificidade da utilização da água aquecida no interior, assim sendo se procedeu a

uma única amostra do compósito selecionado que se manteve em contato por um dia

com água a 90ºC cuja amostra de água foi examinada por laboratório idôneo da região

e o resultado favorável se apresenta no Anexo 2.

A elevada resistência do material experimentado junto a um processo de redução

de custos de matéria prima e manufatura na ordem de 45% estimulou a empresa

colaboradora para a montagem de uma linha fabril de boilers e outras formas

melhoradas com a utilização do compósito de fibra de vidro reforçado com NPG e

resina isoftálica, inclusive estendidas para a caixa que abriga o coletor solar com

variações da resina.

122


5.2 Resultados e discussão sobre a influência da anisotropia no dimensionamento e aferimento de uma área coletora solar inclinada

Exemplo 1: Para a latitude de Campinas SP 22,88º Sul, dimensionar a área

coletora solar para elevar em 35 ºC a temperatura da água de um tanque de 400 litros

devidamente isolado considerando o aproveitamento da irradiação solar global sobre os

coletores inclinados a 23º com relação ao plano horizontal com um desvio azimutal de

10º para Oeste, ou seja, com um desvio azimutal horário de 350º com relação ao Norte

Verdadeiro, arbitrando um albedo de 0,2 e um rendimento de 50% para os coletores

solares. Supondo não haver informações locais sobre irradiação solar, considerar os

índices de transparência (claridade) atmosférica de 0,5; 0,63 e 0,75, para os dias

médios de Janeiro, Março, Maio, Junho, Julho, Setembro e Outubro. Ao final calcular o

número de coletores solares manufaturados com área unitária de 1,72 m² para cada

data.

Para resolver este exemplo foi empregada a equação (3.9) com as devidas

conversões de unidades e o valor de HT fora retirado dos modelos isotrópico e

anisotrópico com as informações fornecidas aos programas livres Radiac 2.1 e Radiasol

respectivamente. Contudo se realiza a primeira linha de cálculo para o modelo

isotrópico apenas para efeito didático. Os resultados totais se mostram na tabela 5.2

Tc H�

Q+Q=A

T

2c

400 1 35 /860A = =5,94m5482

0,51000

x x

x � 5,94/1,72 = 3,5 / 4 coletores solares de 1,72m²

O Radiac 2.1 convenciona 0º para orientação Sul e 180º para orientação Norte,

com esta convenção é necessário informar 190º para o azimute do Exemplo 1. O

123


software Radiasol tem uma interfase gráfica mais amigável por meio de um transferidor

angular para o ângulo de inclinação e outra para o azimute.

TABELA 5.2: Solução do Exemplo 1 com auxílio de software livre e comparação entre isotropia e anisotropia do céu.

Nº de Nº Nº de Nº coletores inteiro coletores inteiro

solares de solares dData KT [Wh/m² dia] Ac [m²] de 1,72m² coletores [Wh/m² dia]

e Ac [m²] de 1,72m² coletores

17 0,50 5482,00 5,94 3,5 4 5677,00 5,74 3,3 4de 0,63 6727,00 4,84 2,8 3 6960,00 4,68 2,7 3

Janeiro 0,75 7810,00 4,17 2,4 3 8075,00 4,03 2,3 316 0,50 5112,00 6,37 3,7 4 5223,00 6,23 3,6 4de 0,63 6595,00 4,94 2,9 3 6724,00 4,84 2,8 3

Março 0,75 8020,00 4,06 2,4 3 8022,00 4,06 2,4 315 0,50 4115,00 7,91 4,6 5 4121,00 7,90 4,6 5de 0,63 5630,00 5,78 3,4 4 5534,00 5,88 3,4 4

Maio 0,75 7191,00 4,53 2,6 3 6715,00 4,85 2,8 311 0,50 3858,00 8,44 4,9 5 3925,00 8,30 4,8 5de 0,63 5359,00 6,08 3,5 4 5280,00 6,17 3,6 4

Junho 0,75 6927,00 4,7 2,7 3 6398,00 5,09 3,0 317 0,50 3961,00 8,22 4,8 5 3982,00 8,18 4,8 5de 0,63 5469,00 5,95 3,5 4 5300,00 6,14 3,6 4

Julho 0,75 7035,00 4,63 2,7 3 6536,00 4,98 2,9 315 0,50 4908,00 6,63 3,9 4 4949,00 6,58 3,8 4de 0,63 6424,00 5,07 2,9 3 6454,00 5,04 2,9 3

Setembro 0,75 7910,00 4,12 2,4 3 7625,00 4,27 2,5 314 0,50 5457,00 5,97 3,5 4 5535,00 5,88 3,4 4de 0,63 6751,00 4,82 2,8 3 6886,00 4,73 2,8 3

Novembro 0,75 7899,00 4,12 2,4 3 8060,00 4,04 2,3 3

CÉU ISOTRÓPICO CÉU ANISOTRÓPICOProduzido

por Radiac 2.1céu isotrópico

Produzidopor Radiasol

céu anisotrópico

Para a qualidade de dia com 0,5 $ KT $ 0,75 e uma manufatura de 1,72m² de

coletor solar unitário a isotropia oferece o mesmo resultado da anisotropia no instante

de aproximar a área coletora para um número inteiro de coletores solares. Isto

comprova que é possível estabelecer uma rotina para dimensionamento e verificação

de aquecedores solares com expectativas médias mensais para 0,5 $ KT $ 0,75 para

todos os dias médios dos meses do ano, oferecendo ao projetista, fabricante e

vendedor uma ferramenta poderosa e honesta para o dimensionamento de sistemas

termo solares. Os resultados apresentados na tabela 5.2 atendem coerentemente a

124


cidade de Campinas SP, mas a escolha final do número de coletores fica por conta do

orçamento do cliente, porém se adotados 5 unidades de 1,72m² referida bateria terá

capacidade de incrementar 35ºC na estação fria do ano desde que haja um dia

ensolarado com a qualidade mínima de 0,5 para o coeficiente de claridade.

Exemplo 2 - Para o dados do exemplo 1, supondo que tivesse sido instalada

uma área coletora solar composta por 4 unidades manufaturadas em 1,22 m² de área

unitária, certificados com 50% de rendimento, calcular o incremento possível de

temperatura �T em ºC no interior do reservatório de água quente após um dia de

exposição solar, considerando os mesmos dias da tabela 2 e um índice de

transparência médio de 0,5 e máximo de 0,75 para dias claros.

Para resolver este exemplo foi empregada a equação (4.4) com as devidas

conversões de unidades e o valor de HT fora retirado dos modelos isotrópico e

anisotrópico com as informações dadas através aos programas livres Radiac 2.1 e

Radiasol respectivamente. Contudo se realiza a primeira linha de cálculo para o

modelo isotrópico apenas para efeito didático. Os resultados totais se mostram na

tabela 5.3.

c0,86 A � H�T =

volumeT � �T = 0,86 (4 x 1,22) 0,50 5482 / 400 = 28,76ºC

O Radiac 2.1 convenciona 0º para orientação Sul e 180º para orientação Norte,

com esta convenção é necessário informar 190º para o azimute do Exemplo 2. O

software Radiasol tem uma interfase gráfica mais amigável por meio de um transferidor

angular para o ângulo de inclinação e outra para o azimute.

125


TABELA 5.3: Solução do Exemplo 2 com auxílio de software livre e comparação entre isotropia e anisotropia do céu.

Data KT [Wh/m² dia] �� [ºC] [Wh/m² dia] �01 [ºC] �02��01

17 de 0,5 5482 28,76 5677 29,78 -1,02Janeiro 0,75 7810 40,97 8075 42,36 -1,3916 de 0,5 5112 26,82 5223 27,40 -0,58Março 0,75 8020 42,07 8022 42,08 -0,0115 de 0,5 4115 21,59 4121 21,62 -0,03Maio 0,75 7191 37,72 6715 35,23 2,4911 de 0,5 3858 20,24 3925 20,59 -0,35Junho 0,75 6927 36,34 6398 33,56 2,7817 de 0,5 3961 20,78 3982 20,89 -0,11Julho 0,75 7035 36,91 6536 34,29 2,6215 de 0,5 4908 25,75 4949 25,96 -0,21

Setembro 0,75 7910 41,50 7625 40,00 1,5014 de 0,5 5457 28,63 5535 29,04 -0,41

Novembro 0,75 7899 41,44 8060 42,28 -0,84

Céu AnisotrópicoProduzido por

RadiasolRadiac 2.1Produzido por Céu Isotrópico

Esta tabela estimula a adoção do modelo isotrópico para dimensionamento e

verificação de sistema termo solar domiciliar no Brasil, por conta das seguintes razões:

�� Nos dois exemplos anteriores se comprova a teoria revisada no capítulo 3 onde se

faz referência junto à pagina 54 que o modelo de céu anisotrópico melhorado por

KLUCHER (1979) produz resultados muito parecidos ao modelo isotrópico de LIU,

JORDAM (1960) quando se toma um dia parcialmente nublado, pois nesta qualidade

de dia existe uma menor influência do brilho circumsolar e do brilho do horizonte.

�� Quando arbitrado um índice de transparência atmosférico de 0,5 se caracteriza um

dia parcialmente nublado como ilustrado antes na figura 3.36 da revisão bibliográfica

(p. 78).

�� As linhas demarcadas nas Tabelas 5.2 e 5.3 com KT = 0,5 apresentam em ambos

modelos uma irradiação solar muito próxima e conseqüentemente um �T parecido,

com diferenças numéricas desprezíveis.

�� O tratamento isotrópico para o julgamento médio mensal arbitrado por KT de 0,5

incorpora ao longo de um mês também em parte, dias claros, parcialmente

126


nublados, fechados e chuvosos, ou seja, é um valor central que qualifica bem a

média mensal brasileira de Norte a Sul, como antes mostrado na tabela 3.10 (p. 77)

da revisão bibliográfica com base ao Atlas Solarimétrico do Brasil;

�� Uma distribuição isotrópica para planos inclinados pode ser facilmente reproduzida

numa planilha eletrônica para qualquer coordenada geográfica brasileira e

representar uma poderosa ferramenta para o dimensionamento e aferimento de

sistemas termo solares residenciais permitindo uma avaliação mensal e anual do

desempenho de um projeto novo ou a verificação de uma instalação já realizada e

assim contribuir para segmentar a tecnologia termo solar no universo acadêmico,

fabril e comercial sob a égide da boa engenharia, arbitrando-se um KT de 0,5 para

estimar a média mensal e entre 0,7 a 0,75 para expressar o máximo desempenho

de sistemas de aquecimento solar em dias limpos e radiantes.

Exemplo 3 – Resolver os exemplos anteriores para o KT da Cidade de Campinas

SP, contando com dados da irradiação solar do Atlas Solarimétrico do Brasil e

aplicações das equações (3.22) (3.24) e da tabela 3.6 citadas na revisão bibliográfica.

TABELA 5.4: Cálculo do KT de Campinas SP com a aproximação da equação de Ängstrom e de informe do Atlas Solarimétrico do Brasil.

127


Conforme (TIBA, 2000) a 10ª coluna da tabela 5.4 correspondem às médias de

séries históricas na cidade de Campinas SP entre 1956 a 1965, a insolação foi

realizada por heliógrafo e a radiação por actinógrafo.

