projecto de sistema solar térmico

8/10/2019 Projecto de Sistema Solar Trmico

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Trabalho Final de CursoEngenharia Electrotcnica e de Computadores

Ramo de Energia

Projecto de Sistema Solar Trmico

Aluno Joo Carlos Leonor Correia LeitoOrientador Professor Cludio Domingos Martins Monteiro

Julho de 2006


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Trabalho Final de Curso 2006 - Melhoria 1


Resumo

Neste trabalho, Projecto de Sistema Solar Trmico , vo serdimensionados dois projectos de Sistemas Solares Trmicos, a inserir numaldeamento para Turismo de Habitao, sito na Aldeia Silveira de Cima, naSerra da Lous, distrito de Coimbra.

Na Seco 2, faz-se referncia a vrios aspectos da Energia Solar, entre osquais a Radiao Solar, o movimento Terra-Sol, a converso trmica deEnergia Solar e alguns princpios bsicos.

Na continuao de tal trabalho e como sua principal finalidade, procedeu-se aosdois projectos seguintes:

I Projecto e dimensionamento de um Sistema de Produo de AQS, (guaQuente Sanitria) de um Balnerio e Aquecimento de gua para a Piscina,durante os meses de Abril a Outubro, com Aproveitamento de Energia Solar,tendo como apoio uma caldeira a gasleo, dando prioridade AQS.O dimensionamento, deste projecto, descrito ao longo da Seco 3.

II Projecto e dimensionamento de um Sistema de Produo de AQS, (guaQuente Sanitria) de uma Habitao Unifamiliar, do tipo T2 e apoio aoAquecimento por Piso Radiante, durante o ano, com Aproveitamento de EnergiaSolar, tendo como apoio uma caldeira a gasleo, dando prioridade AQS.O dimensionamento, deste projecto, descrito ao longo da Seco 4.


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Prefcio

A principal finalidade deste trabalho tentar melhorar a classificao obtida, noano transacto, no Trabalho Final de Curso, sobre o tema Projecto deElectrificao Rural com Produo Renovvel Hbrida, com vista a poder,consequentemente, melhorar a sua classificao final de curso.

Este trabalho enquadra-se no mbito do trabalho anterior, uma vez que procuradescrever um outro sistema alternativo ao convencional, para a gua QuenteSanitria, utilizando o Sol como principal fonte energtica.

O propsito de ambos os trabalhos, a reduo do custo da energia, face aoelevado preo e provvel, futuro, esgotamento, dos combustveis fsseis.

Refere-se possibilidade de dotar o Aldeamento de infra-estruturas de guaQuente Sanitria, que satisfaam as necessidades do mesmo e que,preferencialmente, sejam satisfeitas atravs da energia solar, tendo como apoiouma caldeira a gsoleo.

No podemos deixar de dar o nosso sincero agradecimento, ao ExcelentssimoSenhor Professor Cludio Domingos Martins Monteiro, pela sua disponibilidade,sempre que solicitada a sua colaborao.


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ndice

Resumo 1

Prefcio 2

1. Introduo 6

2. O Sol 9

2.1 Radiao Solar 9

2.2 Movimento Terra Sol 10

2.3 Converso Trmica de Energia Solar 12

2.4 Princpios Bsicos para um Aproveitamento ptimo da Energia Solar 13

2.5 Converso Trmica a Baixa Temperatura 15

3. Sistema Solar Trmico para Piscina e Balnerio 18

3.1 Caracterizao 18

3.2 Aspectos Tcnicos 19

3.3 Princpio de Funcionamento 20

3.4 Perfil de Consumos 22

3.5 Acumulador. Volume e Dimensionamento 25

3.5.1 Caractersticas do Acumulador Escolhido 29

3.6 Superfcie Colectora 30

3.6.1 Constituio do Colector Plano 303.6.2 Rendimento de um Colector Solar 32

3.6.3 Fluido de Transferncia Trmica 35

3.6.4 Orientao e Inclinao dos Colectores 36

3.6.5 Caractersticas do Colector Plano Escolhido 38

3.6.6 Clculo da Superfcie Colectora Necessria 39


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3.6.7 Distribuio e Ligao dos Colectores 42

3.7 Sistema de Apoio 45

3.8 Permutador de Placas 46

3.9 Tubagens do Circuito Primrio 47

3.9.1 Tubagens. Materiais Utilizados 47

3.9.2 Dimensionamento das Tubagens 47

3.9.3 Isolamento das Tubagens 50

3.10 Bombas de Circulao 51

3.10.1 Bomba de Circulao do Circuito Primrio B1 52

3.10.2 Bomba de Circulao do Circuito Secundrio B2 53

3.11 Vaso de Expanso 55 3.11.1 Montagens Correctas do Vaso de Expanso 55

3.11.2 Dimensionamento do Vaso de Expanso 56

3.12 Controlo 57

4. Sistema Solar Trmico para uma Habitao Unifamiliar 61

4.1 Caracterizao 61

4.2 Aspectos Tcnicos 62

4.3 Princpio de Funcionamento 63

4.4 Perfil de Consumos 64

4.5 Acumulador. Volume e Dimensionamento 68

4.5.1 Caractersticas do Acumulador Escolhido para AQS 68

4.5.2 Caractersticas do Acumulador Escolhido para apoio ao P.R. 69

4.6 Superfcie Colectora 69

4.6.1 Caractersticas do Colector Plano Escolhido 70

4.6.2 Clculo da Superfcie Colectora Necessria 70

4.6.3 Distribuio e Ligao dos Colectores 72

4.7 Sistema de Apoio 73

4.8 Tubagens do Circuito Primrio 73


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4.9 Bombas de Circulao 75

4.9.1 Bomba de Circulao do Circuito Primrio B1 75

4.9.2 de Circulao do Circuito Secundrio B2 76

4.10 Vaso de Expanso. Dimensionamento 77

4.11 Controlo 78

5. Outros Acessrios Inerentes aos Projectos 81

6. Concluso 82

Anexo I Perfil de Consumo e Necessidades Energticas 84

Anexo II Clculo da Superfcie Colectora Necessria. 92

Simulao no Programa ESOP.

Anexo III Dimensionamento do Equipamento 114

Anexo IV Grficos. Perda de Carga e Anticongelante 127

Anexo V Desenhos. Tubagem e Equipamento. Esquemas de Princpio 132


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1. Introduo

O aumento da poluio (legislao cada vez mais exigente), as limitaes nasreservas de combustveis fsseis e a ausncia de regulamentao no sector dedistribuio de energia (perdas elctricas, acidentes com radiaeselectromagnticas, localizao e custos de centrais elctricas) so preocupaesque, a nvel global, esto a alarmar cada vez mais a humanidade. Estaspreocupaes representam uma fora motriz forte para a investigao edesenvolvimento de novas fontes de energia, amigas do ambiente, altamenteeficientes e com ciclos de vida renovveis.

Em Portugal, por exemplo, o petrleo constitui cerca de 60% da energiaconsumida. As renovveis limitam-se a pouco mais de 16% do bolo, o que setraduz numa dependncia energtica face ao estrangeiro e num contnuoagravamento do dfice da balana comercial. S em 2004 a importao derecursos energticos ascendeu aos 41 700 milhes de euros. De acordo comprevises da Direco-Geral de Geologia e Energia, o consumo de electricidade

dever crescer, no nosso Pas, mais de 12%, nos prximos dez anos.Para fazer frente a este cenrio, comum generalidade da Europa, a UnioEuropeia lanou, em 1977, o Livro Branco das Energias Renovveis. Prope-seaumentar, at 2010, a produo energtica a partir de fontes alternativas. APortugal cabe assegurar que 39% da electricidade produzida no pas, provenhade recursos renovveis.Em 2002, j estvamos a desrespeitar o Protocolo de Quioto, que limita aemisso de gases com efeito de estufa. E esta violao poder custar ao pas, jno prximo ano, uma pesada multa de mais de 160 milhes de euros ou acompra de licenas de emisso de dixido de carbono a outros pases maisrespeitadores.

Em 2003, existiam, em Portugal, cerca de 180 mil metros quadrados de painissolares. J na Grcia, pas com a mesma exposio solar, a instalao destes


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equipamentos rondava os 2.9 milhes de metros quadrados. A liderar oinvestimento solar est a Alemanha, um pas com condies de exposio solarmenos favorveis, dispondo, no mesmo perodo, de mais de 5.4 milhes demetros quadrados de painis.

A quatro anos do prazo dado pela Unio Europeia, muito potencial est poraproveitar e muito h a fazer em Portugal, tanto no campo das energiasrenovveis, como a nvel de eficincia energtica, ou seja, na forma comoconsumimos energia.

O Aproveitamento da energia solar por converso em energia trmica a baixatemperatura interessante, com perodos mnimos de utilizao doequipamento solar de oito a dez meses por ano.

As aplicaes mais frequentes so: Produo de AQS (gua Quente Sanitria), para uso em vivendas,

hospitais, hotis, entre outros, com necessidades de consumo regularesao longo de todo o ano;

Aquecimento de piscinas;

Aquecimento ambiente com piso radiante; Produo de gua a elevadas temperaturas destinada a uso industrial por

concentrao dos raios solares em colectores parablicos.

Em geral, os equipamentos solares no garantem a totalidade do consumoenergtico, sendo, por isso, necessrio o apoio de uma instalao convencional,que assegure as necessidades energticas no cobertas pelo sistema solar.

Contrariamente ao critrio de dimensionamento seguido para os equipamentosconvencionais, os sistemas solares no se dimensionam para as condiesextremas (inverno, baixa radiao solar) de certos dias do ano, mas sim paraas necessidades energticas mdias anuais. Para este tipo de equipamentos nose considera a ponta mxima previsvel de consumo energtico, mas sim obalano mdio anual.


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2. O Sol

2.1 Radiao Solar

O Sol est a 5770 K (aproximadamente 5500C). A sua superfcie emite 68milhes de Watts por cada metro quadrado. A Terra encontra-se a 150 milhesde quilmetros de distncia do Sol, de forma que a radiao que chega at nossa rbita apenas de 1360 Watts/m 2.Esta taxa/densidade energtica, reduzida em 30%, ao atingir o planohorizontal na superfcie da Terra, pela camada de Atmosfera, o que d, em

termos mdios, um potencial solar mdio de, aproximadamente, 980 Watts/m 2.

