DIMENSIONAMENTO DE UM AQUECEDOR SOLAR DE ÁGUA               FEITO COM GARRAFAS PET                   PEDRO HENRIQUE FONSEC...
Aquecedor solar de água feito com garrafas PET: vista geralO aquecedor solar de água feito com garrafas do tipo PET tem o ...
Na reflexão, uma considerável parcela de infravermelho fica retido no interior da garrafa, de modoque o interior da garraf...
Tabela 1 – Consumos diários de água mais comuns                   Local              Consumo (l/dia)             Por      ...
Para o cálculo da energia total necessária para aquecer a água destinada ao consumo diárioutiliza-se a Eq. (3).           ...
Finalmente, para a determinação do número de garrafas PET necessário para a construção doaquecedor solar de água com garra...
Inicio                                          V       volume diário de                                              água...
SimulaçãoA partir da aplicação desenvolvida, podem ser feitas simulações de situações práticas que podemreceber o aquecedo...
valor absoluto em si, mas também por corresponder a 0,77% do PIB do Brasil em 2007, de acordocom o valor do PIB em 2007 mo...
Próximos SlideShares
Carregando em…5
×

Aquecedorsolar

367 visualizações

Publicada em

0 comentários
1 gostou
Estatísticas
Notas
  • Seja o primeiro a comentar

Sem downloads
Visualizações
Visualizações totais
367
No SlideShare
0
A partir de incorporações
0
Número de incorporações
3
Ações
Compartilhamentos
0
Downloads
11
Comentários
0
Gostaram
1
Incorporações 0
Nenhuma incorporação