Na tabela 5.5 se ilustram os resultados do problema de dimensionamento da

área coletora solar com a consideração do índice de claridade atmosférico da cidade de

Campinas SP fidelizados com a equação de Ängstrom e informe do Atlas Solarimétrico

do Brasil junto à 11ª coluna da tabela 5.4.

TABELA 5.5: Resultados do Exemplo 1 com KT produzido por informação do Atlas Solarimétrico do Brasil , auxílio de software livre e comparação entre

isotropia e anisotropia do céu.

Nº de Nº Nº de Nº coletores inteiro coletores inteiro

solares de solares dData KT [Wh/m² dia] Ac [m²] de 1,72m² coletores [Wh/m² dia]

e Ac [m²] de 1,72m² coletores

17de 0,53 5776,00 5,64 3,3 4 5946,00 5,48 3,2 4

Janeiro16de 0,55 5675,00 5,74 3,3 4 5815,00 5,60 3,3 4

Março15de 0,62 5507,00 5,91 3,4 4 5532,00 5,89 3,4 4

Maio11de 0,61 5115,00 6,37 3,7 4 5114,00 6,37 3,7 4

Junho17de 0,63 5469,00 5,95 3,5 4 5299,00 6,14 3,6 4

Julho15de 0,50 4908,00 6,63 3,9 4 4950,00 6,58 3,8 4

Setembro14de 0,55 5961,00 5,46 3,2 4 6091,00 5,35 3,1 4

Novembro

por Radiac 2.1 por Radiasolcéu isotrópico céu anisotrópico

CÉU ISOTRÓPICO CÉU ANISOTRÓPICOProduzido Produzido

128


Novamente se confirmam as diferenças insignificantes entre a consideração da

isotropia e anisotropia do céu no instante de arredondar um número inteiro de coletores

solares do padrão unitário de 1,72m². Contudo resta a dúvida ao se adotar uma área

coletora diferente, por isso, na seqüência está a resolução do aferimento de uma

composição de 4 coletores planos de 1,22m² por unidade, mas com a consideração dos

valores de KT fidelizados a partir do Atlas Solarimétrico do Brasil para a cidade de

Campinas SP, apresentados na Tabela 5.4.

TABELA 5.6: Aferimento de uma área coletora solar plana de 4,88m² com índices de claridade atmosférica médios mensais da cidade de Campinas SP , auxílio de

programa livre e comparação entre isotropia e anisotropia do céu.

Data KT [Wh/m² dia] �� [ºC] [Wh/m² dia] �01 [ºC] �02��01

17 deJaneiro16 de Março15 de Maio11 de Junho17 de Julho15 de

Setembro14 de

Novembro 31,95 -0,680,55 5961,00 31,27 6091,00

25,97 -0,22

0,63 5469,00

0,50 4908,00 25,75 4950,00

28,69 5299,00

29,02 -0,13

26,83 0,01

27,80 0,89

0,61 5115,00 26,83 5114,00

0,62 5507,00 28,89 5532,00

-0,89

0,55 5675,00 29,77 5815,00 30,51 -0,73

Radiac 2.1 Radiasol

0,53 5776,00 30,30 5946,00 31,19

Céu Isotrópico Céu AnisotrópicoProduzido por Produzido por

A isotropia ou anisotropia do céu resulta em diferença inferior a 1ºC para

apreciação do �T com os dados do problema 3. Na prática termo solar brasileira

(projeto, venda e comércio) não é preciso considerar a anisotropia do céu a título de

simplificação e praticidade (RÍSPOLI, MARIOTONI, 2007).

129


5.3 Resultados e discussão sobre a influência da variação periódica do ângulo de inclinação dos coletores solares planos

Para estabelecer um parâmetro de discussão sobre a viabilidade de estar ou

não variando periodicamente a inclinação do coletor solar com relação ao plano

horizontal (�), segue na seqüência uma bateria de resultados para os seguintes dados:

Localidade: Campinas SP;

Latitude: 22,88º Sul;

Volume de água quente: 200 litros;

Área coletora solar: 2m²

Desempenho do coletor: 50%

Orientação: Norte � sem desvio azimutal;

Albedo: 0,20

KT: Calculado a partir do Atlas Solarimétrico do Brasil conforme tabela 5.4;

A tabela 5.7 apresenta o �T provável na reserva de 200 litros de água

aquecida, considerando a irradiação solar global, média mensal estimada sobre um

plano fixo inclinado em 17º orientado para o Norte Geográfico. As componentes direta,

difusa, refletida e global da irradiação solar e demais parâmetros de cálculo foram

produzidos para um céu isotrópico através de uma planilha eletrônica que tem o aval da

revisão bibliográfica do capítulo 3 deste trabalho. O ângulo de inclinação de 17º

corresponde à inclinação de 30% praticado no assentamento de telhas comuns de

barro.

130


TABELA 5.7: Diferença de temperatura média provável em 200 litros de água por trabalho diário de um coletor solar plano de 2m² instalado com 17º de inclinação

e orientado para o Norte Geográfico em Campinas SP.

Azimute �0 Direta Difusa Refletida Global

Més dia K T ßº horário ºC (Wh/m²) (Wh/m²) (Wh/m²) (Wh/m²) Janeiro 17 0,53 17 0 25,4 2325,69 3561,41 27,13 5914,23

vereiro 16 0,51 17 0 23,9 2046,31 3478,66 24,78 5549,74Março 16 0,55 17 0 24,8 2762,36 2978,92 24,73 5766,01 Abril 15 0,59 17 0 24,4 3282,36 2361,65 22,73 5666,74 Maio 15 0,62 17 0 23,0 3469,41 1869,15 20,00 5358,56 Junho 11 0,61 17 0 21,4 3227,56 1726,28 17,99 4971,83 Julho 17 0,63 17 0 23,1 3647,40 1694,47 19,47 5361,33

Agosto 16 0,63 17 0 25,3 3869,06 1988,26 22,67 5879,99tembro 15 0,50 17 0 21,6 1983,30 3008,57 21,31 5013,19

Outubro 15 0,50 17 0 23,3 1987,64 3403,04 23,93 5414,60vembro 14 0,55 17 0 26,6 2762,41 3388,79 28,24 6179,43zembro 10 0,53 17 0 25,8 2411,67 3563,20 27,76 6002,63

Irradiação solar no plano inclinado

Fe

Se

NoDe

Na tabela 5.8 se repetem os cálculos para um ângulo de inclinação de 23º no

coletor solar, respeitando à prescrição da extinta1 NR 12269 de 1992, junto ao item 5.2

que diz: “Os coletores solares são instalados com ângulo de inclinação predeterminado.

Em instalações unifamiliares, este ângulo pode ser igual ao da latitude do local. Nos

sistemas termossifão, qualquer que seja a latitude, não deve ser utilizada uma

inclinação inferior a 10º”.

1 Substituída pela ABNT/CB-55 Projeto 55:003.01-002 que entrou em vigor em Janeiro de 2008.

131




Azimute �0 Direta Difusa Refletida Global

Més dia K T ßº horário ºC (Wh/m²) (Wh/m²) (Wh/m²) (Wh/m²) Janeiro 17 0,53 23 0 24,7 2196,45 3496,24 49,35 5742,04

Fevereiro 16 0,51 23 0 23,4 1980,38 3415,00 45,08 5440,46Março 16 0,55 23 0 24,6 2757,43 2924,41 44,99 5726,83 Abril 15 0,59 23 0 24,7 3390,59 2318,43 41,35 5750,37 Maio 15 0,62 23 0 23,9 3690,69 1834,94 36,39 5562,02 Junho 11 0,61 23 0 22,4 3484,59 1694,69 32,73 5212,02 Julho 17 0,63 23 0 24,1 3911,62 1663,46 35,43 5610,51

Agosto 16 0,63 23 0 26,0 4045,95 1951,87 41,24 6039,06Setembro 15 0,50 23 0 21,5 2006,35 2953,52 38,77 4998,64Outubro 15 0,50 23 0 22,9 1942,82 3340,76 43,53 5327,11

Novembro 14 0,55 23 0 25,8 2625,39 3326,77 51,37 6003,54Dezembro 10 0,53 23 0 25,0 2262,11 3498,00 50,50 5810,61

Irradiação solar no plano inclinado

Na tabela 5.9 se repetem os cálculos para um ângulo de inclinação de 33º no

coletor solar, válidos para a cidade de Campinas SP, respeitando a recente norma

brasileira CB-55 da ABNT de Janeiro de 2008 que cancelou a NBR 12269 de 1992 da

ABNT onde se escreve junto ao item 10.3.3: “Os coletores solares devem ser instalados

com ângulo de inclinação conforme especificações, manual de instalação e projeto. Na

ausência desses documentos, sugere-se que o ângulo de inclinação seja igual ao da

latitude local, acrescido de 10º nunca inferior a 15º” (ABNT/CB-55, 2008).

132




Na tabela 5.10 se repetem os cálculos para um ângulo de inclinação variável do

coletor solar, respeitando o ângulo mínimo de 15º conforme a norma vigente.

TABELA 5.10: Diferença de temperatura média provável em 200 litros de água por trabalho diário de um coletor solar plano de 2m² instalado com inclinação flexível


133


Na figura 5.1 se ilustram os resultados das diferenças de temperatura obtidas

no interior de um reservatório térmico de 200 litros através do trabalho diário de um

coletor solar plano de 2m² com inclinação de 17º, 23º, 33º e variável orientado para o

Norte Geográfico na cidade de Campinas SP arbitrando 50% de desempenho no coletor

solar em todos os casos.

FIGURA 5.1: Diferencial térmico no interior de um reservatório isolado de 200 litros de água devido ao trabalho diário de um coletor solar plano de 2m²

com diferentes inclinações orientado para o Norte na cidade de Campinas SP.

Na estação mais fria de Campinas, quando mais se demanda de água

aquecida, o pior desempenho ficou por conta da inclinação do coletor solar fixo a 17º de

inclinação que justamente corresponde à tradicional solução em deixar o mesmo

simplesmente apoiado sobre as telhas comuns de barro a 30% de inclinação que

correspondem aproximadamente a 17º. A prescrição da norma antiga NBR 12269 e da

134


atual ABNT/CB-55 também não têm o melhor desempenho na estação fria para a

cidade de Campinas SP, para a recomendação da latitude acrescida em 10º e o melhor

desempenho se dá por conta da possibilidade em interpolar os ângulos no dia médio do

mês em conformidade com os ângulos (ßº) definidos na tabela 5.10 em cada mês. A

queda brusca por volta de Setembro se deve ao índice de claridade em 0,5 registrado

para Campinas SP segundo processado pelo Atlas Solarimétrico do Brasil.

Deve-se supor um desempenho inferior para desvios maiores que 15º com

relação ao Norte para as instalações de coletores solares planos no hemisfério Sul,

visto que todos os resultados anteriores se elaboraram em cálculos sem o desvio

azimutal, o que na prática sobre telhados é improvável, conforme anteriormente

levantado na metodologia junto à figura 4.1 na página 89.