O sol emite radiao electromagntica que se decompe em infravermelho (46%), visvel (47%) e ultravioleta (7%).

Figura 2.1 Espectro da radiao solar, que chega superfcie da Terra (nvel do mar).

Comparao com a radiao fora da atmosfera.

Tabela 2.1 Radiao solar fora da atmosfera.


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A radiao solar sobre uma superfcie dentro da atmosfera terrestre, tem trscomponentes:

Radiao directa - A que vem directamente do sol. Radiao difusa - Proveniente de todo o cu, excepto do disco solar. Aradiao, ao atravessar a atmosfera, em parte reflectida peloscomponentes atmosfricos (as nuvens). Outra parte absorvida (O 3, O2,H2O,...) e a restante difundida (molculas, gotas de gua, p emsuspenso). Radiao reflectida - Proveniente da reflexo no cho e em objectoscircundantes. A reflectividade do cho, designa-se por albedo e depende

unicamente da composio e cor do cho (existncia de neve, gua,vegetao, entre outros).

Figura 2.2 Componentes da radiao solar (Radiao directa difusa e reflectida).

2.2 Movimento Terra Sol

A Terra descreve uma rbita elptica em torno do Sol, encontrando-se este numdos focos.O plano que contm esta trajectria (e a de todos os planetas) denomina-se

plano da elptica .


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A Terra roda sobre si mesma e completa uma rotao num dia, percorrendo asua trajectria em 365 dias, 5 horas, 48 minutos e 46 segundos. De 4 em 4anos, acerta-se o calendrio com um dia suplementar (29 de Fevereiro em anosbissextos). Isto corresponde a um excesso de 11 minutos e 14 segundos. Nofinal de cada sculo, suprime-se o ano bissexto se no for divisvel por 400.

O eixo de rotao, denominado eixo polar , quase perpendicular ao plano daelptica, formando um ngulo com a normal ao plano da rbita de valor 23 27.A Declinao Solar o ngulo formado entre a direco da radiao e o planodo equador e varia entre + 23 27 e -23 27.

Durante os equincios da Primavera (21 de Maro) e do Outono (22 deSetembro), os dias so iguais s noites, porque a declinao solar nula. Estesso os nicos dias em que a afirmao, O Sol nasce a Este e pe-se a Oeste,est correcta.

Durante o solstcio do Vero (23 de Junho ) a declinao solar de 23 27. Operodo diurno, maior que o perodo nocturno, e o Sol, encontrando-se sobreo Trpico de Cncer, nasce quase a NE e pe-se quase a NW. No solstcio do

Inverno (22 de Dezembro), a declinao igual, mas de valor negativo. O Solencontra-se sobre o Trpico de Capricrnio e a durao do dia inferior danoite.

Figura 2.3 Declinao Solar nos solstcios de Junho e Dezembro.


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A trajectria solar traduz-se na variao das coordenadas do Sol ao longo dodia.

Figura 2.4 Trajectria Solar (altura solar e azimute solar).

Representando graficamente a influncia das variaes anuais temos:

Figura 2.5 Influncia das variaes anuais.

2.3 Converso Trmica da Energia Solar

O Aproveitamento da energia solar, por converso em energia trmica, a baixatemperatura, interessante, com perodos mnimos de utilizao doequipamento solar de oito a dez meses por ano.


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As aplicaes mais frequentes so:

Produo de AQS (gua Quente Sanitria), para uso em vivendas,hospitais, hotis, entre outros, com necessidades de consumo regulares,ao longo de todo o ano;

Aquecimento de piscinas; Aquecimento ambiente com piso radiante; Produo de gua a elevadas temperaturas, destinada a uso industrial por

concentrao dos raios solares em colectores parablicos.

Em geral, os equipamentos solares no garantem a totalidade do consumoenergtico, sendo, por isso, necessrio o apoio de uma instalao convencionalque assegure as necessidades energticas no cobertas pelo sistema solar.

Contrariamente ao critrio de dimensionamento seguido para os equipamentosconvencionais, os sistemas solares, no se dimensionam para as condiesextremas (Inverno, baixa radiao solar) de certos dias do ano, mas sim paraas necessidades energticas mdias anuais. Para este tipo de equipamentos,no se considera a ponta mxima previsvel de consumo energtico, mas sim obalano mdio anual.

A anlise da rentabilidade econmica dos equipamentos solares, baseia-se napoupana de energia ou combustvel, obtida num ano mdio de funcionamento.

2.4 Princpios Bsicos para um Aproveitamento ptimo da Energia

Solar

Num projecto de uma instalao de energia solar fundamental respeitaralguns princpios, evitando, assim, os problemas que muitas vezes seobservam.


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Captao do mximo possvel de energia solar preciso instalar um nmero suficiente de colectores, para captar a energianecessria e escolher a orientao correcta, definir, designadamente, aestratgia de interligao com a energia de apoio. Os dispositivos de regulaoe controlo, so cada vez mais completos, podendo mesmo, controlar a energiade apoio e estabelecer as prioridades de fornecimento da energia, aos diversossub-sistemas de utilizao.

Devemos excluir sistemas que disponham somente de um simples termostato(no colector ou no armazenamento) como nico parmetro, para determinar o

funcionamento das bombas.

Prioridade ao Sol A energia solar gratuita. A convencional no. O consumo energtico deverealizar-se, prioritariamente, com a primeira e s recorrer energia de apoioquando no houver sol. O sistema de armazenamento deve garantir,prioritariamente, o uso da energia solar, face energia convencional.

Assegurar a complementaridade entre a energia solar e a convencionalH vrias maneiras de assegurar a complementaridade, sem pr em causa aprioridade ao sol:

Produo instantnea de energia de apoio.O gerador de energia de apoio deve fornecer a potncia necessria em cadainstante, varivel em funo da temperatura do pr-aquecimento solar.

Situaremos o gerador instantneo (por exemplo, um esquentador de gscom chama varivel) sada do acumulador solar (em srie com a instalaosolar). uma instalao muito prtica e recomendvel para vivendasunifamiliares, com sistemas de aquecimento solar por termossifo.

Energia de apoio num acumulador independente.


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Este acumulador situar-se- entre o acumulador solar e os pontos de consumo.A misso deste acumulador de apoio receber a gua pr-aquecida pelosistema solar.

No juntar a energia solar com a convencionalUm acumulador nico, que armazene a energia solar e a de apoio num mesmoreservatrio, leva a um alto risco de mistura. Para o evitar, necessrio tomarcertas precaues, designadamente quanto estratificao, havendo casos emque tudo se passa como se tivssemos dois depsitos sobrepostos: o solar embaixo e o de apoio em cima. O respeito deste quarto princpio, junto com ostrs anteriores, resultar num bom funcionamento da instalao, assegurando

um elevado rendimento na converso solar.

Figura 2.6 Separao entre a Energia Solar e a de Apoio.

2.5 Converso Trmica a Baixa Temperatura

Qualquer objecto exposto influncia directa do sol recebe calor e aquece.

Um metro quadrado orientado para o Sol, recebe, fora da atmosfera, uma

energia equivalente de 1367 W. Esta energia, ao atravessar a atmosferaterrestre, atenuada ao valor aproximado de 1.000 Watts / m 2.

Colectores solares. Efeito estufa.Sabemos que um corpo exposto ao sol, recebe um fluxo energtico "Q" que oaquece. Simultaneamente, h perdas por radiao, conveco e conduo, queaumentaro com a temperatura do corpo.


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Chega um momento em que as perdas trmicas, "Qp", se igualam aos ganhos,devido ao fluxo energtico incidente, atingindo-se a temperatura de equilbrio,"tc".Assim, no equilbrio tem-se:

Q = Qp

Se conseguirmos extrair continuamente uma parte do calor produzido,mudaremos as condies do equilbrio anterior, ficando:

Q = Qp + Qu

Qu Energia extrada do corpo.

Corpo negro, aquele que absorve toda a radiao incidente mas, tambmaquele que, a uma dada temperatura consegue emitir mais energia porradiao. Se colocarmos uma superfcie plana bem orientada radiao solar,ela absorver a energia incidente, aquecendo at atingir o equilbrio trmico(perdas = ganhos). Como consequncia, absorve energia com um comprimentode onda entre 0.25 e 2.5 m e emite-a, com comprimentos de onda maiores.Por exemplo, uma chapa a 100 C emite entre 3.9 e 39 m.

Assim, a energia luminosa transformou-se em trmica, e ser aproveitada sefizermos circular um fluido.

Para a captao solar, interessa-nos um corpo que absorva como um corponegro e emita pouco, nascendo, assim, o conceito de superfcie selectiva .


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Figura 2.7 Perdas Trmicas e Efeito de Estufa:1-Radiao Solar Incidente;2-Radiao emitida

pela cobertura ao aquecer; 3-Radiao reflectida no interior do colector e que no escapa para

o exterior.

Chamamos corpo transparente quele que deixa passar a radiaoelectromagntica. A maior parte do espectro da radiao solar, estcompreendido entre 0.25 e 2.5 m. A luz atravessa o vidro e chega aoabsorsor. Este, aquece e emite radiao com um comprimento de onda maior,para o qual o vidro opaco, no conseguindo escapar para o exterior,contribuindo, assim, para aquecer ainda mais a superfcie do absorsor. Esteltimo fenmeno conhecido como efeito estufa .

A cobertura transparente, reduz consideravelmente as perdas trmicas porconveco, entre o absorsor e o ambiente exterior.

Superfcie Selectiva - uma superfcie que absorve bem a radiao solar,mas a uma dada temperatura emite muito menos que o corpo negro. Asprimeiras superfcies selectivas eram de xidos negros de nquel e de crmio,

com emitncias da ordem de 0.1 e 0.2. Actualmente existem superfciesselectivas, com emitncias da ordem de 0.05 (caso das superfcies TINOX dexido de titnio)Tubos de vcuo - O efeito de estufa pode ser melhorado de formasignificativa, se entre o absorsor e o vidro se fizer o vcuo, pois, desta forma,anulam-se as perdas por conveco e conduo.


