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Projectos de EnergiaSolar para
Aquecimento de gua
Apresentao : S T Spencer
Temasn PROJECTO;
n CONCEPO;
n EXECUO.
n CONVERSO;
n TRANSPORTE;
n ARMAZENAMENTO.
ObjectivoFacultar elementos indispensveis paraFacultar elementos indispensveis para:Elaborao de projectos;Preparao de caderno de encargos;Acompanhamento de obra.
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A Problemtica de Aquecimento de gua
n Falta de preocupaes de eficincia e deconservao de energia na concepo dosedifcios e dos sistemas de apoioenergticos;
n Elevadas necessidades de calor paraaquecer grandes volumes de ar e/ou guadurante todo o ano;
n
Elevada taxa de ocupao dos edifcios /recintos;n Falta de preocupao e hbitos de poupana
de energia e de gua pelos utilizadores.
Porqu a Soluo Solar?n Reduz os custos de explorao;
n Disponibilidade de espao para instalao de colectores;
n Transforma o proprietrio num pequeno produtor de
energia;n No caso de aquecimento de piscinas trata-se da melhor
aplicao de colectores solares;
n No caso de piscinas ao ar livre aumenta o perodo deutilizao;
n Energia renovvel, no poluente e inesgotvel.
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1. Produo de guas quentes sanitrias (AQS) Sade: Hospitais, Clinicas, Lares para Idosos Habitao: Individuais e apartamentos multi-familiares
Turismo: Hotis, Apart-hotis, Parques de Campismo Desporto: Piscinas, Ginsios2. Aquecimento de Piscinas
- Ar livre- Coberta
3. Aquecimento e Arrefecimento Ambiente4. Aquecimento de Processos
- Indstria alimentar- Industria texteis- Miscellaneous: lavagem de viaturas
Aplicaes Tpicas de Energia Solar
PROJECTO
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Elementos Integrantes de um Projecton Memria descritiva e justificativa
Objectivos/generalidades, descrio da infra-estrutura, descrio e justificaodas solues adoptadas, caracterizao geral do sistema, dados de partidapara a base de clculo.
n Estruturao, dimensionamento e operacionalidadedos sistemas
n Condies tcnicas gerais Disposies regulamentares, obrigaes da entidade instaladora, mapas com
prazos de execuo, garantias, ensaios, funcionamento e manuteno,recepo da instalao.
n
Condies tcnicas especiais Dimensionamento e descrio detalhada de todos os componentes queintegram a instalao.
n Mapas de quantidade, medies e oramento
n Peas desenhadas
Elementos Integrantes de um Projecto
14. Clculo trmico final e Valia ambiental
13. Desenho do Lay-out do sistema
12. Esquema unifilar
11. Escolha do(s) depsito(s) de apoio
10. Escolha do(s) depsito(s) de acumulao
9 -ESTRATGIAS DE FUNCIONAMENTO (PRIORIDADE AO SOL)
8. Determinao da rea instalvel
7. Inclinao ptima/ inclinao escolhida6. Integrao arquitectnica
5. Implantao / Estudo de sombras / rea disponvel
4 - CLCULO TRMICO PRVIO
3. Escolha da energia de apoio
2. Identificao e caracterizao das necessidades (AQS, AC, Piscina)
1. Caracterizao do edifcio e da sua envolvente
ESTUDO PRVIO
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Elementos Integrantes de um Projecto
18. Monitorizao permanente/espordica
17. Quadro com os modos de funcionamento
16. Isolamento trmico (materiais, compatibilidade c/ temperaturas, etc...)
15. Atravessamentos de placas e telhados
14. Liras de dilatao ou outros sistemas
13. Suporte de canalizaes
12 -ESTRUTURA DE SUPORTE DOS COLECTORES e Depsitos
11. Escolha do sistema de controlo (termostato diferencial, autmato,...)
10. Dimensionamento dos vasos de expanso (primrio e secundrio).
9. Dimensionamento do permutador
8. Tipo de circuito secundrio
7. Determinao do contedo do primrio
6. Escolha da presso do primrio e definio dos equipamentos de segurana
5. Escolha da bomba
4. Clculo de perdas de carga
3. Caudal do circuito primrio
2. Dimensionamento do primrio
1. Associao dos colectores
DIMENSIONAMENTO
Elementos Integrantes de um Projecto
SEGURANA
3 - MANUAL DE UTILIZAO
2. Instrues p/ verificao de performances
1 - PROCEDIMENTOS DE INSTALAO / TESTE E ARRANQUE
ARRANQUE e TESTE
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- Fazer o(s) desenho do(s) edifcio(s), assinalando assuas caractersticas principais. Simples esboomostrando as principais dimenses, orientao,obstculos, etc .