5.4 Resultados e discussão sobre o pay-back da tecnologia termo solar com aproveitamento do estudo da estimativa da irradiação solar sobre plano inclinado

Considerando um aquecedor composto de uma área coletora solar de 2m² em

chapa absorvedora de alumínio como aleta única pintada de preto fosco, (figura 4.8),

fechada em caixa de galvalumem ou de compósito de fibra de vidro reforçada com

aplicação de resina isoftálica com NPG, um tanque de água quente em compósito de

fibra de vidro também reforçada com resina isoftálica com NPG, isolado para 200 litros

em qualquer forma (caixa, cápsula, esfera, etc.), um registro misturador, um suporte

metálico para o coletor solar e instalação sobre alvenaria armada (não incluída neste

orçamento) sobre o muro de divisa defronte ao banheiro mais tubos e conexões de

qualidade, cotado entre R$ 1.800,00 a R$ 2.400,00 para atender a uma diversidade de

dificuldades locais, se considerando um bem durável, funcional e de insignificante

manutenção periódica por 20 anos de operação.

135


Na tabela 5.11 se mostra o pay-back da tecnologia de R$ 1.800,00 pela

equivalência de kWh de produção acumulada do aquecedor ante o preço da tecnologia

também transformado em kWh por conta do preço e alíquota da ocasião inicial da

aquisição (R$ 0,361382 por kWh em Dezembro de 2007) supondo domicílios que são

afetados pela alíquota de 25% e 12% separadamente. A produção de calor está

ajustada diretamente proporcional à área coletora de 2m², ao rendimento de 50% e à

irradiação solar global média mensal estimada sobre um plano inclinado de forma

variável para a estação fria conforme tabela 5.10. Por este processo uma tecnologia

termo solar adquirida e instalada por R$ 1800 nas características fornecidas, levaria

22meses para se pagar conforme uma alíquota de 25% sobre a cobrança da conta de

energia elétrica e 25 meses para 12% de alíquota.

TABELA 5.11: Pay-back pelo procedimento da equivalência em kWh para um investimento termo solar entre R$ 1.800,00 a R$ 2.400,00 com base ao calor solar

acumulado

Investimento [R$]Investimento [US$]Alíquota [%] 25% 12% 25% 12% 25% 12% 25% 12%Calor acumulado [kWh] 3.892,60 4.452,10 4.267,30 4.966,40 4.608,30 5.515,10 5.150,40 5.857,70Pay-back [meses] 22 25 24 28 26 31 29 33câmbio: R$ 1,8 Janeiro de 2008

1.000,00 1.111,11 1.222,22 1.333,331.800,00 2.000,00 2.200,00 2.400,00

Neste método da equivalência em kWh entre o preço da tecnologia e o acúmulo

provável de calor do aquecedor solar em kWh em operação contínua fica o erro

grosseiro do calor não consumido especialmente nos dias de verão onde costuma

sobrar calor no reservatório para o dia subseqüente. Por este motivo se apresentam os

resultados pelo método da carga média provável inibida do chuveiro elétrico estimada

para famílias de 5 a 7 habitantes como fração ideal para realização do pay-back. Neste

procedimento se arbitrou que 65% da carga mensal do chuveiro elétrico estaria

desabilitada por conta do uso do aquecedor solar apenas considerando o banho

noturno, posto que seria demasiado abstrato equacionar o calor residual para o banho

da manhã ante o desconhecimento da cultura e hábitos de uso da população em

136


domicílios de diferentes densidades. Com base a pesquisa realizada em 2001, se

fixaram 8 minutos para o tempo médio de utilização por banho noturno entre Abril a

Outubro com uma potência de 5,4 kW e de 10 minutos nos demais meses com uma

potência de 3,2 kW. As respostas do pay-back por este método se apresentam na

figura 5.2

Câmbio de R$ 1,8 Janeiro de 2008.

FIGURA 5.2: Pay-back de um investimento entre R$ 1.800 a R$ 2.400,00 em tecnologia termo solar considerando-se uma inibição de 65% do tempo de

operação do chuveiro elétrico no horário noturno.

Este segundo método de avaliação do pay-back também não é exato por não

considerar a migração de uma família que passou dos 25% de alíquota para 12% após

a operação de um sistema termo solar. Ou seja, se fosse equacionado em moeda

corrente a fração de dinheiro economizado pela migração da alíquota e a desagregação

137


da potência elétrica efetiva do chuveiro, tanto no banho noturno como no diurno o pay-

back seria mais real. Se justifica a não realização desta última técnica visto a

complexidade em modelar duas coisas em áreas distintas, mas correlacionadas entre

si: a conduta de calor do reservatório de água quente após um consumo noturno e

antes da recuperação de calor do dia subseqüente e a migração da alíquota em função

da carga restante de eletrodomésticos associada ao número de habitantes por

domicílio. Parece mais coerente, que classificar os dois métodos aqui detalhados em

números como razoavelmente conservadores ante a discussão e principalmente ante o

valor divulgado pelos fabricantes da tecnologia termo solar, por volta de dois anos sem

informe de outras variáveis como as que aqui se abordaram.

Ao comparar um custo aqui apresentado entre R$ 1.800,00 a R$ 2.400,00 (U$

1.000,00 a U$ 1.333,33 conforme câmbio de Janeiro de 2008) ante o custo do ASBC e

das demais tecnologias de manufatura industrial estabelecidas no comércio local em

metal e termoplásticos, vale lembrar que se ateve ao propósito de melhorar a

performance na temporada fria assim como se estabelecer um produto de longa

duração com o mínimo de reparo e manutenção, posto na melhor situação de

exposição solar livre do corpo da edificação. Contudo segue um comparativo de pay-

back entre a tecnologia aqui proposta em compósito de fibra de vidro reforçada com

NPG, em termoplástico e metal para linhas de mercado, atendo-se ao fato de volumes

e áreas coletoras diferentes valorizando o conteúdo teórico sobre irradiação solar na

cidade de Campinas com amparo da revisão bibliográfica e o primeiro método de

estimativa do pay-back por conta do calor produzido em cada tecnologia com as demais

características locais: Cidade de Campinas SP, latitude Sul 22,88º, irradiação solar

incidente em plano inclinado a 17º (sobre telhado) em base a dados processados do

Atlas Solarimétrico do Brasil, com a consideração de um céu isotrópico visto a

tendência mensal dos coeficientes de transparência atmosférica por volta de 0,5 albedo

ajustado para 0,2, tarifa da energia elétrica para o setor residencial em R$ 0,361382

por kWh, alíquotas de 12% e 25%. Tecnologia 1: compacta em metal cobre e alumínio

com 200 litros de reservatório e coletor solar acoplado de 1,58 m² certificado pelo

INMETRO com um rendimento de 58,4%, registro misturador, instalado sobre telhado

138


com 30% de inclinação orientado para o Norte Geográfico com custo final de instalação

em R$ 2.500,00. Tecnologia 2: proposta em compósito de fibra de vidro reforçada com

NPG de tanque isolado com 200 litros de água associado a 2m² de coletor solar, de

corpo absorvedor metálico preto fosco, isolado e protegido por caixa com vidro liso de

3mm com rendimento arbitrado em 55%, registro misturador, instalado sobre telhado

com 30% de inclinação orientado para o Norte Geográfico com custo final de instalação

em R$ 2.000,00. Na tabela 5.12 se ilustram os resultados calculados para o pay-back

aplicando-se o método do calor acumulado de cada tecnologia em kWh até empatar o

custo do investimento inicial indexado em kWh por conta do valor do preço da energia

elétrica cotado em R$ 0,361382 por kWh para o mês de Dezembro de 2007.

TABELA 5.12: Pay-back das duas tecnologias.

Tecnologia A=25% A=12%

1 34 39 2 23 26

Pay-back em meses

Na tabela 5.13 se apresenta o calor acumulado da tecnologia 1 e na tabela 5.14

da tecnologia 2. Para efeito didático se calcula abaixo a indexação do investimento

inicial de cada tecnologia para as alíquotas de 12% e 25% que estabelecem o período

do pay-back num determinado mês onde o calor solar acumulado empata tal valor.

Para a tecnologia 1:

2500,00=6.087,74kWh0,361382

(1- 0,12)

com A=12% e 2500,00

=5.188,42 kWh0,361382(1- 0,25)

com A=25%

Para a tecnologia 2:

42000,00

= .870,19kWh0,361382(1- 0,12)

com A=12% e 2.000,00

=4.150,73 kWh0,361382(1- 0,25)

com A=25%

139


TABELA 5.13: Calor produzido e acumulado da tecnologia 1.

Mês �T kWh/dia dias kWh/mês kWh acum para para

ºC p/mês A=25% A=12%1 23,5 5,5 31 169,2 169,2 - -2 22,0 5,1 28 143,4 312,6 - -3 22,9 5,3 31 164,9 477,5 - -4 22,5 5,2 31 162,1 639,6 - -5 21,3 4,9 31 153,3 792,9 - -6 19,7 4,6 30 137,6 930,5 - -7 21,3 4,9 31 153,4 1083,8 - -8 23,3 5,4 31 168,2 1252,0 - -9 19,9 4,6 30 138,8 1390,8 - -10 21,5 5,0 31 154,9 1545,7 - -11 24,5 5,7 30 171,1 1716,7 - -12 23,8 5,5 31 171,7 1888,5 - -13 23,5 5,5 31 169,2 2057,6 - -14 22,0 5,1 28 143,4 2201,0 - -15 22,9 5,3 31 164,9 2365,9 - -16 22,5 5,2 31 162,1 2528,0 - -17 21,3 4,9 31 153,3 2681,3 - -18 19,7 4,6 30 137,6 2818,9 - -19 21,3 4,9 31 153,4 2972,3 - -20 23,3 5,4 31 168,2 3140,5 - -21 19,9 4,6 30 138,8 3279,3 - -22 21,5 5,0 31 154,9 3434,1 - -23 24,5 5,7 30 171,1 3605,2 - -24 23,8 5,5 31 171,7 3776,9 - -25 23,5 5,5 31 169,2 3946,1 - -26 22,0 5,1 28 143,4 4089,5 - -27 22,9 5,3 31 164,9 4254,4 - -28 22,5 5,2 31 162,1 4416,5 - -29 21,3 4,9 31 153,3 4569,8 - -30 19,7 4,6 30 137,6 4707,4 - -31 21,3 4,9 31 153,4 4860,7 - -32 23,3 5,4 31 168,2 5028,9 - -33 19,9 4,6 30 138,8 5167,7 - -34 21,5 5,0 31 154,9 5322,6 Pago -35 24,5 5,7 30 171,1 5493,7 Pago -36 23,8 5,5 31 171,7 5665,4 Pago -37 23,5 5,5 31 169,2 5834,5 Pago -38 22,0 5,1 28 143,4 5977,9 Pago -39 22,9 5,3 31 164,9 6142,8 Pago Pago

Produção de calor do aquecedor solar Payback

140


TABELA 5.14: Calor produzido e acumulado da tecnologia 2.