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3. Sistema Solar Trmico para Piscina e Balnerio

3.1 Caracterizao

A Piscina e respectivo Balnerio, fazem parte de um aldeamento destinado aTurismo de Habitao, numa aldeia, Silveira de Cima, situada na Serra daLous, distrito de Coimbra.Sero utilizados, pelos utentes do aldeamento, durante os meses de Abril aOutubro, das 9 s 20 horas, prevendo-se uma utilizao mais intensiva ao longodos meses de Vero.

Tal utilizao implicar um consumo de energia para aquecimento da gua parabanhos muito significativo.

Caractersticas da Piscina:

Latitude 40.2 Orientao N/S

Ao ar livre e descoberta

rea 120 m 2 Volume 180 m 3 Profundidade mdia 1.5 m No existem sombreamentos

Caractersticas do Balnerio:

Orientao N/S rea 74 m 2 Dividido em duas partes, uma para homens e outra para mulheres,

equipado com um total de seis chuveiros Telhado plano


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A casa das mquinas anexa ao balnerio e tem uma rea de 33 m 2.Todos estes dados constam, de forma pormenorizada, dos desenhos e doquestionrio preliminar do levantamento das condies, em anexo.

Informao Geogrfica e Climtica obtida atravs do programa Solterm (INETI).

Figura 3.1 Informao Geogrfica e Climtica de Coimbra.

3.2 Aspectos Tcnicos

Produo de AQS (gua Quente Sanitria)

Temperatura do sistema dimensionado para 45C; Utilizao de vlvula misturadora para obteno de uma

temperatura de utilizao de 38C;

Recirculao; Utilizao de colectores planos; Depsito acumulador vertical de dupla serpentina; Circulao forada atravs de bomba (circuito primrio B1); Depsito de expanso;


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O circuito primrio ser executado em tubo de cobre comaplicao de isolamento;

Sistema de apoio por caldeira a gasleo; e,

Sondas de temperatura. dada prioridade ao aquecimento de gua sanitria (AQS).

Aquecimento da Piscina

Temperatura de 26C; Permutador de placas; Sondas de temperatura; e, Circulao forada atravs de bomba (circuito primrio B2).

3.3 Princpio de Funcionamento

O sistema solar trmico, funcionar de acordo com o esquema mostrado nafigura 3.2 , sendo dada prioridade AQS.

Figura 3.2 Esquema de Princpio


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gua Quente Sanitria

O sistema solar constitudo, basicamente, por dois circuitos hidrulicos quetrocam energia trmica entre si no permutador de calor (permutador deserpentina do acumulador):

Circuito primrio Neste circuito, circula o fluido (anticongelante) queabsorve a energia da radiao solar. A radiao incidente no colectorsolar, ir aquecer o fluido do circuito primrio, que ir trocar calor com agua de consumo, atravs do permutador de calor.

Circuito secundrio Neste circuito, circula a gua de consumo. A guaproveniente da rede, entra no acumulador de calor e entra, depois, emcirculao no circuito secundrio. No permutador de calor, aquecida pelofluido existente no circuito primrio. Caso a energia solar no sejasuficiente para atingir a temperatura de consumo desejada, existe umacaldeira a gsoleo, que aquecer a gua at temperatura de consumo.

Aquecimento da Piscina

O sistema solar constitudo, basicamente, por dois circuitos hidrulicos quetrocam energia trmica entre si no permutador de calor (permutador deplacas):

Circuito primrio Neste circuito, circula o fluido (anticongelante) que

absorve a energia da radiao solar. A radiao incidente no colector solarir aquecer o fluido do circuito primrio, que ir trocar calor com a guada piscina, atravs do permutador de calor.

Circuito secundrio Neste circuito, circula a gua da piscina. Nopermutador de calor, a gua aquecida pelo fluido existente no circuitoprimrio.


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0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

N (litros)

Jan Fev M ar Abr M ai Jun Jul Ago Se t Out Nov Dez Ms

Perfil das Necessidades de AQS por dia

min

mx

md

Figura 3.3 Perfil da necessidade diria de AQS, ao longo da poca.

Na tabela 3.2 apresenta-se a distribuio do consumo de AQS ao longo dohorrio de funcionamento dirio em cada um dos meses de funcionamento.

Tabela 3.2 Distribuio ao longo do dia e por ms dos consumos.

Perfil de Consumo - BalnerioAQS (l) Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez10 - 11 0 0 0 0 0 40 40 40 0 0 0 011 - 12 0 0 0 0 0 60 80 80 0 0 0 012 - 13 0 0 0 30 40 70 100 100 40 30 0 013 - 14 0 0 0 40 60 60 100 120 40 40 0 014 - 15 0 0 0 40 90 80 100 100 60 40 0 015 - 16 0 0 0 40 90 80 100 150 60 40 0 0

16 - 17 0 0 0 40 100 120 100 160 80 40 0 017 - 18 0 0 0 60 100 120 120 160 100 60 0 018 - 19 0 0 0 0 0 120 120 160 100 0 0 019 - 20 0 0 0 0 0 0 120 160 0 0 0 0Total 0 0 0 250 480 750 980 1230 480 250 0 0

As necessidades energticas de AQS so dadas pela expresso T C mQ e = ,


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onde:m a massa de gua a consumir;C e o calor especfico da gua; e, T a diferena entre a temperatura do projecto (45 C) e a temperatura da

gua da rede.

Como j anteriormente foi referido, a temperatura de preparao de AQS de45 C. Vamos calcular a energia necessria, para compensar a diferena detemperaturas, em cada ms, entre a mdia de temperatura da gua da rede e ade preparao, isto , 45 C.

Tabela 3.3 Necessidades energticas de AQS Consumomdio

Temp.md Salto Necessidade Energtica - Q = m*C e*TDias

mensal guaRede Trmico Mensal DiriaMs

(n) (lits) (m3) (C) (C) (Mcal) (MJ) (kWh) (MJ) (kWh)

Jan 31 0 0 11,2 33,8 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

Fev 28,25 0 0 11,7 33,3 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

Mar 31 0 0 12,2 32,8 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

Abr 30 7.500 7,5 13,1 31,9 239,25 1.001,69 278,25 33,39 9,27Mai 31 14.880 14,88 14,6 30,4 452,35 1.893,91 526,09 61,09 16,97

Jun 30 22.500 22,5 16,1 28,9 650,25 2.722,47 756,24 90,75 25,21

Jul 31 30.380 30,38 17,6 27,4 832,41 3.485,14 968,10 112,42 31,23

Ago 31 38.130 38,13 17,6 27,4 1.044,76 4.374,21 1.215,06 141,10 39,20

Set 30 14.400 14,4 16,6 28,4 408,96 1.712,23 475,62 57,07 15,85

Out 31 7.750 7,75 15,1 29,9 231,73 970,19 269,50 31,30 8,69

Nov 30 0 0 12,5 32,5 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

Dez 31 0 0 11,5 33,5 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

Mdia 30,44 19.362,86 19,36 14,15 30,85 551,39 2.308,55 641,26 75,30 20,92Tot.

Anual 365,25 135.540,00 135,54 3.859,71 16.159,84 4.488,84


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Resulta do quadro anterior, tabela 3.3 , uma necessidade energtica anualde, aproximadamente, 4.5 MWh, atingindo o seu pico de, aproximadamente,1.2 MWh, no ms de Agosto, como se pode observar na figura 3.4 .

Perfil da Necessidade Energtica Anual

0

200

400

600

800

1.000

1.200

1.400

Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez M s

Q (kW.h)

Q

Figura 3.4 Perfil da necessidade energtica anual.

O nmero mdio, dirio, de utilizadores da piscina de 15.No foi feita a estimativa das necessidades energticas para o aquecimento dapiscina, pois, a prioridade o aquecimento da gua utilizada no balnerio, umavez que a piscina s funciona, praticamente, nos meses de Vero. Esta, vai seraquecida com o excedente da energia solar satisfeitas que foram asnecessidades de AQS do balnerio.

3.5 Acumulador. Volume e Dimensionamento

Ao sistema de armazenamento, devemos exigir-lhe as seguintes condies: altacapacidade calorfica, volume reduzido, temperatura de utilizao de acordocom a necessidade energtica, rpida resposta ao consumo, boa integrao noedifcio, baixo custo, segurana e longa durao.


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Os depsitos acumuladores, dispor-se-o, preferencialmente, em posiovertical, para favorecer a estratificao da temperatura da gua. Comoconsequncia, e no caso de haver mais do que um acumulador, da partesuperior do primeiro depsito, extrai-se a gua para o segundo acumulador.Com esta disposio asseguramos que a gua mais quente se encontra na partesuperior do acumulador, que , precisamente, donde extrada para o consumosanitrio.

A verticalidade dos depsitos de armazenamento, tem vantagens relativas aocusto, menor espao ocupado e maior eficcia do isolamento trmico, sendo

mais reduzidas as superfcies de apoio no cho.

Para a escolha do material do depsito acumulador teremos em contaos seguintes factores:

Corroso - O tratamento de potabilidade das guas, produz umimportante acrscimo da sua agressividade.

Presso - A presso dentro dos mesmos, pode chegar a 8 kg/cm 2 e cadautilizao traduz-se numa baixa de presso no seu interior, provocandocontraces.

Temperatura - A temperatura da gua acumulada, pode variar entre 10C e 90 C, produzindo esforos de dilataes e contraces constantes.

O ao o mais utilizado dado o seu custo, mas necessita de proteco interiorcontra a corroso, seja mediante a pintura tipo "epoxi", com nodo anti-

corroso de magnsio, ou galvanizado em quente. Neste caso, a temperaturade armazenamento no deve ultrapassar os 65C.

Exteriormente o depsito protege-se com uma pintura anti-corrosiva que,simultneamente, amplia a sua vida til.


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Geralmente o volume de acumulao corresponde ao consumo mdio dirio.Valores superiores no significam maiores economias. Por outro lado, se ovolume acumulado menor, conseguem-se maiores temperaturas deacumulao, mas com um menor rendimento.

A temperatura deve ser adequada utilizao, mas, neste caso, interessa queseja o mais baixo possvel. Por exemplo, se pretendermos gua para banhos(temperatura entre 36 C e 38 C) conveniente que o sistema sejadimensionado para 45 C a 50 C e recomendvel a utilizao de uma misturadora termosttica que permita fornecer gua a uma temperatura, toprxima quanto possvel, de utilizao.

Figura 3.5 Acumulador com misturadora temosttica (V.M.).