- Avaliar a disponibilidade da cobertura (estado deconservao, possvel sombreamento e acessos). Utilizar
bssula, fita mtrica e mquina fotogrfica.- Finalmente, o projectista deve investigar se existemrequisitos legais ou obstculos a ultrapassar para aconcretizao do projecto.
Levantamento da Situao Existente
Caderno de Encargos
Descrio Detalhada do Princpio de
Funcionamento, Componentes e Produodo Unifilar da Instalao.
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Produo de Mapas de Quantidade,Medio e Oramento.
Caderno de Encargos
Caderno de Encargos
MAPA DE ORAMENTODESIGNAO QUANT. UN. C. UNIT. Sub-Total
PREOS ( )
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Optar sempre por instalador CERTIFICADO.
Exigir produtos CERTIFICADOS.
Solicitar, por escrito, garantia e esquema de
manuteno para a instalao.
Seleco do Adjudicatrio
- Sobre-dimensionamento: rea de colectores e outroscomponentes.
- Complexidade no dimensionamento.
- Ligao entre colectores (baterias muito diferentes).
- Equilbrio hidrulico do circuito primrio.
- Tubagem e isolamento.
- Sob-dimensionamento: permutador de calor, vaso de expanso.
- Colocao dos sensores de comando.
Erros Comuns no Desenho de Instalaes
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Utilizao de AQS
(at 60 C)
Sector de Sade
Lar de Idosos : 50 a 70litros/cama.dia
Hospitais: 80 a 100litros/cama.dia
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Habitao Multifamiliar
3 pessoas : 96 litros/apt.
3 a 6 pessoas: 144 litros/apt.
+ de 6 pessoas: 180 litros/apt.
Casas IndividuaisMdia: 50 l/ pessoa.dia
Tipo- - T1 T2 T3 T4 T5
Ocupao(pessoas)
1 2 2 2 3 3/ 4 >5
Consumo(l/dia)
15/30
30/80
50/95
75/115
90/150
100/200
200/300
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Hotis (sem lavandaria)
Categoria M ar/ M ontanha Plan cie
Sem estrela 60 litros / quart o 45 litros / quarto
* 70 litros / quarto 52 litros / quarto
** 94 litros / quarto 70 litros / quarto
*** 127 litros / quarto 94 litros / quarto
**** 141 litros / quarto 105 litros / quarto
Hotis (com lavandaria)Categoria M ar/ M ontanha Plancie
No star 76 lit ros / quart o 56 litros / quarto
* 88 litros / quarto 65 litros / quarto
** 118 litros / quarto 87 litros / quarto
*** 159 litros / quarto 118 litros / quarto
**** 177 litros / quarto 131 litros / quarto
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RestaurantesFast-food: 8 litros/ refeio
Tradicional: 10 l itros/ refeio
Pequeno Almoo :
15 l itros/ refeio
2 l itros/ refeio
Outros EquipamentosCampismo : 60 litros/ lugar
Quartis : 30 litros/ pessoa
Escolas com Int :Escola QuartoIndividual:
Escola :S refeio
22 litros/ pessoa50 litros/ quarto
5 litros / aluno
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Equipamentos DesportivosGinsios : 30 litros/ pess.
Fut, rugby: +50%
Piscinas Pblicaspiscinas: 10 litros/ banhista
RecomendaesSempre que possvel, instalar contador de gua entradado depsito de gua quente e registar diariamente osconsumos;
Proceder com registos dirios de nmero de utilizadoresdos recintos;
Recolher facturas mensais de combustvel utilizado pelosaparelhos de aquecimento de gua;
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Aquecimento de Processos Recolher Dados
Caractersticas das cargas trmica
Tipo de combustvel, custos associados
Estimativa da eficincia do sistema instalado
Obter um esquema geral de todos os processos e avaliar a
viabilidade do acoplamento do sistema solar trmico a um ou maisprocessos industriais.
Identificar possveis medidas de recuperao de calor prioritrias naindstria em avaliao (medidas j aplicadas, estado de conservaodo isolamento, processos em que a HR no economicamentevivel).
Oportunidades de Aplicaode Colectores Solares - Indstri
Estimar a temperatura mnima disponvel aps a (hipottica)aplicao de todas as medidas realsticas de recuperao de calor.Se esta temperatura for igual, por exemplo, a 80 C no faz sentidoa aplicao de colectores solares. Por outro lado, se for 50 C, ento
existe um potencial concreto para a instalao de colectores solares. Pr aquecimento de gua a partir de valores muito baixas de
temperaturas. No entanto, os casos na indstria em que as medidasde recuperao de calor (HR) no podem ser aplicadas so raros.
