Heima Off Grid Casa Auto­‐Suficiente Controlada

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Francesco Campoli's Master Thesis at Istituto Politecnico de Viana do Castelo (Portugal). It's a model of a renewable energy powered house controlled by Freedomotic running
on Udoo board. Demo video https://www.youtube.com/watch?v=1S7eYwwVB30
Photo gallery http://freedomotic.com/easy-gallery/33

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Heima Off Grid Casa Auto­‐Suficiente Controlada

  1. 1.                   PROJETO  FINAL   Curso:  “ENGENHARIA  DE  SISTEMAS  DE  ENERGIAS  RENOVAVEIS”   ESER  2015   Titulo:  “  HEIMA  –  OFF  GRID  ”   -­‐CASA  AUTO-­‐SUFICIENTE  CONTROLADA-­‐   Aluno:  Francesco  Campoli     N:  15460     Julho  2015           Orientador:   Prof.  Paulo  Costa  
  2. 2. ESTG  –  IPVC     HEIMA  |  Francesco  Campoli  |  ESER   2     Índice   AGRADECIMENTOS  ............................................................................................................  4   INTRODUÇÃO  ......................................................................................................................  5   CAPÍTULO  1  -­‐  ESTUDO  DO  PROJETO  ............................................................................  9   1.1   OFF-­‐GRID,  oque  é?  Funcionalidade  e  Gestão  .......................................................  9   1.2   Estudo  Posição  Geografica  –  Localização  ..........................................................  11   1.3   Consumo  Medio  Ano  e  horario,  Perfil  de  Carga,  Analise  Energética  ........  11   1.4   Determinação  Irradiação  Solar  e  Velocidade  Média  Vento  .........................  17   1.5   Dimensionamento  Fotovoltaico  e  Eolico  Autonomos  para  instalação   doméstica  ...................................................................................................................................  19   1.6   Cálculo  Fator  Perdas  .................................................................................................  19   1.7   Estrutura  Casa:  Abordagem  Minimalista  para        uma  Bioarquitetura  e   Bioconstrução  ...........................................................................................................................  20   CAPÍTULO  2  -­‐  PRODUÇÃO  ENERGIA  (ESTUDO  TECNICO)  ..................................  22   2.1   Sistema  Hibrido  MiniEolico/Fotovoltaico/H2  .................................................  22   2.2   Escolha  e  Analise  dos  Componentes  ...................................................................  24   2.3   Aquecimento/Arrefecimento  Casa  e  AQS  ..........................................................  40   CAPÍTULO  3  -­‐  PRODUÇÃO  ÁGUA  ................................................................................  46   3.1   “COMPLUVIUM  DO  MAR”  .........................................................................................  46   3.2   ÁGUA  DE  NEVOEIRO  ..................................................................................................  58   CAPÍTULO  4  -­‐  EFICIENCIA  ENERGÉTICA,  CLASSE  ENERGÉTICA,  LEIS   AUTOCONSUMO.  ..............................................................................................................  60   CAPÍTULO  5  -­‐  CONTROLE  CASA  E  ENERGIA  (DOMOTICA)  .................................  63   5.1   Projeto  Open/Hardware  Source  ...........................................................................  63   5.2   Controle  Sistema  Eletrico  .......................................................................................  65   5.3   FREEDOMOTIC  ............................................................................................................  80   5.4   OPEN  ENERGY  MONITOR  .........................................................................................  87   5.5   Controle  em  Remoto  e  Segurança  ........................................................................  92   CAPÍTULO  6  -­‐  RECICLAGEM  E  REAPROVEITAMENTO  DE  ÁGUAS  CINZAS  .....  