Permutador de CalorIntroduz-se um permutador de calor numa instalao solar, quando queremosum permutador de calor numa instalao solar, quando queremos ter dois

circuitos independentes. usual a sua utilizao em: Instalaes de AQS se no quisermos que a gua de utilizao passe pelos

colectores. Instalaes combinadas de AQS e aquecimento de piso radiante, tendo em

conta que o consumo preferencial para AQS. Instalaes bi-fsicas que incluem captao, com colectores de gua e

aquecimento de ar forado com sistema fan-coil.


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Este tipo de permutadores, dos mais utilizados e tem as seguintes vantagens:

Alta qualidade do material, que garante a durao e a rentabilidade; So modulveis, permitindo um fcil aumento do nmero de placas; Fcil manuteno; so desmontveis e de fcil limpeza; e, Tm uma excelente eficcia, devido ao seu funcionamento em

contracorrente, permitindo uma grande potncia de permuta, mesmosendo de pequena dimenso.

No presente projecto , foi escolhido um volume de acumulao de 500 litros,

pois, apesar de o consumo mdio ser de 630 litros e o mximo 1230 litros, como escolhido, 60% das necessidade de AQS, so satisfeitas. Os meses em queno se verifica a situao referida, so os mais quentes, ou sejam, Junho, Julhoe Agosto, onde o sistema solar suficiente para suprir as necessidades de AQS.

3.5.1 Caractersticas do Acumulador Escolhido

Foi escolhido um depsito, Vitocell B 300 com as seguintes caractersticas:

Em ao vitrificado; Capacidade de 500 litros; Dupla serpentina; Eficincia nos permutadores de 65%; Perda de carga da serpentina do circuito primrio de 0.102 m c.a.; Volume de fluido da serpentina do circuito primrio de 15 litros;

Volume de fluido da serpentina do circuito secundrio de 11 litros; Presso mxima de servio do circuito primrio de 25 bar; Presso mxima de servio do circuito secundrio de 10 bar; e, Altura de 1.767 m; Dimetro de 0.923 m e Peso de 125 Kg.


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3.6 Superfcie Colectora

3.6.1 Constituio do Colector Plano

De forma simples, um colector plano formado pela cobertura, a placaabsorsora e uma caixa isolada para evitar perdas de calor. placa absorventesolda-se uma serpentina de tubos pelos quais circula o fluido trmico.

Figura 3.7 Constituio do Colector Plano.

Coberturas transparentes As qualidades fundamentais que devem ter so:

Ter uma boa transparncia (perto de 90%); Provocar o efeito estufa e reduzir as perdas por conveco, melhorando o

rendimento do colector; e, Assegurar a estanquicidade do colector gua e ao ar. As coberturas dos

colectores devem resistir presso do vento, ao peso do gelo, da neve eaos choques trmicos.

Os materiais mais utilizados so o vidro e alguns tipos de acrlicos.

As coberturas de vidro duplo tm a vantagem de aumentar o efeito estufa e atemperatura que pode atingir o fluido no absorsor. Por outro lado, as perdaspticas so maiores (a energia recebida menor). Em geral, pode dizer-se quea cobertura dupla mais interessante quando a temperatura exterior maisbaixa e o vento mais forte. Nas nossas latitudes este tipo de cobertura s temsentido para instalaes de alta montanha, nas quais a intensidade de radiao maior.


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Placa AbsorsoraO absorsor tem como misso receber a energia, transform-la em calor etransmiti-la ao fluido trmico.

Os modelos mais habituais de absorsor so:

Duas placas metlicas separadas alguns milmetros, entre as quais circulao fluido (lmina de gua).

Tipo denominado Roll-Bond . Estes painis so formados por duas placasde cobre/alumnio unidas por presso a quente. O circuito desenhado

com resina e nesse local as placas no soldam. O lquido circula nessecircuito impresso.

Placa metlica absorsora, sobre a qual esto soldados os tubos. Absorsores de plstico (prolipropileno), usados quase exclusivamente em

aquecimento de piscinas.

Figura 3.8 Modelos de Absorsor.


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O absorsor tem de ter uma absortncia elevada (>0.9). Para que o rendimentoseja elevado podemos recorrer a superfcies selectivas que absorvem to bemcomo o corpo negro, mas perdem menos por radiao (0.05 a 0.15)

Isolamento posteriorSitua-se entre a caixa e o absorsor, para reduzir as perdas de calor porconduo.O isolamento utilizado, pode ser de qualquer dos tipos existentes no mercado(l de vidro ou de rocha, poliuretano, aglomerado de cortia, etc.), que

possuam uma elevada resistncia trmica.A precauo mais importante o seu comportamento com a temperatura, jque no Vero e com a instalao parada, pode ultrapassar os 150 C. Oenvelhecimento e a humidade so dois factores a ter em conta, pois destamaneira perde-se grande parte das caractersticas isolantes.

Caixa A misso da caixa proteger do vento, da chuva, da poeira, suportar osdiversos elementos do colector e actuar, conjuntamente, com a estrutura,atravs dos elementos de fixao necessrios.

No aceitvel ter de trocar um colector, ou a caixa, antes do tempo de vidanormal desta, que deve ser pelo menos de 10 anos.A caixa deve ser estanque s entradas de ar e gua e resistente corroso.Devero selar-se todas as possveis juntas, mas ter de haver um sistema de

compensao de presso interior que no permita a entrada de gua.

3.6.2 Rendimento de um Colector Solar

Os colectores ensaiam-se, geralmente, fazendo-os funcionar num banco deensaio sob condies estveis de radiao solar, velocidade do vento,temperatura do fluido entrada e temperatura ambiente.


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Os resultados obtidos nos ensaios apresentam-se como o rendimento docolector, , definido pela relao entre a energia captada e recebida

( ) ( ) g

a f L I

t t U F F

= ``

com: Rendimento

F Factor de irrigao Transmitncia da cobertura transparente Absortncia da placa absorsora

LU F Coeficiente global de perdas f t Temperatura mdia do fluido

at Temperatura ambiente

g I Radiao global incidente sobre o colector por unidade de rea

Para um caudal determinado e com ( ) e LU constantes, a equao desta

curva caracterstica do colector, pode assemelhar-se com bastante exactido auma recta.

Figura 3.9 Curva de Rendimento de um Colector Solar.

Por aqui se v, figura 3.9 , que o rendimento do colector diminui medidaque a temperatura mdia do fluido (T f ) sobe. Quando T * nulo (a temperaturamdia do fluido igual temperatura ambiente). O rendimento designa-se por


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3.6.3 Fluido de Transferncia Trmica

aquele que circula dentro do absorsor e que transfere outra parte dosistema a energia trmica absorvida. Utiliza-se como fluido trmico, gua ouuma mistura de anti-congelante e gua, soluo, esta, mais usada paraproteger os colectores do perigo de congelao. preciso ter em conta, asdiferenas das propriedades fsicas entre a gua e os lquidos anti-congelantes.A viscosidade pode ser bastante elevada, sobretudo em frio, aumentando asperdas de carga no circuito e modificando as condies de funcionamento dabomba.

Se a diferena de altura entre os colectores e o ponto mais baixo do circuitoprimrio for importante, pode produzir-se uma certa decantao do anti-congelante, diminuindo, assim, a sua concentrao na parte superior docircuito, deixando desprotegidos os colectores.

A mistura com anti-gel provoca uma diminuio do calor especfico do fluido.

O aumento do caudal, melhora a transferncia de calor, mas tambm apotncia consumida pela bomba. A partir de um certo valor, no se justificaaument-lo, porque o ganho trmico deixa de ser significativo.O valor aconselhado, depende do colector e das caractersticas do fluido.

No presente projecto, o fluido de transferncia trmica uma dissoluode gua e 30 % de Propilenglicol. Neste caso, o calor especfico de 0.94Kcal/Kg C.

Se o fabricante recomenda um caudal de 1.67 litros/minuto.colector quando ofluido de transferncia trmica a gua, ter-se- ento que dividir este valor,pelo calor especfico correspondente a uma soluo de Propilenglicol a 30%,uma vez que, o fluido de transferncia trmica, uma dissoluo dePropilenglicol.


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O caudal recomendado passa de 1.67 a 1.77 litros/minuto.colector.

3.6.4 Orientao e Inclinao dos Colectores

Os colectores devem situar-se de tal forma, que ao longo do perodo anual deutilizao, aproveitem a mxima radiao solar incidente. Orientam-se ao Sulgeogrfico, no coincidente com o Sul magntico definido pela bssola, j que oNorte geogrfico est cerca de 5 para a direita do Norte magntico.

Figura 3.10 Altura Solar (h) e Azimute Solar ( s )

O posicionamento dos colectores, determina a quantidade de radiao solaraproveitvel, ao longo do perodo de utilizao anual.

A orientao que maximiza a quantidade de radiao aproveitvel, coincide como Sul geogrfico.

Figura 3.11 Orientao de um Colector Solar

A inclinao dos colectores, deve optimizar a captao de radiao solar,tendo em conta a variao da altura solar ao longo do ano.


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As inclinaes que habitualmente se do aos colectores, segundo a poca doano e uso, constam da tabela 3.6:

Tabela 3.6 Inclinao do Colector em funo da Utilizao e da Latitude do Lugar

As figuras seguintes, figuras 3.12, 3.13 e 3.14 , mostram as diferentesinclinaes a dar, aos colectores solares, de modo a optimizar a radiao solar,tendo em conta a variao solar ao longo do ano.

Figura 3.12 Inclinao de um Colector Solar, no Solstcio de Vero.

Figura 3.13 Inclinao de um Colector Solar, nos Equincios.


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Figura 3.14 Inclinao de um Colector Solar, no Solstcio de Inverno.

No presente projecto, o grupo de colectores , vai ser orientado ao Sulgeogrfico, com um azimute solar, s, de 0 e uma inclinao de, 40.2 (latitudedo local) 15, ou seja, 25.2.

3.6.5 Caractersticas do Colector Plano Escolhido

Foi escolhido um colector, Vitosol 100, modelo s2.5, com as seguintes

caractersticas:

Rendimento ptico de 0.84; Factor de perdas de 3.36 W/(m 2.K); Caudal recomendado de 40litros/h.m 2; Presso mxima de servio de 6 bar; rea da superfcie colectora de 2.5m 2; Volume do fluido de transferncia trmica de 2.2 litros Capacidade trmica de 6.4 kJ/( m 2.K); Caixa em alumnio; Dimenses: 1.138 m*2.385 m; Peso de 60kg.