Mês �T kWh/dia dias kWh/mês kWh acum para paraºC p/mês A=25% A=12%

1 28,0 6,5 31 201,7 201,7 - -2 26,3 6,1 28 170,9 372,6 - -3 27,3 6,3 31 196,6 569,2 - -4 26,8 6,2 31 193,2 762,5 - -5 25,3 5,9 31 182,7 945,2 - -6 23,5 5,5 30 164,1 1109,3 - -7 25,4 5,9 31 182,8 1292,1 - -8 27,8 6,5 31 200,5 1492,6 - -9 23,7 5,5 30 165,4 1658,0 - -

10 25,6 6,0 31 184,6 1842,7 - -11 29,2 6,8 30 203,9 2046,6 - -12 28,4 6,6 31 204,7 2251,3 - -13 28,0 6,5 31 201,7 2452,9 - -14 26,3 6,1 28 170,9 2623,9 - -15 27,3 6,3 31 196,6 2820,5 - -16 26,8 6,2 31 193,2 3013,7 - -17 25,3 5,9 31 182,7 3196,5 - -18 23,5 5,5 30 164,1 3360,5 - -19 25,4 5,9 31 182,8 3543,4 - -20 27,8 6,5 31 200,5 3743,9 - -21 23,7 5,5 30 165,4 3909,3 - -22 25,6 6,0 31 184,6 4093,9 - -23 29,2 6,8 30 203,9 4297,9 Pago -24 28,4 6,6 31 204,7 4502,5 Pago -25 28,0 6,5 31 201,7 4704,2 Pago -26 26,3 6,1 28 170,9 4875,2 Pago Pago

Produção de calor do aquecedor solar Payback

A tecnologia proposta apresentou um pay-back mais rápido ao

considerar-se um produto assemelhado de mercado através de dois procedimentos

diferentes.

Até o ano de 2004 o grupo brasileiro Jacto fabricou um equipamento compacto

em monobloco termoplástico com coletor de 1,10m² associado a uma pequena reserva

141


de 110 litros de água sob o nome Solarfot, mas ficou contemplado um desempenho de

39% na ocasião conforme exame do INMETRO. Referido equipamento teria um pay-

back demasiadamente longo apesar de econômico por conta da baixa quantidade de

calor devido ao volume reduzido de água e um pequeno coletor mal inclinado e nem

sempre bem orientado em obra, mas foi uma tentativa corajosa de enclausurar o

polímero no interior de uma caixa fechada expondo o plástico à ação severa do efeito

estufa produzido pela transparência em dias radiantes, onde a irradiância solar em onda

curta, ao atravessar a transparência muda para onda longa e na forma de calor

aprisionado sujeitava severamente o polímero supostamente avariando-se com o

decorrer do tempo, motivo pelo qual os coletores solares em PP são especificados sem

caixa e para grandes volumes como as piscinas, onde não se deseja um �T superior a

5º. Contudo um coletor solar de plástico exposto à intempérie durante um dia frio do

inverno ou na presença de vento mesmo sob irradiação solar sofre refrigeração

desfavorável sendo indesejável na estação fria do ano quando mais se demanda do

calor, motivo pelo qual poucas empresas se aventuraram a especificar na linha de

soluções seus coletores solares desprotegidos sem a caixa para residências, a exemplo

disto a única empresa brasileira que busca uma solução residencial nesta

especificidade é a Alpina, contra todas as demais concorrentes que adotam o metal

absorvedor fechado.

5.5 Política sustentável para financiamento de tecnologia termo solar e discussão

Ante o exposto na revisão bibliográfica junto ao sub capítulo 3.11 e assumido

nas hipóteses da metodologia junto aos sub capítulos 4.3 e 4.4 se mostram resultados

entre o método de Gauss para cobrança de juros simples e depois compostos para

planos de financiamentos de sistemas termo solares e a diferença entre ambos para

efeito de discussão.

142


Na tabela 5.15 se ilustram os valores da prestação fixa e periódica para um

empréstimo de R$ 2.000,00, supondo o modelo de Gauss a juro simples e Price a juro

composto, para uma estratificação de taxas de juros bancários entre 1 a 4% ao mês

em planos de 12, 24, 36 e 48 meses sem entrada absorvendo coerentemente o tempo

médio de pay-back anteriormente visto por dois procedimentos consubstanciados no

sub capítulo 5.2. Foram empregadas as equações (3.43) para juro simples conforme a

teoria de Gauss e (3.37) para juro composto conforme a teoria de Price.

TABELA 5.15: Cálculo do valor das prestações em R$ para um financiamento de R$ 2.000,00 modeladas sob a teoria de Gauss e Price.

Taxade juro

mensal % Gauss Price diferença Gauss Price diferença Gauss Price diferença Gauss Price diferença1,00 176,94 177,70 -0,76 92,68 94,15 -1,47 64,30 66,43 -2,13 49,93 52,67 -2,741,50 181,68 183,36 -1,68 96,66 99,85 -3,19 67,77 72,30 -4,54 52,99 58,75 -5,762,00 186,19 189,12 -2,93 100,27 105,74 -5,47 70,78 78,47 -7,68 55,56 65,20 -9,652,50 190,48 194,97 -4,50 103,56 111,83 -8,27 73,43 84,90 -11,47 57,74 72,01 -14,273,00 194,56 200,92 -6,36 106,57 118,09 -11,53 75,77 91,61 -15,83 59,63 79,16 -19,533,50 198,46 206,97 -8,51 109,33 124,55 -15,22 77,86 98,57 -20,70 61,27 86,61 -25,344,00 202,19 213,10 -10,92 111,87 131,17 -19,30 79,74 105,77 -26,04 62,71 94,36 -31,65

Plano de 24 parcelas mensaisValor da prestação

Plano de 36 parcelas mensais Plano de 48 parcelas mensaisValor da prestação Valor da prestaçãoValor da prestação

Plano de 12 parcelas mensais

Na tabela 5.16 se apresentam as parcelas calculadas para um empréstimo de

R$ 2.000,00 a 2% de juro mensal em conformidade com a teoria de Gauss e a

correspondência da taxa de juro composto para a manutenção da mesma parcela, mas

assumida pelo modelo Price.

TABELA 5.16: Equivalência de juro composto para plano concebido a 2% de juro simples com o modelo de Gauss para um valor financiado de R$ 2.000,00.

n Parcela fixa em

R$ Juro composto equivalente

ao modelo Price Diferença para

2%

12 186,19 1,747% ao mês 0,253 % 24 100,27 1,536% ao mês 0,464 % 36 70,78 1,373% ao mês 0,627 % 48 55,56 1,242% ao mês 0,758 %

143


A figura 5.3 ilustra a diferença gráfica entre o modelo de Gauss e Price em

valores numéricos acumulados para as parcelas periódicas com base a 2% de juro

mensal e R$ 2.000,00 financiados sem entrada.

FIGURA 5.3: Diferença numérica em parcelas acumuladas sob modelo de Gauss e Price em 36 pagamentos a 2% ao mês para financiamento de R$ 2.000,00 sem

entrada.

Na figura 5.4 se ilustra o crescimento do compromisso por parte do credor em

função do aumento do parcelamento, é dizer que num plano de 12 parcelas o banco

deixou de ganhar 13,05% do valor que obteria no sistema modelado por Price e em 48

parcelas deixou de ganhar 40,96% do valor que obteria no sistema modelado por Price.

Este exemplo foi deduzido de um empréstimo de R$ 2.000,00 a uma taxa de juro

mensal de 2%.

144


FIGURA 5.4: Aumento percentual do compromisso do banco credor com relação à diferença entre o sistema Price e Gauss.

13,05

40,96

33,56

24,41

12

14

16

18

20

22

24

26

28

30

32

34

36

38

40

42

12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48

Parcelamento em meses

Inve

stim

ento

% d

o B

anco

cre

dor p

ela

dife

renç

a Pr

ice

e G

auss

Com os resultados apresentados fica patente que quanto mais longo for o prazo

do financiamento modelado pelo sistema linear de Gauss, maior será o compromisso do

credor se avaliado o problema diferencial da exponenciação de juros, como foi também

observado nos gráficos ilustrados nas figuras 3.36 e 3.37 da revisão bibliográfica.

Todavia parece justo modelar um contrato por volta de 24 meses que é mais ou menos

próximo ao período de recuperação do investimento médio da tecnologia termo solar

que não apresenta grande diferença para o banco conforme apresentado na tabela 5.15

para uma taxa de 1% de juro mensal.

Os valores de taxas aqui apresentados correspondem à atual realidade do

mercado financeiro brasileiro, todavia existam taxas a juro composto praticadas até em

8% ao mês como é o caso do limite do cheque especial, e até em 11% para o cartão de

crédito. Taxas estas completamente insustentáveis para a condição de fomento da

transferência tecnológica aqui proposta e sugerida em 2% linear e suas respectivas

145


equivalências compostas (exponenciais) como apresentadas anteriormente na tabela

5.16.

Como incentivo ao cidadão brasileiro que com recursos pessoais compra a

tecnologia termo solar deixa-se sugerida a possível e sustentável colaboração do

banco credor e da Prefeitura local no compromisso social e ambiental de ofertar à

iniciativa privada: uma taxa de juro financeira mais amena adotada pelo modelo de

Gauss e um parcelamento do valor a vista do IPTU em 12 parcelas fixas sem juro.

5.6 Recomendação aos projetistas, fabricantes e vendedores de tecnologia termo solar

Ante todo o exposto sobre irradiância entre os sub capítulos 3.6 a 3.10 da

revisão bibliográfica e os sub capítulos 4.2 a 4.3 da metodologia, exemplificados nos

sub capítulos 5.2 a 5.4 desta seção, recomenda-se:

1. O ângulo de inclinação mais favorável para o coletor solar plano deve ser igual a

90º menos a altura solar ao meio dia solar dos dias médios mensais da estação

fria do ano (Junho, Julho) ou seja 90º - �Z cuja aproximação empírica e grosseira

que mais se aproxima é a latitude local acrescida de 10º;

2. O modelo de céu isotrópico vale para dimensionamento e verificação de

aquecedores solares domiciliares com aproximação de resultados do modelo

anisotrópico do céu por conta da grande freqüência de um índice médio de

transparência próximo a 0,5;

3. As planilhas eletrônicas anexadas a este trabalho podem ser empregadas para

prever a produção de calor mensal e anual dos coletores solares assim como

para dimensionamento e verificação de sistemas termo solares domiciliares,

necessitando de uma pequena rotina de campo que consiste na coleta do

azimute horário magnético do eixo do coletor solar e a inclinação que será

adotada de fato. Deve-se realizar o ajuste do azimute real com o Norte

Geográfico com a soma da declinação magnética como apresentado na

146


Metodologia junto ao sub capítulo 4.4 que aque se exemplifica com relação a

cidade de Campinas SP para o dia 15 de Dezembro de 2007: ao buscar no

anexo 6 a carta magnética isogôrica próximo a Campinas SP toma-se Cig= -19º e

nas isopóricas Cip = -6,7’. Aplicando-se a equação (4.5) tem-se que:

DM = -19(2007-2000+1)(-6,7/60) = 16,97º Este deveria ser o ângulo adicionado

ao norte magnético para efeito de correção com o verdadeiro na data escolhida.

4. O fabricante ante o domínio deste método automático e fiel de dimensionamento

e verificação de sistemas termo solares se obriga a treinar seus postos de venda

para evitar aborrecimentos devido a um dimensionamento mal feito.

5. O vendedor deve passar ao cliente final um relatório mensal do desempenho

médio com KT =0,5 e máximo com KT =0,75 para a produção estimada de calor

do sistema de aquecimento solar orçado.

6. Para evitar aborrecimentos futuros entre a execução da tubulação global da

edificação e instalação do aquecedor solar, se aconselha dispor uma torneira na

saída do reservatório de água quente para efeito de verificação do sistema solar

independente do que ocorre no curso da tubulação de consumo, cruzando o

relatório de estimativa média e máxima mensal com uma medição da

temperatura na saída do reservatório.