Situaes em que gua quente, em vez de vapor, directamenteutilizada no processo, fazendo com que a "carga disponvel para osolar seja realmente igual carga total da indstria.
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DimensionamentoDados de utilizao / Perfil do consumo
Temperatura da gua da rede
Temperatura da gua de utilizao
Caractersticas do armazenamento
Dados de radiao solar do lugar
Rendimento ptico do colector
Coeficiente de perdas
Disponibilidade de espao para implantao de colectores
Seleco do Equipamento
0 C 30 C 60 C 90 C 120 C
Colector sem Cobertura
Colector Plano Preto Bao
Colector Plano Selectivo
Colector CPC
Tubo de Vcuo
Tipo de Colector
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DIMENSIONAMENTO DETUBAGENS
Transporte de Energia
Dimensionamento da rede tubagem.
Rendimento do colector
Coeficiente de perdas
rea de captao
Caudal recomendado
Velocidade recomendada
Caudal total
Clculo das perdas de carga na rede tubagem.
Clculo das perdas de carga singulares.
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Transporte de EnergiaCobre -Amplamente utilizado em todo o tipo de instalaes porser tecnicamente adequado e economicamente competitivo.
Ao negro -Pode ser utilizado no circuito primrio, mas s aconselhado para grandes caudais. A sua manipulao e montagem mais complicada que no caso do cobre e necessita ser pintado naparte externa para o proteger da corroso.
Ao galvanizado -No pode ser usado no circuito primrio jque com temperaturas superiores a 65 C o zinco sofre corroses. Asua utilizao tem vindo a diminuir, pois com o aumento do custo damo de obra deixa de ser competitivo.
Ao inox - Utilizao crescente nos ltimos anos, boaresistncia corroso, fcil de cortar. No entanto, os acessrios(bicones) NO SO ADEQUADOSNO SO ADEQUADOS a temperaturas de sistemassolares trmicos.
Transporte de Energia
A espessura do isolamento mnimorecomendado nas tubagens de a 25.4 mm de
espessura para k = 0.036 W / (m2 C).
O isolamento aplicado no exterior deve sermecanicamente protegido das intempries e daradiao UV.
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FONTE: Refernc ia n 3.FONTE: Refernc ia n 3.
FONTE: Refernc ia n 4.FONTE: Refernc ia n 4.
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ELECTRO-CIRCULADORES
Determinadas ascondies de servio, possvel escolher abomba apropriada, emfuno:
do aumento depresso necessrio(perdas de carga edesnvel no
enchimento)
e do caudalcirculante.
ELECTRO-CIRCULADORES
ARMAZENAMENTO
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Armazenamento
Armazenar energia calorfica suficiente parasatisfazer as necessidades do utilizadordurante perodos de ausncia ou escassezde radiao solar.
Armazenamento
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Seleco de DepsitosO volume ptimo de acumulao depende do tipo decolectores, do local e das caractersticas do consumo.
De uma maneira geral o volume de armazenamento idntico ao consumo dirio. Valores superiores nooriginam maiores economias.
Se o volume acumulado menor conseguem-se maiorestemperaturas de acumulao mas com um menorrendimento.
Seleco de DepsitosO sistema de armazenamento deve garantirprioritariamente o uso da energia solar face energia convencional.
Sempre que possvel, separar o depsito
acoplado ao sistema solar do depsito ligadoao sistema de apoio.
Procurar depsitos termo-vitrificados ou emao inox.
O isolamento deve ser completo comespessura mnima de 80 mm, dependendo domaterial utilizado.
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Directo com vlvula de 3 vias
Permutador do tipo serpentina,com vlvula de 3 vias
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Permutador de calor externo
Permutador Externo, 2 Depsitos
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Piscina ao Ar Livre
Piscina Coberta
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Piscina coberta com a produo de AQS e pr-aquecimento da piscina
Princpio de uma insta lao deaquecimento solar - processo industrial
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Unifilar
distribuio do
circuito primrio
Indirecto, distribuio do circuito primrio com v3v
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EXECUO
Vlvulas de Equilibragem
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Cuidados Necessrios
Execuo
(Excesso de Calor Pelcula de proteco queimada)(Excesso de Calor Pelcula de proteco queimada)
IMPLICAIMPLICAESES
Soldadura
CalorCalorDecapanteDecapante Calor Solda Calor SoldaLimpeza de excedentesLimpeza de excedentes CRTICOCRTICO:: Tempo de respostaTempo de resposta
para a Correco da Situao.para a Correco da Situao.