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3.6.6 Clculo da Superfcie Colectora Necessria

Foram efectuadas vrias simulaes, atravs dos programas Solterm V4.5,desenvolvido pelo INETI (Instituto Nacional de Engenharia Tecnologia, eInovao), Esop 2.0 da Viessmann e Wica V7.0 desenvolvido pela Roca, asquais se encontram em anexo.

Simulao feita atravs do programa Esop 2.0Com uma superfcie colectora de 20m 2 o sistema solar, conseguir assegurarcerca de 98.3% das necessidades de energia, para aquecimento da gua dosbanhos (AQS). Para o aquecimento da gua da piscina, conseguir assegurar

cerca de 100% das necessidades de energia.

Figura 3.15 Resultados da Simulao feita pelo programa ESOP.

Um rendimento do sistema de 37.9%.Poupana anual de gasleo de 2200.2 litros.


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0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100%

Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ag Sept Oct Nov DicPeriodo de tiempo 1- 1- - 31-12-

Cobertura ACS 98 % Cobertura Pisc. 100 %

Cobertura tot. 99 % Figura 3.16 Taxa de Cobertura das Necessidades de Energia Fraco Solar.

Pela observao da figura 3.17 , verificamos que a energia necessria para aproduo de gua quente sanitria (AQS) de 4.46 MWh.A energia fornecida pelo sistema solar para a produo de AQS de 5.32 MWh.A energia fornecida pelo sistema solar para o aquecimento da gua da piscina de 7.81 MWh.A energia fornecida, pela caldeira de apoio AQS de 91 kWh.

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1.0001.100

1.200

1.300kWh


E ACS solar 5.323 kWh E pisc. solar 7.814 kWh

E calef. aux. 91 kWh E ACS 4.459 kWh

Figura 3.17 Energia necessria e fornecida .

Uma temperatura mdia, anual, da gua da piscina de 26.1 C e superior a 26C em 53.8% das horas de funcionamento.


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0,0

3,0

6,0

9,0

12,0

15,0

18,0

21,0

24,0

27,0

30,0 C


Temperatura media de servicio 26 C

Figura 3.18 Temperatura mdia da gua da piscina ao longo do ano.

Simulao feita atravs do programa Solterm V4.5A simulao feita, atravs deste programa, teve em vista, unicamente, o clculoda superfcie colectora necessria para satisfazer a AQS. O Solterm nopermite a combinao de sistemas, neste caso, AQS e aquecimento da piscina.Foi utilizado este programa, para confirmar os resultados obtidos peloprograma Esop.

Figura 3.19 Resultados da Simulao feita pelo programa Solterm.


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Como podemos verificar, pela anlise da figura 3.19 , o sistema solarconseguir assegurar cerca de 98.8% das necessidades de energia, paraaquecimento da gua dos banhos (AQS).

No presente projecto , como so utilizados colectores com rea unitria de2.5m 2 e queremos uma superfcie colectora de 20m 2, obtemos uma necessidadede 8 colectores , orientados para o Sul geogrfico e com uma inclinao de25.2.

O aparente sobredimensionamento, resulta de, por um lado se tratar de um

empreendimento luxuoso, e por outro lado o aldeamento no estar ligado rede elctrica. O aldeamento alimentado por um Sistema Hbrido.

3.6.7 Distribuio e Ligao dos Colectores

Como regra geral, para uma distribuio uniforme do caudal, conveniente quetodas as filas de colectores, tenham o mesmo nmero de colectores, paraassegurar perdas de carga iguais em todas elas, sem aumentar os custos comacessrios.

Existem dois tipos de ligao para os colectores e que so:

Ligao em srie . Neste caso, o caudal de circulao igual em todosos colectores.

Figura 3.20 Ligao em Srie

A ligao de entrada a cada fila, realizar-se- pelo tubo de ligao inferiordo primeiro colector e a sada pelo tubo de ligao superior do ltimo


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colector da linha. Para determinar o nmero mximo de colectores quepodem ser ligados em srie, preciso ter em considerao que atemperatura nos ltimos colectores pode ser elevada e provocar danos nosmateriais ou a formao de vapor no circuito. Por outra parte, h umaacentuada queda do rendimento nos ltimos colectores da srie.

Ligao em paralelo . Devemos dispor as ligaes, de forma a realizar adenominada alimentao ou retorno invertido , para que o circuitoresulte hidraulicamente equilibrado .

Figura 3.21 Ligao em paralelo com alimentao invertida.

Figura 3.22 Ligao em paralelo com retorno invertido.

O traado, realizar-se- de modo que o tubo geral de retorno, pelo qualcircula o fluido aquecido, tenha o percurso mais curto possvel. Assim, mais conveniente a alimentao invertida.

Ligao em paralelo de canais.

Figura 3.20 Paralelo de Canais


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A ligao em paralelo, poder ser feita em paralelo de canais, com avantagem de necessitar de um menor comprimento das tubagens. Onmero mximo de colectores ligados em paralelo de canais, ser orecomendado pelo fabricante.

Do ponto de vista funcional, devemos ter em conta para o traado da bateria decolectores, os seguintes factores:

A instalao dos colectores, deve assegurar que o percurso hidrulico sejao mesmo para todos, de forma a obter perdas de carga e caudais

similares em todos eles. Se assim no for, os saltos trmicos noscolectores, que dependem directamente do caudal, sero diferentes unsdos outros, reduzindo-se o rendimento global da instalao.

O caudal especfico nos colectores, em litros/(m 2.min), deve ser o caudalrecomendado. Desta forma, asseguramos um bom coeficiente detransmisso de calor, entre o absorsor e o fluido. O valor ptimo,depende das caractersticas do colector e do fluido de transferncia.

O comprimento das tubagens, deve ser o mais curto possvel, paraminimizar as perdas de carga e de calor. As perdas de calor em tubagense acessrios devem reduzir-se ao mnimo, evitando zonas mal isoladas epontes trmicas.

O desenho da bateria ,deve evitar a formao de bolsas de vapor ou dear, tal como permitir uma montagem e desmontagem simples doscolectores.

Caudais menores, penalizam o rendimento, pois obrigam o segundo colector eseguintes, a funcionar com temperaturas mais elevadas.

Nos colectores em srie, para manter o caudal por unidade de rea, implica oaumento significativo de perda de carga.


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Caldeira Vitola 100 27 kW; Potncia nominal de 27 kW; Rendimento de 93%; e, Bomba de circulao de 60W .

3.8 Permutador de Placas

O sistema solar constitudo, basicamente, por dois circuitos hidrulicos quetrocam energia trmica entre si no permutador de placas ( Aquecimento dagua da piscina ).

O permutador de placas, ser do modelo B 25*30, com as seguintes

caractersticas:

Temperatura de entrada no circuito primrio de 54 C; Temperatura de sada no circuito primrio de 36.31 C; Temperatura de entrada no circuito secundrio de 30 C; Temperatura de sada no circuito secundrio de 51 C; Perda de carga no circuito primrio de 0.3 m. c.a.;

Perda de carga no circuito secundrio de 0.19 m. c.a.; e, rea de transferncia de calor de 1.76m 2.

Figura 3.22 Programa de dimensionamento do Permutador de Placas.


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Como o fluido de transferncia trmica, uma dissoluo de gua e 30 % dePropilenglicol, ter-se- que dividir o caudal, de 1.67 l/col.min pelo calorespecfico correspondente soluo (0.94 Kcal/Kg C para uma temperatura de45 C Anexo IV, grfico 4 ), obtendo assim, um caudal de 1.77 litros porminuto por colector .

Atravs do caudal obtido, para o grupo de colectores, podemos obter odimetro interior da tubagem utilizando a frmula seguinte:

35.0C jd = Onde d o dimetro em cm, C o caudal em m 3 /h e j 2.2 (tubagens metlicas).

De seguida, deve comprovar-se, para o dimetro obtido, se a instalao cumpreas seguintes condies:

A perda de carga por metro linear de tubo, no supere os 40 mm. c.a. A velocidade de circulao do lquido ter que ser inferior a 1,5 m/s.

Atravs da utilizao de um grfico, Anexo IV, grfico 1 , do conhecimentoprvio do caudal e do dimetro interior calculado, obtemos a velocidade e aperda de carga. Deve ser aplicado um factor de correco, perda de cargaobtida, uma vez que o fluido no gua.

A velocidade poderia ser confirmada, com mais exactido, atravs da seguintefrmula:

Q = (d2 / 4) v.

Q - Caudal circulante em m 3 /s. ( 1 m 3 /h = 0,000277 m 3 /s).d - Dimetro interior do tubo em m. (1 mm. = 0,001 m).v - Velocidade de passagem em m/s.


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Tubagem do circuito primrio, que liga bateria de colectores

Como temos oito colectores , o caudal total ser de 8*1.77=14.18 litros porcolector (851 litros por hora ou 0.85 metros cbicos por hora).

mmcmC jd 8.2008.285.02.2 35.035.0 ==== (dimetro interior)

Dever, portanto, escolher-se o dimetro comercial mais prximo, e ver secumpre as condies exigidas em questo de velocidade e perda de carga.

Tubagem de cobre comercial: Cu 28*1 mm

Pelo grfico 1 do Anexo IV pode verificar-se que, para um caudal de 0.85m 3 /h de gua, a perda de carga ser de cerca de 16 mm c.a., a umavelocidade,(calculada), de 0.45 m/s

Contudo, h que ter em conta que o fluido ao ser distinto da gua, aos

resultados obtidos no grfico, deve aplicar-se um factor de correco, igual raiz quarta do quociente, entre a viscosidade da dissoluo e a da gua temperatura pretendida, (neste caso 45 C).

Para a temperatura de 45 C obtemos uma viscosidade de 0.58 para a gua e1.25 para a dissoluo grfico 2 do Anexo IV .

21.158.025.1

..

44 == guaVisdissoluoVis

F

Fazendo a respectiva correco, (1.21*16=19.4 mm c.a.), haver uma perdade carga de 19.4 mm c.a. , que bastante inferior pedra de carga mxima,(40 mm c.a.).