Não se tem informe de fábricas e revendas que já atuam com as premissas de 1

a 6 com o objetivo de fornecer ao cliente final um relatório de desempenho mensal do

equipamento, antes e após sua instalação, como se apresenta junto ao anexo 7 que

retrata um exemplo de dimensionamento e verificação de sistema de aquecimento solar

realizado por uma planilha devidamente preparada com todas as equações

apresentadas neste trabalho para estimativa da irradiação solar global incidente em

plano inclinado seguido de dimensionamento e verificação.

147


148

__________________________________________________________ Conclusões e Recomendações

6 CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES

Os testes realizados no tanque de água quente e material de prova em

compósito de fibra de vidro reforçada, tanto em operação real de funcionamento como

em bancada, apontaram uma opção viável do ponto de vista mecânico, econômico e

fabril.

A substituição do inox por compósito de fibra de vidro significou uma redução

de custo com matéria prima e manufatura na ordem de 45% conforme experiência na

indústria colaboradora.

O custo final de fabricação de um equipamento composto por tanque de 200

litros em compósito de fibra de vidro, área coletora solar de 2m² de chapa absorvedora

em alumínio, isolada e fechada em caixa metálica ou de compósito, com vidro liso de

3mm de espessura, suporte metálico com 3 graus de liberdade, teve valor projetado

(instalado) aproximadamente entre R$ 1.800,00 a R$ 2.000,00 (com e sem o suporte)

cuja instalação prevista nos moldes deste trabalho promove um melhor desempenho na

estação fria, assim proporcionando um pay-back mais rápido que a tecnologia existente

como se mostrou nos resultados.

O material, desenho e instalação do equipamento desenvolvido prometem uma

durabilidade que supera o tempo de retorno do investimento oferecendo após esse

período efetiva economia financeira para a família que adote a tecnologia neste

material.

149


O compósito em fibra de vidro proporciona formas estratégicas no tanque de

água quente, como por exemplo, caixas empilháveis com menor espaço ocupado na

hora do transporte (caixa experimentada neste trabalho) ou esféricas com o menor

material envolvido na manufatura da parede e máximo volume interno no menor espaço

possível, ou qualquer outra forma que venha contribuir com um melhoramento do

sistema e da instalação.

O pay-back do desenho em material proposto teve melhor resultado que a

tecnologia de mercado considerando dois processos de análise e a teoria da irradiação

solar sobre um plano inclinado.

Os exemplos e resultados apresentados para a estimativa da irradiação solar

na cidade de Campinas SP sobre uma superfície inclinada, tiveram valores numéricos

muito próximos entre isotropia e anisotropia do céu, reforçando a bibliografia que

menciona valores parecidos durante dias parcialmente nublados com índice de

transparência atmosférico próximo de 0,5 que em média é o que se registra

mensalmente na cidade de Campinas SP conforme dados históricos de medição.

Conseqüentemente é possível estimar a produção média mensal de calor dos

aquecedores solares na macro região de Campinas empregando as equações da

bibliografia e o modelo isotrópico de céu arbitrando índice de claridade atmosférico

médio mensal de 0,5 que se constituirá de um bom dimensionamento.

Os resultados numéricos comprovaram que as formas brasileiras

manufaturadas para as áreas unitárias de coletores solares planos, conduzem ao

mesmo número de unidades de dimensionamento ao arredondar o número de coletores

solares para um número inteiro, independente da isotropia ou anisotropia considerada

na distribuição da componente difusa.

Comprovou-se que o melhor ângulo médio mensal para inclinação dos

coletores solares planos (�), correspondente à diferença de 90º com a altura solar (�)

ao meio dia solar. Para alteração mensal de � ficam sugeridos os dias médios mensais.

150


Ante a escassa segmentação de processos fieis para dimensionamento e

verificação de sistemas termo solares, o procedimento apresentado por este trabalho

representa uma poderosa ferramenta para abonar a tecnologia temo solar sob a égide

da teoria da radiação solar em ambientes de projetos, vendas e fábricas.

A diferença exponencial e linear entre as modalidades Price e Gauss não

significa prejuízo financeiro para o banco e sim investimento em marketing ambiental e

social, o modelo proposto neste trabalho para financiamento de aquecedores solares

residenciais significaria um grande elo para a efetiva transferência de tecnologia em

massa com a devida participação do poder público, da mídia e da boa engenharia.

Recomendam-se como continuidade para futuras pesquisas na linha que busca

redução de custo para tecnologia termo solar industrializada:

1. Otimização das formas dadas ao compósito de fibra de vidro;

2. Aplicação de sistemas flexíveis de manufatura mecanizada ou não para

fabricação de reservatórios de água quente em pequenas empresas do

gênero dos compósitos;

3. Industrialização do reciclado doméstico para confecção de chapas

resistentes que podem ser parte do coletor solar, tanto na caixa como na

superfície transparente, mediante processos industriais que garantam

funcionabilidade e longevidade do material para o fim desejado;

4. Pesquisa de resultados diferenciais por empresa do ramo que venham

adotar o modelo teórico de dimensionamento e verificação proposto por este

trabalho com relação à diminuição de reclamações pós-venda inerentes à

insatisfação do cliente por conta do calor efetivamente produzido no sistema

de aquecimento solar;

5. Metodologia didática de transferência do modelo teórico de

dimensionamento e verificação de aquecedores solares fornecidos neste

trabalho para postos de vendas e fabricantes;

6. Melhor classificação empírica do índice de transparência atmosférico para

arbitrar valores diferentes de 0,5 e 0,75 quando não há informe da irradiação

151


152

solar, tendo como base experimental um piranômetro, um aquecedor solar

com descarga diária de água e uma máquina fotográfica digital que registre

a abóbada celeste no mesmo instante que se registra a irradiância solar

associado a uma estação de aquisição de dados contínuos (datallogger e

CPU). Com isto é possível aferir a teoria aqui abordada e melhorar os

resultados estimativos quando empregado o empirismo do arbítrio de um

índice de transparência local;

7. Ensaiar termoplásticos enclausurados por caixa fechada e transparência

trabalhando como placas absorvedoras da irradiação solar sujeitos a severa

irradiância solar no horário de pino na estação quente, apontando suas

possíveis avarias e durabilidade ao longo do tempo de trabalho e exposição;

8. Medir eletronicamente a cultura de uso do chuveiro elétrico em moradias de

alcance social e da classe média junto a habitações unifamiliares em

amostra estatística confiável;

9. Modelar o pay-back de formas diferentes às duas aqui apresentadas;

10. Estudar e experimentar o melhor instrumento de vazão para o banho em

pressões diferentes com o objetivo de melhor dimensionar a reserva de

água quente, contando com os modelos de mercado e uma nova proposta

fabril;

11. Viabilidade de porcentagem subsidiada pelo governo para a tecnologia;

12. Modelagem numérica da diminuição do passivo ambiental sob adoção da

tecnologia termo solar;

13. modelagem numérica da fração do passivo ambiental na operação de

chuveiro elétrico nas potências nominais de uso;

14. Implicações e impactos no projeto de arquitetura junto às novas leis que

obrigam o uso de aquecimento solar;

15. Redução dos impactos ambientais com a adoção maciça de aquecedores

solares.

______________________________________________________________ Referências Bibliográficas

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

ABNT/CB-55 Projeto 55:003.01-002. Sistema de Aquecimento Solar de água em Circuito Direto – Projeto e Instalação. Janeiro 2008.

ANEEL. Agência Nacional de Energia Elétrica. Tarifas. http://www.aneel.gov.br/

Acessado em Janeiro de 2004.

AYOADE, J. O. Introdução à Climatologia dos Trópicos. 2ª edição, 1988, Editora

Bertrand. São Paulo, Brasil.

BAGGIO, A., Aproveitamento dos Resíduos de Compósitos à Base de Resina Poliéster e Fibra de Vidro. Dissertação de Mestrado, aprovada pelo programa

de pós-graduação em agronomia “Energia na Agricultura”, UNESP, Botucatu

SP, 2005.

BALLOU, Ronal H. Logística Empresarial. Atlas São Paulo 1993. p. 101.

BARTOLI, J. R., et alli; Desenvolvimento de Aquecedor Solar de Água Utilizando Materiais Termoplásticos, 6º Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência

dos Materiais, Gramado 2001.

BAUER, U. R. Calculadora HP 12-C, Manuseio, cálculos financeiros e análise de Investimentos. ATLAS, 1996, p. 308.

153


BEZERRA, Arnaldo Moura. Aplicações Práticas da Energia Solar. Nobel. São Paulo

1990.

BURBANO, J. C., RESTREPO, Á. H., SABOGAL, O. J., Diseño y Construcción de un Calentador Solar de Água Operando por Termosifón, Scientia et

Technica, Año XII, Nº 31, Agosto de 2006, Univerdidad Tecnológica de Pereira,

Colombia, ISSN 0122-1701.

CASTRO M. G., COLMENAR A. S. Energía Solar Térmica de Baja Temperatura.

Progensa 2000, Sevilla Espanha.

CAVALEIRO, C. K. N. Mecanismos de Incentivo ao uso de Fontes Renováveis em Sistemas de Descentralizados à uz da Experiência Norteamericana.

Encontro de Energia no Meio Rural. AGRENER 2000, Setembro 2000.

Campinas SP Brasil.

COLLE, S. ABREU, S. L. SALAZAR, J. P. L. C. REGUSE, W. Impacto da Energia Solar Sobre o Pico de Demanda de Energia de Chuveiros Elétricos de Famílias de Baixa Renda no Brasil. XII Congrese Ibérico y VII Congreso Íbero

Americano de Energía Solar. Vigo Espanha, 14-18 Setembro de 2004. Editora

M. Vazquez y J. F. Seara

CZAJKOWKI, J., Radiac 2/95 http://czajkowski.iwarp.com/software.htm acessado

em Setembro de 2003.

CZAJKOWKI, J., RAD OPT 2.0/94 http://czajkowski.iwarp.com/software.htm

acessado em Setembro de 2003.

DANTAS, A. A. A. Estimativa da Radiação Solar Global para a região de Lavras, MG. Ciências Agro-técnicas. V.27 n°6 –1260-1263, nov/dez 2003.

154


DUFFIE, J. A. BECKMAN, W. A. Solar Engineering of Thermal Processes, Wiley,

NY, 1991.

ELETROBRÁS, Ministério de Minas e Energia, Procel Apresenta Pesquisa Sobre Posse e Uso de Equipamentos Elétricos. Divisão de Imprensa da Eletrobrás,

18/04/2007.

EMPLASA. Empresa Paulista de Planejamento Metropolitano SA.

http://www.emplasa.sp.gov.br/. Acessado em Novembro de 2004.

ERBS, D. G., S. A., KLEIN &, J. A. DUFFIE. Estimation of the Diffuse Radiation Fraction for Hourly, Daily and Monthly – Average Global Radiation. Solar

Energy, 28, 293 1982.

FERREIRA, A. B. H. Dicionário da Língua Portuguesa. Editora nova Fronteira. 1994.

FROTA, Anésia Barros. Geometria da Insolação. Geros. Rio de Janeiro 2004.

FULL GAUGE CONTROLS. Microsol II Plus - Controlador Digital Diferencial e Temperatura para Aquecimento Solar com dois Estágios de Apoio. Manual

do Fabricante. Rio Grande do Sul, 2006.

GAMA, P. H. R. P. OLIVEIRA, A., Conservação de Energia e sua relação com a qualidade de Energia Elétrica, XV SNPTEE – Seminário Nacional de

Produção e Transmissão de Energia Elétrica (1999), Brasil.