Nenhuma nota no slide

Aquecedorsolar

  1. 1. DIMENSIONAMENTO DE UM AQUECEDOR SOLAR DE ÁGUA FEITO COM GARRAFAS PET PEDRO HENRIQUE FONSECA BERTOLETI Centro de Energias Renováveis – UNESP, Campus Guaratinguetá TEÓFILO MIGUEL DE SOUZA Centro de Energias Renováveis – UNESP, Campus GuaratinguetáEste trabalho apresenta o aquecedor solar de água feito com garrafas PET, de simplesconstrução, que busca dar duas grandes soluções, como o aquecimento de água utilizando aenergia solar e reutilização das garrafas PET jogadas no ambiente. Além disso, será mostradocomo dimensioná-lo. A partir dos cálculos de dimensionamento foi montada uma aplicação /software e, em seguida, foram feitas simulações para prever o quanto de economia este tipo deaquecedor solar de água fornece e qual sua contribuição ao meio ambiente com a reutilização degarrafas PET jogadas no ambiente.Em uma residência, por exemplo, a economia pode ser de 45%na conta de energia elétrica considerando apenas a utilização da água aquecida para banho.Logo, vê-se que o aquecedor solar de água feito com garrafas PET é um equipamento muitorelevante na utilização da energia solar para trabalho útil e contribuição ao meio-ambiente.This document show the solar water heater made of PET bottles, a simple-construction solar waterheater that try to give us two important solutions, water heating using solar energy and reutilizationof the PET bottles left in the nature. Also, it will be showed how to do the dimensioning of it. Basedon the showed dimensioning a application / software is developed and after that simulations aremade using the application to provide how is the economy if it’s used this kind of solar water heaterand their environmental contribution by reutilization of the PET bottles abandoned in the nature.For example, in a common home the economy is about 45% of the electricity bill considering thatthe warmed water is used just to take a shower. So, the conclusion is: the solar water heater madeby PET bottles is a very relevant equipment to the use of the solar energy, to useful applicationsand environmental contribution.IntroduçãoCom a crescente necessidade de energia elétrica, meios que contribuam para a maiorracionalização da energia elétrica consumida são muito relevantes. Além disso, as garrafas PETjogadas no meio ambiente já são um desafio, pois o tempo de decomposição e danos ambientaisque causam são bem grandes.Com base nestes dois grandes problemas foi criado o aquecedor solar de água feito com garrafasPET, que visa utilizar a energia solar para trabalho útil e contribuir para a reutilização das garrafasPET. Este trabalho define melhor estes aquecedores, mostra como dimensioná-lo de forma rápidae simples e faz simulações da economia de energia elétrica que se consegue com o uso deste tipode aquecedor.
  2. 2. Aquecedor solar de água feito com garrafas PET: vista geralO aquecedor solar de água feito com garrafas do tipo PET tem o aspecto mostrado na Fig. 1. Esteaquecedor pertence ao Centro de Energias Renováveis – UNESP, Campus Guaratinguetá Figura 1 – aquecedor solar de água feito de garrafas PET do Centro de Energias Renováveis, UNESP, Guaratinguetá.Os materiais utilizados são as garrafas do tipo PET, canos do tipo PVC, reservatório (boiler) dacapacidade que se desejar, pasta de silicone para isolar termicamente o fundo e a boca da garrafae conexões para os canos PVC. Os canos de PVC são ligados ao reservatório, de modo quetenha água em seu interior todo o tempo. Um esquema mais genérico de como será o esteaquecedor está na Fig 2. Apesar de estar apresentado o esquema de um aquecedor solar de águautilizando coletores convencionais, basta substituir os coletores normais pelas garrafas PET,conforme a Fig. 1, para se ter um esquema geral do aquecedor solar de água feito com garrafasPET. Figura 2 – Esquema geral de um aquecedor solar de água. Fonte: GREEN, M. A. et al. Solar celi efficiency tables: version 16. Progress in Photovoltaics: Research and Applications, Sydney, v. 8, p. 377-384, 2000 (Adaptado).Para a maximização do aquecimento recomenda-se pintar a parte externa dos canos de PVC quepassam dentro das garrafas PET de tinta preta fosca.FuncionamentoO funcionamento deste tipo de aquecedor de água baseia-se no efeito estufa. Ao incidir sobre asgarrafas PET, os raios solares e o ambiente interno das garrafas aquecem o cano de PVC
  3. 3. Na reflexão, uma considerável parcela de infravermelho fica retido no interior da garrafa, de modoque o interior da garrafa PET funcione como um armazenador temporário de calor, deixando ointerior da garrafa PET aquecido, mostrado pela Fig. 3, calor este transmitido aos canos PVC econseqüentemente para a água em seu interior, criando uma corrente de convecção. Assim, aágua aquecida, mais leve, circula de modo a subir para o reservatório, enquanto a água mais friadesce para a parte inferior, sendo posteriormente aquecida. Figura 3 – em (a) os raios solares incidem sobre as garrafas PET e (b) mostra a retenção da parcela de infravermelho dentro da garrafa, fazendo-a armazenar calor temporariamente.Porque utilizar este aquecedor?Os motivos para se utilizar este aquecedor são freqüentemente ligados a razões ambientais eeconômicas, porém além destas há outros motivos indiretos. Estes motivos são:• Quando utilizada para lavagem de roupas, a água aquecida apresenta maior eficiência na limpeza, poupando assim uma porcentagem do uso de sabões e derivados.