CortarCortar
Rebarbar / LixarRebarbar / LixarDesengordurarDesengordurar
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Execuo da Soldadura
Execuo da Soldadura
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Execuo da Soldadura
Execuo da Soldadura
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Execuo da Soldadura
Seleco e Aplicao deAcessrios
A ESTANQUECIDADE DO CIRCUITO DEPENDE DAA ESTANQUECIDADE DO CIRCUITO DEPENDE DACORRECTA APLICAOCORRECTA APLICAO DOS ACESSRIOS.DOS ACESSRIOS.
SoldaSolda CravarCravar EncaixeEncaixe
RoscaRosca ApertoAperto
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Posicionamento Correctodo Purgador de Ar
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sada de um grupo de sada de um grupo decolectores deve ser semprecolectores deve ser semprecolocado umcolocado um purgadorpurgador de ar.de ar.
Comando e ControloExcluir sistemas que disponham somente de um simples termostato(no colector ou no armazenamento) como nico parmetro paradeterminar o funcionamento das bombas.
Para sistemas de grande dimenso optar por controladores compossibilidades de adaptao de data logger.
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Pares Galvnicas de alguns metais e ligascomercializados, em contacto com a gua
do mar
FONTE:FONTE: Corros ion Engineer ingCorrosion Engineer ing,, MarsMars G. Fontana, 1987G. Fontana, 1987
+ Resistente+ Resistente
- Resistente- Resistente
Execuo Correcta da RedeTubagem Placas de Beto
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Execuo Correcta da RedeTubagem Chapa Ondulada
Acessrio utilizado natravessia de chapas
onduladas
MANUTENO
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Os sistemas de colectores solares trmicosrequerem poucas aces de manutenopara funcionarem eficientemente num tempode vida til estimado em cerca de 15.
Muito mais que intervenes de manutenopura, a maioria das aces necessriasdurante a operao do sistema solarcorrespondem a inspeces peridicas.
MANUTENO
CAMPO DE COLECTORES
CIRCUITO PRIMRIO
CIRCUITO SECUNDRIO
COMPONENTES ELCTRICOS
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MANUTENOPREVENTIVA
Consiste essencialmente na
inspeco visual peridica doscomponentes j referenciados.
MANUTENOCORRECTIVA
Baseia-se na resoluo dosproblemas identificados na fasede manuteno preventiva.-Reparao-Substituio-Upgrade
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Assegurar arranques apropriados das instalaes eposteriores ajustamentos com base nalguns dadosmensais de medies de parmetros bsicos do sistema(ganhos solar, temperaturas, caudais, etc).
Produzir telas finais detalhadas e regras de operao emanuteno que devem ser fornecidas (s) pessoa(s)responsvel pelo funcionamento da instalao.
Monitorizar continuamente, por controlo remoto, com apossibilidade de envio de alertas de alarme (via SMS, porexemplo) instalaes de grande dimenso.
Nomear sempre um responsvel pelo funcionamento dainstalao solar.
OUTRAS RECOMENDAES
MONITORIZAO
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Objectivos da MonitorizaoDeterminar a quantidade de energia solar convertida e fornecidaao consumo, bem como a contribuio, para o mesmo consumo,da fonte de energia de apoio presente. As medies realizam-seem contnuo por um perodo relativamente longo, da ordem de umms, a fim de reduzir o impacto sobre os resultados do carcteraleatrio quer da radiao solar quer do consumo.
InstrumentaoContador de gua e de calorias,
Contador de electricidade e/ou de gs,
Contadores horrios,
Integrador solar ou piranmetro,
Sondas de temperatura,
Medidor de caudal,
Termmetro;
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Recolha e tratamento de dados Radiao solar disponvel no plano do colector,
Caudal de circulao dos circuitos (primrio e secundrioquando existem),
Temperaturas a entrada e a sada do campo doscolectores,
Temperatura nos depsitos de acumulao e noutrospontos de dbito de energia,
Volume de gua diria consumida,
Temperaturas da gua da rede e de consumo,
Energia de apoio;
Alguma LITERATURA
1. The Ultimate Pool Maintenance Manual. Mc Graw Hill. TerryTamminen.
3. Active Solar Heating Systems Design Manual. American Society of
Heating, Refrigerating, and Air-Conditioning Engineers, Inc. incooperation with Solar Energy Industries Association.
4. Instalaes Solares Manual. Sociedade Portuguesa de EnergiaSolar / INETI.
5. Solar Heating Systems for Houses A Design Handbook for SolarCombi Systems. James and James / IEA.
2. Plumbing. Roy Treloar. Blackwell Science. Colchester Institute
6. Redes de Distribucin de Fluidos Trmicos. Conservacion deEnergia.IDAE.