GIBA, C., Atlas Solarimétrico do Brasil – Banco de Dados Terrestres.

Universidade Federal de Pernambuco, Brasil, 2000.

GITTMAN, L. J. Princípios da Administração Financeira. 7ª edição Harbra, São

Paulo 1997.

155


GOLDEMBERG, J. t alii, Energy for Development, World Ressources Institute,

Washington, 1987.

GOLDEMBERG, J. JOHANSSON, THOMAS, B. (Editors). Energy As An Instrument for Socio-Economic Development. United Nations Development Programme,

New York, NY: 1995.

GRANJA, A. D. Transmissão de Calor em Regime Periódico: Efeito da Inércia Térmica em Fechamentos Opacos. Campinas 2002. Tese de doutorado em

Engenharia Civil FEC UNICAMP.

HAY, J. E., DAVIS, J. A. Calculation of the Solar Radiation Incident on an Inclined Surface. Proceedings. First Canadian Solar Radiation Data Workshop, p. 59-

72, 1980.

HERNÁNDEZ, A. L. Una Herramienta Computacional para el Cálculo de Coordenadas Solares y la Estimación de Irradiación Solar Horaria. Avances en Energías Renovables y Medio Ambiente - ASADES. Vol. 7, Nº 2,

2003. Argentina.

INMETRO, Instituto Nacional de Metrologia. Normalização e Qualidade Industrial.

Programa Brasileiro de Etiquetagem - Sistemas e Equipamentos para Aquecimento Solar de Água - Coletores Solares para banho. Edição de

Maio de 2008.

JANNUZZI, G. de M. Energia Solar: um luxo para os Campineiros?

http://www.fem.unicamp.br/~jannuzzi/documents/MicrosoftWord-

artigojornalenergiasolar.swf acessado em Janeiro de 2008.

KLUCHER, T. M., Evaluation of Models to Predict Insolation on Tilted Surfaces, Solar Energy, 1979, 23, pp 111 - 114.

156


LAPETRA, J. G. B. Cálculo de la Energía Solar. Bellisco, Madri, España, 2003, p. 24.

LABAKI, L. C. Tratamento de dados climáticos de Campinas – SP, para análise de desempenho térmico de edificações. Encontro Nacional de Modelos de

Simulações de Ambientes. Anais. São Paulo, NUTAU/FAUUSP.1995. Pp.355–

365.

LA ROVERE, E. L. Energia, Atuação e Tendências. FINEP, Departamento de

Transportes e Energia. Rio de Janeiro, 1994.

LEI ESTADUAL N º 6.374 de 1989, Artigo 33º com nova redação dada pela

LEI nº 11.001/01.

LIU, B. Y. H., JORDAM, R. C., The Interrelationship and Caracteristic Distribution of Direct, Diffuse and Total Solar Radiation, Solar Energy, 1960, v.4, n. 3, p.

1-19.

MAIA, A. G., Espacialização de Classes Sociais n o Brasil: Uma Nova Dimensão para Análise da Estrutura Social, Tese de doutorado, Instituto de

Economia, UNICAMP, Campinas SP 2006, p. 81.

MATIAS, W. F., GOMES, J. M. Matemática Financeira. Atlas, São Paulo 1994.

MILLS, D. Morrison G. L. Optimisations of Minimum Backup Solar Water eating System. Solar Energy, 74, 2003, p. 505-511.

MME, Ministério de Minas e Energia do Brasil. Competência do Desenvolvimento Energético. http://www.mme.gov.br/Desenvolvimentoenergetico/competencia.htm

Acessado em 3/7/2004.

MONTEIRO, G. A Esperança de uma Alternativa Sustentável, Revista do CREA SP,

157


nº 8, ano III, 2003, São Paulo Brasil;

MOREIRA, Ajax R. Bello. A xpansão do Setor Brasileiro de Energia Elétrica: Falta de Mercado ou Falta de Planejamento? Notas Técnicas 1. Instituto de

Pesquisas Econômicas IPA. Rio de Janeiro 2003.

MACYNTIRE, A. J. Instalações Hidráulicas Prediais e Industriais, 3ª edição,

LTC livros técnicos e científicos editora, Rio de Janeiro 1996.

NB 128 /1963, Instalações Prediais de Água Quente - Procedimento, Associação

Brasileira de Normas Técnicas, Rio de Janeiro 1968.

NBR 7198 / 1982, Projeto e Execução d e Instalações Prediais de Água Quente,

Procedimento, Associação Brasileira de Normas Técnicas, Rio de Janeiro

1982.

NBR 10184 / 1988, Coletores Solares Planos para Líquidos – Determinação do Rendimento Térmico, Rio de Janeiro 1988.

NBR 12269/1992, Execução de Instalações de Sistemas de Energia Solar que Utilizam Coletores Solares Planos para Aquecimento de Água.

Procedimento, Associação Brasileira de Normas Técnicas. Rio de Janeiro, 30

de Abril de 1992.

NÚCLEO INOX, Energia Solar – busca pela sustentabilidade faz mercado crescer 35% com inox entre as melhores soluções. Publicação do Núcleo de Desenvolvimento Técnico Mercadológico do Aço Inoxidável, nº 25, Junho/Setembro de

2007, p. 4.

NOGUEIRA, José J. M. Tabela Price: da prova documental e precisa elucidação do seu anatocismo. Servanda Editora, 2002. Campinas SP.

158


OLIVA, G. A. Utilização de Aquecedores Solares de Baixo Custo em Programas de Gerenciamento pelo Lado da Demanda. XV SNPTEE, Brasil,

2000.

OLIVEIRA, S. H. F. Dimensionamento de Sistemas Fotovoltáicos Autônomos: Ênfase na Eletricidade de Residências de Baixo Consumo. Dissertação de

Mestrado aprovada pelo programa de Interunidades (EP/FEA/IEE/IF) da

USP. São Paulo 1997.

PEREIRA, R. C., et alli; Construção e Teste de Coletores Solares de Baixo Custo a Base de PVC. 8º Congresso Brasileiro de Polímeros. Águas de Lindóia, São

Paulo 2005.

PEREIRA, R. C., et alli; Eficiência Térmica de Coletores Solares de Baixo Custo CSBC. 17º Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais. Foz

do Iguaçu, PR, Novembro de 2006.

PIRES, I. A. Caracterização de Harmônicos Causados por Equipamentos Eletro- Eletrônicos Residenciais e Comerciais no Sistema de Distribuição de Energia Elétrica. Dissertação de Mestrado. Faculdade de Engenharia

Elétrica da UFMG 2006.

PIRES, R. C. Temas Controvertidos no Sistema Financeiro da Habitação. Editora e

livraria jurídica do Rio de Janeiro, 2004, p 56.

PORTER, M. Vantagem Competitiva. Rio de Janeiro. Editora Campus, RJ 1988.

PRADO, R. T. A., GONÇALVES, O. M. Water Heating Through Electric Shower and Energy Demand. Energy and Buildings, volume 29 p. 77-82. 1998.

159


RADIASOL. Laboratório de Energia Solar da Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Faculdade e Engenharia Mecânica, Brasil.

http://www.mecanica.ufrgs.br/solar/#softwares Acessado em Agosto de 2003.

RÍSPOLI, Í. A. G., MARIOTONI, C. A.. Irradiação Solar - Dimensionamento e Verificação - Recursos na Palma da Mão, Revista Científica Avances en

Energías Renovables y Medio Ambiente, ISSN 0329-5184. Argentina 2007.

RÍSPOLI, Í. A. G., MARIOTONI, C. A.. Método Simplificado para o Dimensionamento do Volume de Água Quente Focando Sistemas de Aquecimento Solar Dedicados ao Banho , Revista Científica Avances en

Energías Renovables y Medio Ambiente, ISSN 0329-5184. Argentina 2007.

RÍSPOLI, Í. A. G., MARIOTONI, C. A. Tecnologia Apropriada para Sistema de Energia Solar V isando Aquecimento de Água para o Banho Humano em Moradias do Meio Rural. 5º Encontro de Energia no Meio Rural e

Geração Distribuída AGRENER 2004. Sala 2 Sessão 2: Novas Tecnologias em

Energia I – dia 19/10/04 - 10:30Hs - 12:30Hs. Centro de Convenções Campus

da UNICAMP. Campinas SP.

RÍSPOLI, Í. A. G. Estudo do Aproveitamento da Energia Solar para o Aquecimento de Água em Edificações Unifamiliares de Baixa Renda.

Dissertação de Mestrado FEC UNICAMP. BAE UNICAMP, Campinas SP Brasil

2001.

RÍSPOLI, Í. A. G., MARIOTONI, C. A. Encurtamento do Período de Retorno de um Investimento Focando a Aplicação da Energia Solar Passiva nas Edificações de Menor Poder Aquisitivo. III Workshop Brasil – Japão em

Energia, Meio Ambiente e Desenvolvimento Sustentável, UNICAMP 2005.

160


RODRIGUES, D., MATAJS, R. Um Banho de Sol para o Brasil. – o que os aquecedores solares podem fazer pelo meio ambiente e a sociedade. Vitae

Civilis. Instituto para o Desenvolvimento, Meio Ambiente e Paz, ISBN 85-99722-

01-8. p 102. São Lourenço da Serra SP.

ROSA, Daniel Jordão de Magalhães, Caracterização da Radiação Solar: O Caso da Cidade Universitária/USP e da Ilha do Cardoso/Cananéia. Dissertação de

Mestrado, aprovada em Julho de 2003, Universidade Politécnica de São Paulo

Brasil USP.

SARTORI, E. Não há Falta de Energia nem de Chuvas. Energias Renováveis.

Artigos. http://www.aondevamos.eng.br/verdade/index.html – Acessado em

Novembro de 2007.

SEEWALD, A. Caracterização de Coletores Solares de Baixo Custo. Monografia

apresentada ao dpto. de Engenharia Mecânica da escola de engenharia da

Universidade Federal do Rio Grando do Sul. Porto Alegre, 2004.

SILVA, Ermes. M., SILVA, Elio M., GONÇALVES, V., MUROLO, A. C. Estatística para os Cursos de Economia, Administração e Ciências Contábeis, Volume 2, p.

124, ATLAS, São Paulo 1995.

SOCIEDADE DO SOL, Aquecedor Solar de Baixo Custo. Organização não

governamental, http://www.sociedadedosol.org.br/br/ Acessado em Janeiro de

2007.

SOLETROL. Marketing de empresa privada. O Aquecimento Solar em Núcleos Habitacionais. CPFL vai de Solarmax.

http://www.soletrol.com.br/noticias/informativos/49/2.php acessado em Janeiro

de 2008.

161


SOBRINHO, José Dutra. Os Artifícios na Cobrança do ICMS.

http://www.idec.org.br/consumidorsa/arquivo/jul00/jul0012.htm. Acessado em

Janeiro de 2004.

TEMPS, R. C., COULSON, K. L., Solar Radiation Incident Upon Slopes of Different Orientations, Solar Energy, 1977, 19, pp 179 - 184.

TESSARO, A. R., Desempenho de um Painel Fotovoltaico Acoplado a um Rastreador Solar. 4º Encontro de Energia no Meio Rural e Geração

Distribuída AGRENER 2006 U NICAMP. Campinas SP.

TOLMASQUIM, M. T., Fontes Renováveis de Energia no Brasil, Interciência, RJ 2003.