• Quando utilizada para lavagem de louças, a água aquecida apresenta maior eficiência da limpeza poupando assim uma porcentagem do uso de sabões, detergentes e derivados.• Quando utilizada para aplicações gerais de aquecimento como para cozimento, por exemplo, apresenta uma economia de cerca de 1% para cada 5ºC da temperatura da água acima da temperatura ambiente (Incropere, 1998).Logo, o aquecedor solar de água feito com garrafas PET possui inúmeros benefícios indiretos,como a retirada de garrafas PET do ambiente, diminuição do lançamento de detergente e sabõesao ambiente conseqüentemente a diminuição das garrafas de detergentes lançadas ao ambiente,o que classifica este tipo de aquecedor como um equipamento versátil.Dimensionamento: consumo diário de águaPara dimensionar este tipo de aquecedor solar de água é necessário primeiramente saber oconsumo diário de água do que deve ser alimentado pela água aquecida. Os consumos diários deágua mais comuns são apresentados na Tabela 1.
  4. 4. Tabela 1 – Consumos diários de água mais comuns Local Consumo (l/dia) Por Banheiro 50 usuário Banheira 50 usuário convencional Hidromassagem 200 usuário Cozinha 50 usuário Lavadora de pratos 150 dia Lavanderia 200 usuário Alojamento de obra 24 pessoa Casa popular 36 morador Casa rural 36 morador Residencial 45 morador Apartamento 60 morador Escola 45 pessoa Quartel 45 pessoa Hotel 36 hóspede Hospital 125 leito Restaurante 12 refeiçãoO consumo diário total, em litros, é dado pela somatória dos consumos diários de cada local a serabastecido por água aquecida, conforme mostra a Eq. (1). n Cd = ∑ i= 1 Cli (1)Onde: Cd: Consumo total diário (l/dia). Cli: Consumo de cada local que será abastecido por água aquecida (litros por dia). n: número total de locais que serão abastecidos por água aquecidaDimensionamento: cálculo da energia necessária para o aquecimentoPara efetuar o cálculo da energia necessária para aquecer a quantidade de água definida noconsumo diário, primeiramente é preciso saber a variação de temperatura. Para isto utiliza-se aEq. (2). ∆ T = Tf − Ti (2)Onde: Tf: Temperatura desejada da água após o aquecimento (ºC). Ti: Temperatura inicial da água / temperatura antes do aquecimento (ºC). ΔT: Diferença entre a temperatura final e a temperatura inicial (ºC).Adota-se que o termo Ti corresponda à temperatura ambiente do local de instalação doaquecedor. Vale mencionar que, para fornecer 12 litros de água aquecida acima de 40ºC por dia,são necessários no mínimo 2 metros de cano PVC dentro de 6 garrafas PETs. Como a relação devolume de água aquecida por comprimento de cano é diretamente proporcional, pode-se fazeruma simples proporção para se obter o comprimento de cano PVC necessário para aquecer acimade 40ºC um volume desejado de água. Deve-se considerar também que em todo e qualquerdimensionamento, se utilizado um reservatório (boiler) de qualidade, a temperatura da água caicerca de 10ºC em 12 horas.
  5. 5. Para o cálculo da energia total necessária para aquecer a água destinada ao consumo diárioutiliza-se a Eq. (3). q = m.c.∆ T (3)Onde: q: energia necessária para o aquecimento da água (cal). m: massa total de água a ser aquecida (g). É permitida a consideração de que a densidadeda água é 1 g/ ml, logo o fator m corresponde ao fator Cd. c: calor específico da água (cal.ºC-1). O valor adotado para a água é 1 cal.ºC-1.Dimensionamento: densidade média do fluxo energéticoCada região do país possui uma chamada densidade média do fluxo energético, que dependepredominantemente do ângulo de incidência da luz solar na região. A Fig. 4 como se comportaeste valor para cada região do país Figura 4 – densidade média de fluxo energético no Brasil e sua variabilidade mensal, extraídas do “Atlas da irradiação solar do Brasil” publicado em 1998.A partir dos dados da Fig. 3, deve ser escolhido um valor de densidade média de fluxo energético(Igráfico), dado em W/m². Para adaptação com os cálculos à seguir, utilize a Eq. (4). I = Igráfico.859,8452 (4)Onde: Igráfico: densidade média do fluxo energético obtido na Fig 4 (Wh.m-2)O uso da Eq. (4) se faz necessário devido ao fato do valor dado na Fig. 4 ser expresso na unidadeWh.m-2, enquanto nos cálculos são utilizados valores em cal.m-2.Dimensionamento: cálculo do número necessário de garrafas PETPrimeiramente, deve-se realizar o cálculo da área total de garrafas PETs necessária para aquecera quantidade de água desejada é dada pela Eq. (5). 2q S= (5) IOnde: S: área total do aquecedor solar de água feito com garrafas PET (m²)