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Tabela 3.6 Espessura do Isolamento em funo do dimetro do tubo

No presente projecto , a espessura mnima do isolamento ser:

Para a tubagem Cu 28*1 mm do circuito primrio, que liga bateriade colectores, a espessura do isolamento mnimo recomendado de 20mm ;

Para a tubagem Cu 22*1 mm que faz o paralelo dos dois grupos, amesma de 20 mm .

3.10 Bombas de Circulao

A movimentao do fluido trmico no circuito primrio e da AQS no secundrio,realiza-se com a ajuda de electro-circuladores (grupos de presso accionadospor um motor elctrico), capazes de fornecer ao fluido, a energia necessriapara poder transport-lo a uma determinada presso. Esta energia, devevencer a resistncia que ope o fluido sua passagem pelo tubo e o aumentode altura para manter a presso de trabalho em qualquer ponto da instalao.

Figura 3.23 Ponto de Funcionamento da Bomba Circuladora.


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Cada bomba tem uma curva caracterstica de P, (perda de carga), em funodo caudal.

O ponto de funcionamento, corresponde interseco entre a curva dainstalao e a caracterstica da bomba. A bomba, deve ser escolhida de forma aque o ponto de funcionamento, se situe na zona central da sua curvacaracterstica.

Existem bombas com um selector de velocidade, que permite escolher a suacurva. Neste caso, conveniente escolher uma bomba que funcione nas

velocidades intermdias e no nas extremas, pois, desta forma, ficamos compossibilidade de manobra.

Para dimensionar a bomba, necessrio calcular a perda de carga dainstalao.

3.10.1 Bomba de Circulao do Circuito Primrio B1

A perda de carga, da instalao, obtida foi de 3.724 m. c.a.

A totalidade desta perda de carga, corresponde ao somatrio das seguintesperdas de carga:

Perda de carga na tubagem, acessrios e singularidades 2.317 m. c.a.; Perda de carga no grupo de colectores 1.306 m. c.a.; e,

Perda de carga no permutador de serpentina 0.102 m. c.a.

Dimensionamento da Bomba B1

P C P =


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Onde P a potncia elctrica do electrocirculador, C o caudal (m 3 /s) e P aperda de carga da instalao (N/m 2)

22 /5.36497..1//9800..724.3 m N acmm N acm P Total =

W P 62.85.364973600

85.0=

Considerando o rendimento da bomba circuladora de 25%, ter-se- umapotncia nominal de:

W P

P bomba

n 48.3425.0

62.8==

Deve escolher-se uma bomba com uma potncia nominal cerca de 20% acimadeste valor, ou seja, (34.48*1.2= 41.38 W), 41.38 W.

Obtemos, assim, depois de uma anlise sua curva caracterstica (fabricante),uma bomba circuladora com as seguintes caractersticas:

Bomba Grundfos PS 10 II (60W); Tenso nominal de 230 V; Potncia nominal de 60 W; Presso mxima de 6 bar; Caudal mximo de 3.7 m 3 /h; H. Mxima de 5.8 m; Perda de carga de 3.7 m c.a. (ponto de funcionamento); Caudal de 851 litros/h.

3.10.2 Bomba de Circulao do Circuito Secundrio B2



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Perda de carga na tubagem, acessrios e singularidades 2.148 m. c.a.; Perda de carga no grupo de colectores 1.306 m. c.a., e, Perda de carga no permutador de serpentina 0.299 m. c.a.


22 /6.36769..1//9800..752.3 m N acmm N acm P Total =

W P 68.86.36769360085.0

=


W P

P bomba

n 72.3425.068.8

==

Deve escolher-se uma bomba com uma potncia nominal cerca de 20% acimadeste valor, ou seja, (34.72*1.2= 41.66 W), 41.66 W.


Bomba Grundfos P 10 II (60W); Tenso nominal de 230 V; Potncia nominal de 60 W; Presso mxima de 6 bar; Caudal mximo de 3.7 m 3 /h; H. Mxima de 5.8 m; Perda de carga de 3.75 m. c.a.; e,


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Caudal de 851 litros/h.

3.11 Vaso de Expanso

Ao aquecer a gua, esta dilata e alguma coisa num circuito tem de encaixaresta dilatao. Esta funo, assegurada pelos vasos de expanso que podemser abertos ou fechados.

Figura 3.24 Dilatao da gua em funo da temperatura.

O volume de um vaso de expanso deve ser, pelo menos, igual ao aumento devolume do lquido do circuito, se a presso inicial do vaso de expanso for igual presso do circuito no ponto de ligao. Recomenda-se que a presso inicial

seja de 2/3 da presso do circuito (presses absolutas).3.11.1 Montagens correctas do vaso de expanso

O vaso de expanso, dever ser montado, necessariamente, na aspirao dabomba no circuito de ida para os colectores, figura 3.25 , e se o espaoimpedir a colocao da forma anterior, podemos instal-lo como mostra afigura 3.26 . Neste caso, absolutamente necessrio instalar um purgadorautomtico, antes do vaso de expanso, para poder facilitar a evacuao degases.

Figura 3.25 Montagem do Vaso de Expanso. Figura 3.26 Montagem do Vaso de Expanso.


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3.11.2 Dimensionamento do Vaso de Expanso

O vaso de Expanso, para o circuito primrio pode ser dimensionadao atravsda seguinte frmula:

( ) ( )( )5.0

12+

+++=

st e

e K V N P P

P V z V V V

Onde: V N o volume nominal do depsito de expanso em litros; V V igual a 0.005*V A em litros (mnimo de 3 litros);

V A o volume do fluido da instalao completa; V 2 igual a VA*, com =0.16 para temperaturas entre -20 C a + 120

C; V K a capacidade do colector em litros; P e a presso final admissvel em bar (P e=Psi-0.1*P si). P si a presso da

vlvula de segurana; P st a presso inicial do azoto do vaso de expanso em bar, (P st=1.5

bar+0.1*h). h a altura entre a sada para o vaso de expanso, (grupode bombagem), e o topo do colector, (ponto + alto); e,

Z o nmero de colectores.

O volume do fluido da instalao completa, V A, de 41.32 litros. Correspondeao somatrio dos seguintes volumes:

Volume total do fluido nos oito colectores 17.6 litros;

Volume total do fluido na tubagem de cobre 8.02 litros; Volume total do fluido na serpentina (circuito primrio) 15 litros; Volume total do fluido no grupo de bobagem (circuito primrio) 0.7

litros.

litrosV litrosV V V AV 321.032.41005.0005.0 === (mnimo de 3 litros)


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A altura, h, de 3.2 metros e a presso da vlvula de segurana, P si, de 6bar.

bar P e 4.561.06 ==

bar P st 82.12.31.05.1 =+=

litrosV 37.513.032.412 ==

litrosV K 2.2=

colectores z 8=

( ) ( )( )

litrosV N 96.535.082.14.514.52.2837.53

+

+++=

A instalao em causa, necessita de um vaso de expanso de 54 litros.Optamos por dois vasos de expanso da Viessmann, um de 40 e outro de 18litros.

3.12 Controlo

Os electro-circuladores, devem funcionar, s quando os colectores puderem terum ganho til e, parar quando o rendimento for negativo, quando atemperatura sada do colector for inferior temperatura no depsito, porquea radiao baixa ou o depsito j est quente. Doutra forma, a temperatura sada do colector, seria inferior de entrada e o colector funcionaria como

dissipador de energia.

Isto, consegue-se com o termostato diferencial e as sondas de temperatura deque est munido.

Uma das sondas, coloca-se na parte superior dos colectores e a outra na parteinferior do acumulador. A ltima ligao, realiza-se entre o termostato e asbombas de circulao. muito importante que as ligaes no tenham unies,


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e estas se realizem com soldaduras de estanho, para que o contacto elctricoseja perfeito.

O termostato diferencial, compara as temperaturas da sonda 1 (situada naparte superior dos colectores) e da sonda 2 (na parte inferior do primeiroacumulador de A.Q.S.) e pe o circulador em funcionamento, quando valer apena (a gua est mais quente nos colectores do que no depsito.

Figura 3.27 Regulao por termstato diferencial actuando sobre a bomba de circulao.

1 colector, 2 acumulador, 3 bomba, 4 regulador diferencial, 5 e 6 sonda de temperatura, 7

vlvula

Os dispositivos de controlo das bombas circuladoras, tem evoludo e, em vezdos simples sistemas termostticos ( tudo ou nada ), esto a aparecer sistemascom microprocessadores capazes de assegurar a interligao do sistema solarcom outras fontes de energia e de estabelecer estratgias de funcionamentopara vrias utilizaes.

Para alm disto, alguns controladores podem impor diferentes velocidades defuncionamento das bombas (diferentes caudais), optimizando as condies defuncionamento. Outros h em que possvel indicar o caudal do circuitopermitindo que um integrador d informaes sobre a energia fornecida.


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Existem controladores mais complexos, com mais sensores, em que possvelescolher o modo de funcionamento, sendo possvel controlar vrias fontes deenergia e vrios circuitos de utilizao.

No presente projecto , o controlo, do sistema solar trmico, ser feito atravsdo regulador para sistemas de energia solar, Vitosolic 200

Controlo do Circuito Primrio (AQS) Bomba 1

Bomba 1 ON

Quando a temperatura da sonda ST 1, superior, em 8 C, temperatura dasonda ST2 e a temperatura da sonda ST 2 inferior a 75 C.

Bomba 1 OFF

Quando a temperatura da sonda ST 1, inferior, em 4 C, temperatura dasonda ST2, ou quando a temperatura da sonda ST 2 superior a 80 C.

Controlo do Circuito Primrio (Aq. Piscina) Bomba 2

Bomba 2 ON

Quando a temperatura da sonda ST 1, superior, em 8 C, temperatura dasonda ST4 e a temperatura da sonda ST 4 inferior a 30 C e B 1 OFF.

Prioridade gua quente Sanitria (AQS).

Bomba 2 OFFQuando a temperatura da sonda ST 1, inferior, em 4 C, temperatura dasonda ST4, ou quando a temperatura da sonda ST 4 superior a 34 C, ouquando B1 ON.


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Controlo do Apoio gua Quente Sanitria (AQS) Bomba 3

Bomba 3 ON

Quando a temperatura da sonda ST 3, inferior a 40 C.