TOLMASQUIM, M. T., GUERREIRO, A., Mercado de Energia 2006 – 2015, EPE,

RJ, 2005.

TOLMASQUIM, M. T., GUERREIRO, A., Consumo de Energia Cresceu 4,6% em Janeiro de 2008. Publicação da Diretoria de Estudos Econômicos e

Energéticos da Empresa de Pesquisa Energética – EPE, Resenha Mensal do

Mercado de Energia Elétrica. Ano I, nº5, Fevereiro de 2008, Rio de Janeiro.

TUBELIS, A. Nascimento, F. J. L. Meteorologia Descritiva: fundamentos e aplicações brasileiras. Nobel, São Paulo, 1980, pg 374.

TIBA, C., Atlas Solarimétrico do Brasil – Banco de Dados Terrestres. Universidade

Federal de Pernambuco, 2000.

VARELLA, F. K. O. M. Tecnología Solar Residencial: Inserção de Aquecedores Solares de Água no Distrito de Barão Geraldo – Campinas. Dissertação de

Mestrado. Engenharia Mecânica UNICAMP. Campinas 2004.

162


VÁZQUES, M. E., Una Brevísima Historia de la Arquitectura Solar, http://habitat.aq.upm.es/boletin/n9/amvaz.html, acessado em 15/07/2007.

VIEIRA, J. L.. Supervisor Editorial. Código Sanitário do Estado de São Paulo. Lei nº 10.083 de 23/09/1998. 5ª edição. Edipro São Paulo. 2003. p. 46.

WIKIPÉDIA. Energia. Wikipédia, a enciclopédia livre.

http://pt.wikipedia.org/wiki/Energia, acessado em 22/01/07.

163


164

___________________________________________________________ Apêndice 1

APÊNDICE 1 - GRÁFICOS ELABORADOS A PARTIR DOS DADOS EXTRAÍDOS DO PROCESSO DE AQUISIÇÃO DE TEMPERATURAS PELO SITRAD® DA FULL GAUGE

165

___________________________________________________________ Apêndice 1

21/11/2006 - Temperatura Interna média Ponderada x Temperatura Ambiente - sem esferas flutuantes

18

20

22

24

26

28

30

32

34

36

38

40

42

44

46

48

50

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Temperatura Ambiente Temperatura Interna média Ponderada

�T1

= 4

,5 ºC

�T2

= 23

ºC

�T3

= 7


20

22

24

26

28

30

32

34

36

38

40

42

44

46

48

50

52

54

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24


�T1 = 5,5 ºC�

T2 =

25,

53

�T3 = 8 ºC

166

___________________________________________________________ Apêndice 1


21

23

25

27

29

31

33

35

37

39

41

43

45

47

49

51

53

55

57

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24


�T1 = 6,8

�T2

= 2

4 ºC

�T3 = 8 ºC


20

22

24

26

28

30

32

34

36

38

40

42

44

46

48

50

52

54

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24


�T1

= 4

�T2

= 25

ºC

�T3 = 8 ºC

167

___________________________________________________________ Apêndice 1

25/11/2006 - Temperatura Interna média Ponderada x Temperatura Ambiente - sem esferas flutuantes

20

22

24

26

28

30

32

34

36

38

40

42

44

46

48

50

52

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24


�T1 = 4,5 ºC

�T2

= 23

ºC

�T3 = 2 ºC

26/11/2006 - Temperatura Interna Média Ponderada x Temperatura Ambiente

18

20

22

24

26

28

30

32

34

36

38

40

42

44

46

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24


�T1 = 4,7 ºC

�T2

= 2

0 ºC

�T3= 6,8 ºC

168

___________________________________________________________ Apêndice 1


20

22

24

26

28

30

32

34

36

38

40

42

44

46

48

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Hora

Tem

pera

tura

ºC


�T1 = 3,34


12

14

16

18

20

22

24

26

28

30

32

34

36

38

40

42

44

46

48

50

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Hora

Tem

pera

tura

ºC

Temperatura ambiente Temperatura Interna Média Ponderada

�T2

=32

.71

ºC

�T3

= 5

ºC

�T1 = 2,5 ºC

�T2

= 19

,33

ºC

�T3 = 5 ºC

169

___________________________________________________________ Apêndice 1


15

17

19

21

23

25

27

29

31

33

35

37

39

41

43

45

47

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Hora

Tem

pera

tura

ºC

Temperatura ambiente Temperatura Interna média ponderada

�T2

= 2

6,64

�T3

= 5

ºC

�T1 = 3,36 ºC


15

17

19

21

23

25

27

29

31

33

35

37

39

41

43

45

47

49

51

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Hora

Tem

pera

tura

ºC


�T2

= 3

2,07

ºC

�T3

= 7

ºC

�T1 = 2 ºC

170

___________________________________________________________ Apêndice 1


15

17

19

21

23

25

27

29

31

33

35

37

39

41

43

45

47

49

51

53

55

57

59

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Hora

Tem

pera

tura

ºC


�T2

=38

,05

ºC

�T3

= 8

ºC

�T1 = 3

14/05/2007 - Temperatura Interna Média Ponderada x Tempertura Ambiente - com esferas flutuantes

18

20

22

24

26

28

30

32

34

36

38

40

42

44

46

48

50

52

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Hora

Tem

erat

ura

ºC


�T2

= 29

,23

ºC

�T 3

= 6

ºC

�T1 = 3 ºC

171

___________________________________________________________ Apêndice 1

172


13

15

17

19

21

23

25

27

29

31

33

35

37

39

41

43

45

47

49

51

53

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Hora

Tem

pera

tura

ºC

Temperatura Ambiente Temperatura Interna Média Ponderada�T1 = 2,33 ºC

�T3

= 8

�T2

= 35

,55

ºC


17

19

21

23

25

27

29

31

33

35

37

39

41

43

45

47

49

51

53

55

57

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Hora

Tem

pera

tura

ºC


�T3

= 5

ºC

�T1 = 3,56ºC

�T2

=34

,39

ºC

___________________________________________________________ Apêndice 2

APÊNDICE 2 - TEMPERATURAS REGISTRADAS NOS SENSORES DURANTE SETE DIAS AMOSTRADOS NA EXPERIÊNCIA COM ESFERAS FLUTUANTES

173

___________________________________________________________ Apêndice 2

174

___________________________________________________________ Apêndice 2

175

___________________________________________________________ Apêndice 2

176

___________________________________________________________ Apêndice 2

177

___________________________________________________________ Apêndice 2

178

___________________________________________________________ Apêndice 2

179

___________________________________________________________ Apêndice 2

180

____________________________________________________________Apêndice 3

APÊNDICE 3 – TELAS DE RESULTADOS DE PLANILHA ELETRÖNICA IDEALIZADA PARA DIMENSIONAMENTO E AFERIMENTO DE AQUECEDORES SOLARES

181

____________________________________________________________Apêndice 3

:Cliente CALCULA-SE: Localidade PARA

-22,880 :Latitude do local em graus (-)Hemisfério Sul VERIFICAÇÃO0,2 :Índice de refletância local (albedo) - Default 0,2

Atlas do Brasil :Fonte de informação Acs Nº de � TDias Altura Solar ßº [m²] coletores ºC

Mês médios Mês máxima º ideal dia KT ßº Azim.Hor. CONDIÇÕES solares1 17 Janeiro 88,04 1,96 17 0,527 10 0 ideais 1,96 1,6 19,912 16 Fevereiro 80,07 9,93 16 0,505 10 0 ideais 2,11 1,7 18,473 16 Março 69,54 20,46 16 0,554 20 0 ideais 2,07 1,7 18,864 15 Abril 57,71 32,29 15 0,594 32 0 ideais 2,05 1,7 19,025 15 Maio 48,33 41,67 15 0,619 42 0 ideais 2,01 1,6 19,476 11 Junho 44,03 45,97 11 0,613 46 0 ideais 2,06 1,7 18,997 17 Julho 45,94 44,06 17 0,635 44 0 ideais 1,93 1,6 20,208 16 Agosto 53,67 36,33 16 0,633 36 0 ideais 1,91 1,6 20,429 15 Setembro 64,90 25,10 15 0,503 25 0 ideais 2,39 1,9 16,35

10 15 Outubro 76,72 13,28 15 0,501 13 0 ideais 2,18 1,8 17,8911 14 Novembro 86,03 3,97 14 0,555 10 0 ideais 1,88 1,5 20,7712 10 Dezembro 89,83 0,17 10 0,535 10 0 ideais 1,93 1,6 20,27

médias: 2,04 1,66 19,22200 : Volume do reservatório térmico em litros

30,00 : �T [ºC]58,00 :Eficiência tecnológica do coletor solar [%]1,23 :Área unitária por coletor [m²]1367 :Constante Solar (W/m²) 1353-1367

310 : Volume do reservatório térmico em litros Atlas do Brasil3,00 : Área coletora solar em [m²] em função de ==> em condições:

39,00 : Eficiência tecnológica do coletor solar [%] ideais1367 :Constante Solar (W/m²) 1353-1367

ßº mínimo NBR = 10º

ßº NBR = latitude + 10º

INFORME PARA VENDAOU PARA VERIFICAÇÃO

ßº recomendado

DADOS PARA EFEITO DE VERIFICAÇÃO DE UMA INSTALAÇÃO

DADOS PARA EFEITO DE UMA VENDA

<------------------------ Informe -------------------->

OU VERIFICAÇÃO

primaveira

verão

14

outonoinverno

43142

estação

Exemplo didáticoCampinas SP

CALCULA-SEPARA VENDA

182

____________________________________________________________Apêndice 3

dia 1<n<365 CD SD CB SB CA SA SL CL K R3 R215 258 0,9993 0,03868 0,9063 0,4226 -1,0000 0,0000 -0,3888 0,9213 0,6306 0,0094 0,6011hi OME CON SOM COSTETO