  6. 6. Finalmente, para a determinação do número de garrafas PET necessário para a construção doaquecedor solar de água com garrafa PET utiliza-se a Eq. (6). Cd 5159071,2 N= .6. (6) 12 IOnde: N: número de garrafas PET necessário para se construir o aquecedor solar de água(adimensional). N tem este formato pois a uma fileira com 6 garrafas PETs consegue aquecer(acima de 40ºC) 12 litros de água por dia. A razão 5159071,2 / I é um fator que corrige o númerode garrafas PET conforme a densidade média do fluxo energético na região, tomando-se comoreferência o valor da densidade média de fluxo energético da região norte.Se N não resultar em número inteiro, deve-se arredondar para o número inteiro imediatamentesuperior ao resultado obtido.Após ter o número de garrafas PET definido, coloque-as em um arranjo simular ao mostrado naFig. 1, obedecendo uma distribuição de garrafas de seis garrafas PET por cano, com comprimentode 2 metros cada.Dimensionamento: softwareVisando maior praticidade, foi desenvolvida uma aplicação para efetuar o dimensionamento destetipo de aquecedor, cujo fluxograma é mostrado na Figura 6.
  7. 7. Inicio V volume diário de água a ser aquecida Massa total de água V.1000 Delta_t <- diferença de temperatura Energia para aquecimento <- Massa total de água . 1 . Delta_t i <- densidade média do fluxo energético Área do aquecedor <- 2.(Energia para aquecimento) / i Número de garrafas PET <- (V / 12).6 . (5159071,2 / i) Numero de garrafas PET Área do aquecedor Fim Figura 6 – fluxograma da aplicação desenvolvidaEsta aplicação foi desenvolvida em JavaScript, ou seja, é acoplado a uma página HTML. Destemodo pode ser facilmente disponibilizado na Internet, assim qualquer pessoa do Brasil que desejadimensionar um aquecedor solar de água feito com garrafas PET pode fazer isso de sua própriacasa.
  8. 8. SimulaçãoA partir da aplicação desenvolvida, podem ser feitas simulações de situações práticas que podemreceber o aquecedor solar de água feito com garrafas PET.Será exibido neste trabalho o resultado das simulações para uma casa popular com uma famíliade 4, 6 e 10 moradores. A Tab. 2 mostra os resultados das simulações, informando o número degarrafas PET que devem ser compostas o aquecedor por categoria. Todas as simulações foramfeitas supondo a temperatura inicial da água igual a 25ºC e a temperatura final igual a 50ºC. Tabela 2 – Resultados das simulações Regiões Número de pessoas por família 4 pessoas 6 pessoas 10 pessoasNorte 72 garrafas PET 108 garrafas PET 180 garrafas PETNordeste 73 garrafas PET 109 garrafas PET 182 garrafas PETCentro-Oeste 75 garrafas PET 111 garrafas PET 183 garrafas PETSudeste 79 garrafas PET 116 garrafas PET 188 garrafas PETSul 80 garrafas PET 118 garrafas PET 192 garrafas PETConsiderando que esta água seja destinada ao banho, será calculado a economia média comenergia elétrica que cada caso de casa popular com 4, 6 ou 10 moradores. Para isso, serásuposto que há um único chuveiro na casa, de potência 5000W e que cada banho dure 10minutos.O gasto de energia elétrica somente com este chuveiro é dado pelas Eq. (8), Eq. (9) e Eq. (10). 4 E1 = 12.30.5000. (8) 6 6 (9) E 2 = 12.30.5000. 6 10 E 3 = 12.30.5000. (10) 6 Onde: E1: energia elétrica gasta pela família de 4 pessoas (W.h) E2: energia elétrica gasta pela família de 6 pessoas (W.h) E3: energia elétrica gasta pela família de 10 pessoas (W.h)Logo, concluí-se que, para a família de 4 pessoas, haveria uma economia de 1200 kW.h deenergia elétrica por ano. Admitindo a tarifa da energia elétrica igual a R$0,35 por kW.h, aeconomia mensal com aquecimento de água para banho seria de R$420,00. Analogamente, aeconomia para a família de 6 e 10 pessoas é, respectivamente, R$630,00 e R$1050,00.Considerando que o consumo médio, por morador, de uma residência é 55kW, tem-se que aeconomia (na conta de energia elétrica) neste caso é de aproximadamente 45%.Conforme mencionado anteriormente, se estima que, para aplicações gerais de aquecimento, hajauma economia de 1% de energia elétrica destinada a isso para cada 5ºC de elevação datemperatura da água em relação a temperatura ambiente. Sendo assim, a economia que seconsegue utilizando este aquecedor é relevante, sobretudo para grandes aplicações.Uma observação interessante é a prévia da economia que se teria somente no Brasil se todosutilizassem este tipo de aquecedor: considerando a população total do país sendo 190 milhões dehabitantes, o consumo per capita de energia elétrica igual a 55kWh por mês e a tarifa de energiaelétrica igual a R$0,35, a economia anual que se teria, para o uso da água aquecida somente combanho, seria de aproximadamente 1,975.1010 reais, um valor muito relevante não só pelo seu
  9. 9. valor absoluto em si, mas também por corresponder a 0,77% do PIB do Brasil em 2007, de acordocom o valor do PIB em 2007 mostrado no jornal Folha On-line do dia 12/03/2008.Palavras-chaveEnergia solar, Economia, Aquecimento, PET.AgradecimentosAgradecimentos à empresa Praça do Gás pela montagem final do aquecedor e doação demateriais e equipamentos para o Centro de Energias Renováveis, UNESP, CampusGuaratinguetá.Referências[1] S. Colle e E.B. Pereira; Instituto Nacional de Meteorologia (INMET); Atlas de Irradiação Solardo Brasil (Primeira Versão para Irradiação Global Derivada de Satélite e Validada na Superfície);Brasília; 1998[2] GREEN, M. A. et al.; Solar celi efficiency tables: version 16. Progress in Photovoltaics:Research and Applications (Adaptado).; v. 8; Sydney; 2000[3] INCROPERE, F.P., WITT, D. P.; Fundamentos de Transferência de Calor e deMassa; 4a. Edição; LTC; 1998.[4] Folha On-line. Notícia: http://www1.folha.uol.com.br/folha/dinheiro/ult91u381048.shtml , do dia12/03/2008

×