Bomba 3 OFF

Quando a temperatura da sonda ST 3, superior a 45 C.

A bomba 3 controlada pela caldeira.

Controlo da Bomba do Circuito Secundrio (Piscina) Bomba 4

Bomba 4 ON

Quando a B2 ON.

Bomba 4 OFF

Quando a B2 OFF.

Controlo da Bomba de Recirculao do Circuito Secundrio (AQS) Bomba 5

Bomba 5 ON

Das 9 s 21 horas.

Bomba 5 OFF

Das 21 s 9 horas.

A bomba de recirculao, B 5, tem controlo incorporado, com sensor detemperatura.

O controlo, tambm, est explicado no esquema de princpio que se encontrano Anexo V.


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4. Sistema Solar Trmico para uma Habitao Unifamiliar

Uma vez que, na Seco 3 , j foram pormenorizados os aspectos, maisrelevantes, atinentes ao Sistema em causa, esta Seco ser o mais sucintapossvel.

4.1 Caracterizao

A Habitao unifamiliar, do tipo T2, faz parte do j referido aldeamentodestinado a Turismo de Habitao, na aldeia, Silveira de Cima, situada na

Serra da Lous, distrito de Coimbra.Assim sendo, espera-se que a habitao tenha um funcionamento, quasecontnuo, ao longo de todo o ano.No entanto, prev-se uma utilizao mais intensiva nos meses de Vero.Tal utilizao, implicar um consumo de energia para aquecimento da guapara banhos, muito significativo.

Caractersticas da Habitao:

Latitude 40.2; Orientao N/S; Dois quartos cuja rea total de 21.32 m 2; Uma sala com a rea de 26.43 m 2; Um WC com a rea de 4.05 m 2; Uma zona de circulao com a rea de 3 m 2; Uma varanda com a rea de 14.6 m 2; Uma arrecadao com a rea de 7.9 m 2; rea total de 77.3 m 2 e til de 54.8 m 2; e, Pavimento em tijoleira.

No existem sombreamentos


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Todos estes dados constam, de forma pormenorizada, dos desenhos e doquestionrio preliminar de levantamento das condies, em anexo.

4.2 Aspectos Tcnicos

Produo de AQS (gua Quente Sanitria)

Temperatura do sistema dimensionado para 45 C; Utilizao de vlvula misturadora para obteno de uma

temperatura de utilizao de 38 C; Recirculao; Utilizao de colectores planos; Depsito acumulador vertical de dupla serpentina; Circulao forada atravs de bomba (circuito primrio B1); Depsito de expanso; O circuito primrio ser executado em tubo de cobre com

aplicao de isolamento; Sistema de apoio por caldeira a gasleo; e, Sondas de temperatura.

dada prioridade ao aquecimento de gua sanitria (AQS).

Aquecimento por Piso Radiante

Temperatura do sistema dimensionado para 25 a 45 C; Depsito vertical com permutador de serpentina incorporado; Sondas de temperatura; Circulao forada atravs de bomba (circuito primrio B2);


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Sistema de apoio por caldeira a gasleo; e, Vlvulas motorizadas de trs vias.

4.3 Princpio de Funcionamento

Figura 4.1 Esquema de Principio

gua Quente SanitriaO sistema solar constitudo, basicamente, por dois circuitos hidrulicos que

trocam energia trmica, entre si, no permutador de calor (permutador deserpentina do acumulador):

Circuito primrio Neste circuito, circula o fludo (anticongelante) queabsorve a energia da radiao solar. A radiao incidente no colectorsolar, ir aquecer o fludo do circuito primrio, que ir trocar calor com agua de consumo, atravs do permutador de calor.

Circuito secundrio Neste circuito, circula a gua de consumo. A guaproveniente da rede, entra no acumulador de calor, e entra depois emcirculao no circuito secundrio. No permutador de calor, aquecida pelofludo existente no circuito primrio. Caso a energia solar no seja


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suficiente para atingir a temperatura de consumo desejada, existe umacaldeira a gsoleo, que aquecer a gua at temperatura de consumo.

Aquecimento por Piso Radiante

O sistema solar constitudo, basicamente, por dois circuitos hidrulicos quetrocam energia trmica, entre si, no permutador de calor (permutador deplacas):

Circuito primrio Neste circuito circula o fludo (anticongelante) queabsorve a energia da radiao solar. A radiao incidente no colector solar

ir aquecer o fludo do circuito primrio, que ir trocar calor com a guado depsito destinado ao aquecimento, atravs do permutador deserpentina.

Circuito secundrio Neste circuito circula o termofluido destinado aoaquecimento por piso radiante.

O termofluido que circula no circuito secundrio passa sempre pelacaldeira de apoio, podendo esta, sempre que necessrio, elevar a suatemperatura.

O princpio de funcionamento, do sistema solar, encontra-se pormenorizado, nadescrio do controlo, seco 4.11 , e no Anexo V .

4.4 Perfil de Consumos

Encontra-se, devidamente, explicitado nas tabelas e grficos seguintes,tambm, constantes dos anexos.


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Tabela 4.1 Estimativa do Perfil do Consumo.

Utilizadores / dia Frac. Banhos / dia Necessidades de AQS / dia Fraco

min mx Ms min mx md min mx md md/MsAQS

n n (%) n n n (lits) (lits) (lits) (%)

Jan 2 3 75,0 2 3 3 92 138 115 47,7Fev 3 4 100,0 3 4 4 138 184 161 66,8Mar 2 3 75,0 2 3 3 92 138 115 47,7Abr 3 4 100,0 3 5 4 138 224 181 75,1

Mai 3 4 100,0 3 6 5 138 264 201 83,4Jun 3 4 100,0 3 8 6 138 344 241 100,0

Jul 3 4 100,0 3 8 6 138 344 241 100,0Ago 3 4 100,0 3 8 6 138 344 241 100,0Set 3 4 100,0 3 8 6 138 344 241 100,0Out 2 4 100,0 2 6 4 92 264 178 73,9Nov 2 3 75,0 2 5 4 92 218 155 64,3Dez 3 4 100,0 3 4 4 138 184 161 66,8

Mdia 3 4 93,8 3 6 4 122,67 249,17 185,92 77,1

No presente caso, foi considerada uma necessidade de AQS, aproximadamente,de 40 litros por pessoa, para banhos.

Como o Aldeamento tem servio de restaurao e lavandaria, foramconsiderados, cerca de 5 litros, por pessoa, para outras necessidades.

Como podemos constatar, pela observao da tabela 4.1 , a necessidademdia diria de AQS de, aproximadamente, 186 litros, atingindo o pico de241 litros, nos meses de poca alta, Vero.

A necessidade anual de AQS de 67900 litros como se verifica consultando atabela 4.3 .


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0

50

100

150

200

250

300

350

N(Litros)

Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez M s

Perfil das N ecessidades de AQS p or dia

Mn

Mx

Md

Figura 4.2 Perfil da necessidade diria de AQS, ao longo da poca.

Na tabela 4.2 apresenta-se a distribuio do consumo de AQS ao longo dohorrio de funcionamento dirio em cada um dos meses de funcionamento.

Tabela 4.2 Distribuio ao longo do dia e por ms dos consumos.

Perfil de Consumo - HabitaoAQS (l) Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez

8 - 9 40 60 40 80 80 80 80 80 80 80 60 609 - 10 62 83 62 83 83 83 83 83 83 83 82 85

10 - 11 1 2 1 2 2 2 2 2 2 1 1 211 - 12 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 012 - 13 1 2 1 2 2 2 2 2 2 1 1 213 - 14 1 2 1 2 2 2 2 2 2 1 1 214 - 15 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 015 - 16 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

16 - 17 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 017 - 18 1 2 1 2 2 2 2 2 2 1 1 218 - 19 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 019 - 20 2 2 2 2 20 20 20 20 20 2 2 220 - 21 3 4 3 4 5 40 40 40 40 4 3 221 - 22 4 4 4 4 5 10 10 10 10 5 4 4Total 115 161 115 181 201 241 241 241 241 178 155 161


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As necessidades energticas de AQS so dadas pela expresso T C mQ e = ,

onde:m a massa de gua a consumir;C e o calor especfico da gua; e, T a diferena entre a temperatura do projecto (45 C) e a temperatura dagua da rede.

Como j, anteriormente, foi referido, a temperatura de preparao de AQS de45 C. Vamos calcular a energia necessria, para compensar a diferena detemperaturas, em cada ms, entre a mdia de temperatura da gua da rede e a

de preparao, isto , 45 C.

Tabela 4.3 Necessidades energticas de AQS

Consumo mdio Temp.md Salto Necessidade Energtica - Q = m*C e*TDiasmensal guaRede Trmico Mensal DiriaMs

(n) (lits) (m3) (C) (C) (Mcal) (MJ) (kWh) (MJ) (kWh)

Jan 31 3.565 3,565 11,2 33,8 120,50 504,50 140,14 16,27 4,52

Fev 28,25 4.548 4,54825 11,7 33,3 151,46 634,12 176,14 22,45 6,24Mar 31 3.565 3,565 12,2 32,8 116,93 489,57 135,99 15,79 4,39

Abr 30 5.430 5,43 13,1 31,9 173,22 725,22 201,45 24,17 6,72

Mai 31 6.231 6,231 14,6 30,4 189,42 793,07 220,30 25,58 7,11

Jun 30 7.230 7,23 16,1 28,9 208,95 874,82 243,01 29,16 8,10

Jul 31 7.471 7,471 17,6 27,4 204,71 857,06 238,07 27,65 7,68

Ago 31 7.471 7,471 17,6 27,4 204,71 857,06 238,07 27,65 7,68

Set 30 7.230 7,23 16,6 28,4 205,33 859,68 238,80 28,66 7,96

Out 31 5.518 5,518 15,1 29,9 164,99 690,77 191,88 22,28 6,19

Nov 30 4.650 4,65 12,5 32,5 151,13 632,73 175,76 21,09 5,86

Dez 31 4.991 4,991 11,5 33,5 167,20 700,03 194,45 22,58 6,27

Mdia 30,44 5.658,35 5,66 14,15 30,85 171,54 718,22 199,51 23,61 6,56Tot.