COSTETA RB R1 DIRETA DIFUSA REFLETIDA GLOBAL TETA z Altura Solar ß rec.4,00 -2,0950 -0,5006 -0,8657 -0,4759 -0,4984 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 118,4160 0,000 90,0004,25 -2,0296 -0,4428 -0,8966 -0,4227 -0,4408 0,0000 0000 0000 0,0000 0,0000 0,0000 115,0077 0,000 90,0004,50 -1,9641 -0,3832 -0,9236 -0,3679 -0,3813 0,0000 0000 0000 0,0000 0,0000 0,0000 111,5840 0,000 90,0004,75 -1,8986 -0,3220 -0,9467 -0,3115 -0,3201 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 108,1482 0,000 90,0005,00 -1,8332 -0,2594 -0,9658 -0,2538 -0,2576 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 104,7036 0,000 90,0005,25 -1,7677 -0,1956 -0,9807 -0,1951 -0,1939 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 101,2527 0,000 90,0005,50 -1,7022 -0,1310 -0,9914 -0,1357 -0,1294 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 97,7982 0,000 90,0005,75 -1,6368 -0,0659 -0,9978 -0,0757 -0,0644 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 94,3423 0,000 90,0006,00 -1,5713 -0,0005 -1,0000 -0,0155 0,0009 -0,0612 -0,0226 0,2519 0,0000 0,0000 0,2519 90,8873 0,000 90,0006,25 -1,5058 0,0649 -0,9979 0,0447 0,0663 1,4812 0,5472 17,6093 19,3438 0,3015 37,2546 87,4354 2,565 87,4356,50 -1,4403 0,1301 -0,9915 0,1047 0,1313 1,2541 0,4633 34,8929 45,2710 0,7057 80,8696 83,9888 6,011 83,9896,75 -1,3749 0,1947 -0,9809 0,1642 0,1958 1,1927 0,4406 52,0287 70,9763 1,1064 124,1114 80,5501 9,450 80,5507,00 -1,3094 0,2584 -0,9660 0,2229 0,2595 1,1643 0,4301 68,9431 96,3497 1,5019 166,7947 77,1218 12,878 77,1227,25 -1,2439 0,3211 -0,9471 0,2806 0,3220 1,1479 0,4240 85,5638 121,2824 1,8905 208,7367 73,7067 16,293 73,7077,50 -1,1785 0,3823 -0,9240 0,3370 0,3832 1,1373 0,4201 101,8195 145,6675 2,2707 249,7576 70,3081 19,692 70,3087,75 -1,1130 0,4420 -0,8970 0,3919 0,4428 1,1299 0,4174 117,6405 169,4006 2,6406 289,6817 66,9296 23,070 66,9308,00 -1,0475 0,4997 -0,8662 0,4450 0,5004 1,1245 0,4154 132,9591 192,3801 2,9988 328,3380 63,5755 26,425 63,5758,25 -0,9821 0,5553 -0,8316 0,4962 0,5560 1,1204 0,4139 147,7096 214,5073 3,3437 365,5607 60,2508 29,749 60,2518,50 -0,9166 0,6085 -0,7935 0,5452 0,6091 1,1172 0,4127 161,8289 235,6876 3,6739 401,1903 56,9617 33,038 56,9628,75 -0,8511 0,6591 -0,7520 0,5918 0,6596 1,1146 0,4118 175,2563 255,8302 3,9879 435,0744 53,7156 36,284 53,7169,00 -0,7856 0,7069 -0,7073 0,6358 0,7074 1,1126 0,4110 187,9345 274,8487 4,2843 467,0675 50,5216 39,478 50,5229,25 -0,7202 0,7517 -0,6595 0,6770 0,7520 1,1109 0,4104 199,8090 292,6617 4,5620 497,0327 47,3909 42,609 47,3919,50 -0,6547 0,7932 -0,6089 0,7152 0,7935 1,1095 0,4098 210,8290 309,1928 4,8197 524,8415 44,3377 45,662 44,3389,75 -0,5892 0,8314 -0,5557 0,7503 0,8316 1,1083 0,4094 220,9473 324,3713 5,0563 550,3749 41,3798 48,620 41,38010,00 -0,5238 0,8659 -0,5001 0,7822 0,8661 1,1073 0,4091 230,1205 338,1320 5,2708 573,5233 38,5397 51,460 38,54010,25 -0,4583 0,8968 -0,4424 0,8106 0,8970 1,1065 0,4088 238,3094 350,4160 5,4623 594,1877 35,8462 54,154 35,84610,50 -0,3928 0,9238 -0,3828 0,8355 0,9239 1,1059 0,4085 245,4787 361,1708 5,6299 612,2794 33,3352 56,665 33,33510,75 -0,3274 0,9469 -0,3215 0,8567 0,9470 1,1054 0,4083 251,5978 370,3501 5,7730 627,7210 31,0515 58,949 31,05111,00 -0,2619 0,9659 -0,2589 0,8742 0,9660 1,1050 0,4082 256,6406 377,9147 5,8909 640,4462 29,0492 60,951 29,04911,25 -0,1964 0,9808 -0,1951 0,8879 0,9808 1,1046 0,4081 260,5853 383,8322 5,9832 650,4006 27,3905 62,609 27,39111,50 -0,1309 0,9914 -0,1306 0,8977 0,9915 1,1044 0,4080 263,4151 388,0771 6,0493 657,5415 26,1412 63,859 26,14111,75 -0,0655 0,9979 -0,0654 0,9036 0,9979 1,1043 0,4079 265,1178 390,6314 6,0891 661,8384 25,3620 64,638 25,36212,00 0,0000 1,0000 0,0000 0,9056 1,0000 1,1042 0,4079 265,6862 391,4840 6,1024 663,2727 25,0969 64,903 25,09712,25 0,0655 0,9979 0,0654 0,9036 0,9979 1,1043 0,4079 265,1178 390,6314 6,0891 661,8384 25,3620 64,638 25,36212,50 0,1309 0,9914 0,1306 0,8977 0,9915 1,1044 0,4080 263,4151 388,0771 6,0493 657,5415 26,1412 63,859 26,14112,75 0,1964 0,9808 0,1951 0,8879 0,9808 1,1046 0,4081 260,5853 383,8322 5,9832 650,4006 27,3905 62,609 27,39113,00 0,2619 0,9659 0,2589 0,8742 0,9660 1,1050 0,4082 256,6406 377,9147 5,8909 640,4462 29,0492 60,951 29,04913,25 0,3274 0,9469 0,3215 0,8567 0,9470 1,1054 0,4083 251,5978 370,3501 5,7730 627,7210 31,0515 58,949 31,05113,50 0,3928 0,9238 0,3828 0,8355 0,9239 1,1059 0,4085 245,4787 361,1708 5,6299 612,2794 33,3352 56,665 33,33513,75 0,4583 0,8968 0,4424 0,8106 0,8970 1,1065 0,4088 238,3094 350,4160 5,4623 594,1877 35,8462 54,154 35,84614,00 0,5238 0,8659 0,5001 0,7822 0,8661 1,1073 0,4091 230,1205 338,1320 5,2708 573,5233 38,5397 51,460 38,54014,25 0,5892 0,8314 0,5557 0,7503 0,8316 1,1083 0,4094 220,9473 324,3713 5,0563 550,3749 41,3798 48,620 41,38014,50 0,6547 0,7932 0,6089 0,7152 0,7935 1,1095 0,4098 210,8290 309,1928 4,8197 524,8415 44,3377 45,662 44,33814,75 0,7202 0,7517 0,6595 0,6770 0,7520 1,1109 0,4104 199,8090 292,6617 4,5620 497,0327 47,3909 42,609 47,39115,00 0,7856 0,7069 0,7073 0,6358 0,7074 1,1126 0,4110 187,9345 274,8487 4,2843 467,0675 50,5216 39,478 50,52215,25 0,8511 0,6591 0,7520 0,5918 0,6596 1,1146 0,4118 175,2563 255,8302 3,9879 435,0744 53,7156 36,284 53,71615,50 0,9166 0,6085 0,7935 0,5452 0,6091 1,1172 0,4127 161,8289 235,6876 3,6739 401,1903 56,9617 33,038 56,96215,75 0,9821 0,5553 0,8316 0,4962 0,5560 1,1204 0,4139 147,7096 214,5073 3,3437 365,5607 60,2508 29,749 60,25116,00 1,0475 0,4997 0,8662 0,4450 0,5004 1,1245 0,4154 132,9591 192,3801 2,9988 328,3380 63,5755 26,425 63,57516,25 1,1130 0,4420 0,8970 0,3919 0,4428 1,1299 0,4174 117,6405 169,4006 2,6406 289,6817 66,9296 23,070 66,93016,50 1,1785 0,3823 0,9240 0,3370 0,3832 1,1373 0,4201 101,8195 145,6675 2,2707 249,7576 70,3081 19,692 70,30816,75 1,2439 0,3211 0,9471 0,2806 0,3220 1,1479 0,4240 85,5638 121,2824 1,8905 208,7367 73,7067 16,293 73,70717,00 1,3094 0,2584 0,9660 0,2229 0,2595 1,1643 0,4301 68,9431 96,3497 1,5019 166,7947 77,1218 12,878 77,12217,25 1,3749 0,1947 0,9809 0,1642 0,1958 1,1927 0,4406 52,0287 70,9763 1,1064 124,1114 80,5501 9,450 80,55017,50 1,4403 0,1301 0,9915 0,1047 0,1313 1,2541 0,4633 34,8929 45,2710 0,7057 80,8696 83,9888 6,011 83,98917,75 1,5058 0,0649 0,9979 0,0447 0,0663 1,4812 0,5472 17,6093 19,3438 0,3015 37,2546 87,4354 2,565 87,43518,00 1,5713 -0,0005 1,0000 -0,0155 0,0009 -0,0612 -0,0226 0,2519 0,0000 0,0000 0,2519 90,8873 0,000 90,00018,25 1,6368 -0,0659 0,9978 -0,0757 -0,0644 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 94,3423 0,000 90,00018,50 1,7022 -0,1310 0,9914 -0,1357 -0,1294 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 97,7982 0,000 90,00018,75 1,7677 -0,1956 0,9807 -0,1951 -0,1939 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 101,2527 0,000 90,00019,00 1,8332 -0,2594 0,9658 -0,2538 -0,2576 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 104,7036 0,000 90,00019,25 1,8986 -0,3220 0,9467 -0,3115 -0,3201 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 108,1482 0,000 90,00019,50 1,9641 -0,3832 0,9236 -0,3679 -0,3813 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 111,5840 0,000 90,00019,75 2,0296 -0,4428 0,8966 -0,4227 -0,4408 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 115,0077 0,000 90,000

DIRETA DIFUSA REFLETIDA GLOBALWh/m²: 2030,07 2962,02 46,17 5038,26MJ/m²: 7,3082 10,6633 0,1662 18,1377

0, 0,0, 0,

Exemplo gerado para o dia médio 15 de Setembro. A planilha gera todos os diasmédios do ano, ou dias informados.

183

____________________________________________________________Apêndice 3

184

_____________________________________________________________Anexo 1

ANEX0 1 - IRRADIAÇÃO SOLAR DA MACRO REGIÃO DE CAMPINAS

185

_____________________________________________________________Anexo 1

186

_____________________________________________________________Anexo 1

187

_____________________________________________________________Anexo 1

188

_____________________________________________________________Anexo 2

ANEXO 2 - EXAME LABORATORIAL DA ÁGUA QUENTE DEPOSITADA NO COMPÓSITO DE PROVA

189

_____________________________________________________________Anexo 2

190

_____________________________________________________________Anexo 2

191

_____________________________________________________________Anexo 2

192

_____________________________________________________________Anexo 3

ANEXO 3 - DESEMPENHO DE COLETORES SOLARES PLANOS DE FABRICAÇÃO BRASILEIRA DESTINADOS AO BANHO SOB EXAME DO INMETRO – EDIÇÃO 1/08 DE 2008

193

_____________________________________________________________Anexo 3

194

_____________________________________________________________Anexo 3

195

_____________________________________________________________Anexo 3

196

_____________________________________________________________Anexo 4

ANEX0 4 – CARTAS MAGNÉTICAS DO BRASIL

197

_____________________________________________________________Anexo 4

198

_____________________________________________________________Anexo 4

199

_____________________________________________________________Anexo 4

200

Fração do ano fa

Data fa 1º de Janeiro a 19 de Janeiro 0,0 20 de Janeiro a 24 de Fevereiro 0,1 25 de Fevereiro a 1º de Abril 0,2 2 de Abril a 7 de Maio 0,3 8 de Maio a 13 de Junho 0,4 14 de Junho a 19 de Julho 0,5 20 de Julho a 25 de Agosto 0,6 26 de Agosto a 30 de Setembro 0,7 1º de Outubro a 6 de Novembro 0,8 7 de Novembro a 12 de Dezembro 0,9 13 de Dezembro a 31 de Dezembro 1,0

o aquecedor solar brasileiro -...

Documents