Anual 365,25 67.900,25 67,90 2.058,53 8.618,64 2.394,07


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Resulta do quadro anterior, tabela 4.3 , uma necessidade energtica anualde, aproximadamente, 2.4 MWh, atingindo o seu pico de, aproximadamente,240 KWh, nos meses de poca alta, Vero, como se pode observar na figura4.3 .

Perfil da Necessidade Energtica Anual

0

50

100

150

200

250

300

Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez Ms

Q

Q (kW.h)

Figura 4.3 Perfil da necessidade energtica anual.

Foi feita uma estimativa das necessidades energticas para o apoio aoaquecimento por piso radiante.Considerando uma carga trmica de 70 W/m 2, uma rea til de 55 m 2,anecessidade energtica ser, cerca de, 3.85 kW.

4.5 Acumulador. Volume e Dimensionamento

No presente projecto , foi escolhido um volume de acumulao de 300 litros.

4.5.1 Caractersticas do Acumulador Escolhido, para AQS

Foi escolhido um depsito, Vitocell B 100 com as seguintes caractersticas:


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Em ao vitrificado; Capacidade de 300 litros; Dupla serpentina; Eficincia nos permutadores de 65%; Perda de carga da serpentina do circuito primrio de 0.204 m c.a.; Volume de fluido da serpentina do circuito primrio de 10 litros; Volume de fluido da serpentina do circuito secundrio de 6 litros; Presso mxima de servio do circuito primrio de 10 bar; Presso mxima de servio do circuito secundrio de 10 bar; Altura de 1.746 m; Dimetro de 0.633 m e Peso de 160 Kg.

4.5.2 Caractersticas do Acumulador Escolhido, para apoio aoAquecimento por Piso Radiante

Foi escolhido um depsito, Vitocell V 100 com as seguintes caractersticas:

Em ao vitrificado; Capacidade de 500 litros; Permutador de serpentina; Eficincia nos permutadores de 65%; Volume de fluido da serpentina do circuito primrio de 12.5 litros; e, Altura de 1.955 m; Dimetro de 0.85 m e Peso de 181 Kg.

4.6 Superfcie Colectora

No presente projecto, o fluido de transferncia trmica uma dissoluode gua e 30 % de Propilenglicol. Neste caso, o calor especfico de 0.94Kcal/Kg C.

O fabricante recomenda um caudal de 1.67 litros/minuto.colector quando ofluido de transferncia trmica a gua, ter-se-, ento, que dividir este valor,


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pelo calor especfico correspondente a uma soluo de Propilenglicol a 30%,uma vez que, o fluido de transferncia trmica uma dissoluo dePropilenglicol.O caudal recomendado passa de 1.67 a 1.77 litros/minuto.colector.

4.6.1 Caractersticas do colector plano escolhido

Foi escolhido um colector, Vitosol 100, modelo s2.5, com as seguintescaractersticas:

Rendimento ptico de 0.84;

Factor de perdas de 3.36 W/(m2

.K); Caudal recomendado de 40litros/h.m 2; Presso mxima de servio de 6 bar; rea da superfcie colectora de 2.5m 2; Volume do fluido de transferncia trmica de 2.2 litros; Capacidade trmica de 6.4 kJ/( m 2.K); Caixa em alumnio; Dimenses: 1.138 m*2.385 m; e, Peso de 60kg.

4.6.2 Clculo da Superfcie Colectora Necessria

Foram efectuadas vrias simulaes, atravs dos programas Solterm V4.5,desenvolvido pelo INETI (Instituto Nacional de Engenharia Tecnologia, eInovao), Esop 2.0 da Viessmann e Wica V7.0 desenvolvido pela Roca, as

quais se encontram em anexo.

Simulao feita atravs do programa Esop 2.0


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Com uma superfcie colectora de 15m 2 o sistema solar, conseguir assegurarcerca de 95.2% das necessidades de energia, para aquecimento da gua dosbanhos (AQS). A fraco solar total, do sistema, ser de 76% .

Figura 4.4 Resultados da Simulao feita pelo programa ESOP.

Um rendimento do sistema de 23.9%.Poupana anual de gasleo de 880.5 litros.

0102030405060708090100

% Variante 1

Feb Abr Jun Ag Oct DicPeriodo de tiempo 1- 1- - 31-12-

Co bertura A CS 95 % Co bertura calefaccin 44 %Cobertura tot. 76 %

Figura 4.5 Taxa de Cobertura das Necessidades de Energia Fraco Solar.


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Pela observao da figura 4.6 , verificamos que a energia necessria para aproduo de gua quente sanitria (AQS) de 2.36 MWh.A energia fornecida pelo sistema solar para a produo de AQS de 4.6 MWh.A energia fornecida, pela caldeira de apoio AQS de 234 kWh.A energia fornecida, pela caldeira de apoio ao aquecimento, por piso radiante de 1.87 MWh.

060120180

240300360420480540600kWh

Feb Abr Jun Ag Oct DicPeriodo de tiempo 1- 1- - 31-12-

E ACS so lar 4.618 kWh E caldera ACS 234 kWhE calef. aux. 1.866 kWh E ACS 2.356 kWh

Figura 4.3 Energia necessria e fornecida

No presente projecto, o grupo de colectores , vai ser orientado ao Sulgeogrfico, com um azimute solar, s, de 0.Com uma inclinao de 40.2 (latitude do local) + 15, ou seja, 55.2.

Como so utilizados colectores com rea unitria de 2.5m 2 e queremos umasuperfcie colectora de 15m 2, obtemos uma necessidade de 6 colectores ,orientados para o Sul geogrfico e com uma inclinao de 55.2.

4.6.3 Distribuio e Ligao dos ColectoresOptou-se que os seis colectores fossem ligados em paralelo de canais , comalimentao invertida, de forma a optimizar o sistema.


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Figura 4.4 Ligao dos Colectores em Paralelo de Canais.

A rea de captao total de 20m 2. Os colectores devero ser instalados numaestrutura de fixao num espao da cobertura, livre de sombreamento.

4.7 Sistema de Apoio

O apoio ser realizado por uma caldeira a gasleo, com as seguintescaractersticas:

Caldeira Vitola 100 18 kW; Potncia nominal de 18 kW; Rendimento de 93%; e, Bomba de circulao de 60 W.

4.8 Tubagens do Circuito Primrio

O caudal recomendado pelo fabricante de 40 litros/m 2.h ou seja de 1.67litros/colector.minuto, pois cada colector tem uma superfcie de 2.5 m 2.

Como o fluido de transferncia trmica, uma dissoluo de gua e 30 % dePropilenglicol, ter-se- que dividir o caudal de 1.67 l/col.min pelo calorespecfico correspondente soluo (0.94 Kcal/Kg C para uma temperatura de45 C Anexo IV, grfico 4 ), obtendo-se, assim, um caudal de 1.77 litros

por minuto por colector .


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4.9 Bombas de Circulao

4.9.1 Bomba de Circulao do Circuito Primrio B1



Perda de carga na tubagem, acessrios e singularidades 3.22 m. c.a.; Perda de carga no grupo de colectores 1.306 m. c.a.; e,

Perda de carga no permutador de serpentina 0.122 m. c.a.


P C P =

Onde P a potncia elctrica do electrocirculador, C o caudal (m 3 /s) e P aperda de carga da instalao (N/m 2)

22 /45570..1//9800..65.4 m N acmm N acm P Total =

W P 1.8455703600

64.0=


W P

P bomba

n 4.3225.01.8

==

Deve escolher-se uma bomba com uma potncia nominal cerca de 20% acimadeste valor, ou seja, (32.4*1.2= 38.88 W), 39 W.


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Bomba Grundfos PS 10 III (75W); Tenso nominal de 230 V; Potncia nominal de 75 W; Presso mxima de 6 bar; Caudal mximo de 3.7 m 3 /h; H. Mxima de 5.8 m; Perda de carga de 4.65 m c.a. (ponto de funcionamento); e, Caudal de 638 litros/h.

4.9.2 Bomba de Circulao do Circuito Secundrio B2



Perda de carga na tubagem, acessrios e singularidades 2.687 m. c.a.; Perda de carga no grupo de colectores 1.306 m. c.a.; e, Perda de carga no permutador de serpentina 0.015 m. c.a.


22 /39298..1//9800..01.4 m N acmm N acm P Total =

W P 99.639298360064.0

=



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P e a presso final admissvel em bar (P e=Psi-0.1*P si). P si a presso davlvula de segurana;

P st a presso inicial do azoto do vaso de expanso em bar, (P st=1.5bar+0.1*h). h a altura entre a sada para o vaso de expanso, (grupode bombagem), e o topo do colector, (ponto + alto); e,

Z o nmero de colectores.

O volume do fluido da instalao completa, V A, de 30.97 litros. Correspondeao somatrio dos seguintes volumes:

Volume total do fluido nos oito colectores 13.2 litros;

Volume total do fluido na tubagem de cobre 7.07 litros; Volume total do fluido na serpentina (circuito primrio) 10 litros; e, Volume total do fluido no grupo de bobagem (circuito primrio) 0.7

litros.

litrosV litrosV V V AV 3155.097.30005.0005.0 === (mnimo de 3 litros)

A altura, h, de 3 metros e a presso da vlvula de segurana, P si, de 6bar.

bar P e 4.561.06 ==

bar P st 8.131.05.1 =+=

litrosV 03.413.097.302 ==

litrosV K 2.2=

colectores z 8=

( ) ( )( )

litrosV N 77.415.08.14.514.52.2603.43

+

+++=


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A instalao em causa, necessita de um vaso de expanso de 42 litros.Optamos por dois vasos de expanso da Viessmann, um de 25 e outro de 18litros.

4.11 Controlo

No presente projecto , o controlo, do sistema solar trmico, ser feito atravsdo regulador para sistemas de energia solar, Vitosolic 200

Controlo do Circuito Primrio (AQS) Bomba 1

Bomba 1 ONQuando a temperatura da sonda ST 1, superior, em 8 C, temperatura dasonda ST2 e a temperatura da sonda ST 2 inferior a 75 C.

Bomba 1 OFF

Quando a temperatura da sonda ST 1, inferior, em 4 C, temperatura dasonda ST2, ou quando a temperatura da sonda ST 2 superior a 80 C.

Controlo do Circuito Primrio (Aquecimento) Bomba 2

Bomba 2 ON

Quando a temperatura da sonda ST 1, superior, em 8 C, temperatura da

projecto de sistema solar térmico

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