96   6.1   Adubo  ou  Fertilizante  ..............................................................................................  97   6.2   Biodiesel  Caseiro  .....................................................................................................  102   6.3   Reaproveitamento  das  águas  cinzas  .................................................................  103   CAPÍTULO  7  –  CONCLUSÕES  E  MELHORIAS  ..........................................................  108   7.1   Grafeno  ........................................................................................................................  109   7.2   Internet  das  Coisas  -­‐  Casa  Jasmina  .....................................................................  112   7.3   Energias  das  Ondas  .................................................................................................  115  
  3. 3. ESTG  –  IPVC     HEIMA  |  Francesco  Campoli  |  ESER   3     CONCLUSÕES  ....................................................................  Error!  Bookmark  not  defined.   BIBLIOGRAFIA  E  SITOGRAFIA  ..................................................................................  119          
  4. 4. ESTG  –  IPVC     HEIMA  |  Francesco  Campoli  |  ESER   4     AGRADECIMENTOS     Apraz-­‐me   reconhecer   que   todo   este   percurso   não   teria   sido   possível  sem  a  ajuda  de  várias  pessoas.   Agradeço   aos   meus   pais,   a   minha   família,   que   junto   com   os   meus  amigos  e  os  meus  professores,  apoiaram  e  encorajaram   este  meu  projeto.   Com   a   minha   “Energia   Renovável”   fui   capaz   de   atribuir   o   título  de  “Heima”  a  este  meu  projeto.                       “O  génio  ,  em  vez,  olha  com  o  intuito  e  cria  sistemas     que  conseguem  “apanhar”     a  enorme  energia  do  planeta….”     N.Tesla       -­‐Energia  Livre-­‐    
  5. 5. ESTG  –  IPVC     HEIMA  |  Francesco  Campoli  |  ESER   5     INTRODUÇÃO     O  tema  central  do  Projeto  é  a  realização  de  uma  casa  autossuficiente,  ou  seja  uma   casa   que   tem   recursos   satisfatórios   ao   conceito   de   bem-­‐estar   nesta   época.   Avaliando   em   fundo   a   palavra   “casa”,   entendemos   que   os   determinados   elementos  para  que  isto  seja  possível  são  vários  e  de  natura  social.   No  título  está  a  palavra  “HEIMA”,  uma  palavra  que  em  islandês  quer  dizer:  “Em   Casa”.  E  é  mesmo  sobre  isto  que  se  concentraram  os  estudos:  “  A  sensação  de   sentir-­‐nos  em  Casa”.   Hoje  para  obter  esta  sensação  de  habitat  natural,  sem  falar  do  plano  afetivo  e   cultural,  precisa  apagar  o  mais  possível  preocupações  que  podem  incomodar  a   nossa  serenidade  e  a  nossa  tranquilidade,  bases  necessárias  para  sentir-­‐nos  “Em   Casa”.   Já   sei   que   nem   todos   temos   a   possibilidade   de   ter   um   terreno   ou   uma   moradia/casa  fora  do  núcleo  da  cidade,  mas  para  quem  tem  este  primeiro  nível   de   independência   foi   pensado   e   realizado   este   projeto.   Só   porque   para   os   apartamentos  ou  condomínios  seriam  necessários  outros  procedimentos  que  por   agora  não  foram  tratados.   Portanto   uma   vez   encontrado   o   destinatario,   posso   explicar   como   pode   ser   possível  realizar  uma  “Casa  fora  da  rede”  (OFF  GRID)  e  com  rede  entendem-­‐se   todos  os  serviços  públicos  que  alegoricamente  chegam  na  forma  de  contas.   As  varias  etapas  com  quem  devemos  lidar  são  divididas  em  7  capítulos  que  vão   explicar   em   pormenor   como   poder   realizar   uma   casa   autossuficiente   em   qualquer   ponto   habitável   da   Terra,   sem   ter   mais   o   problema   em   pagar   eletricidade,   gás   e   água,   tendo   a   disposição   todas   as   varias   tecnologias   (High-­‐ Tech)   para   o   controle   da   própria   casa   e   para   o   controle   dos   consumos   e   da   produção.   Cada  pequeno  problema  foi  avaliado  ao  fim  de  criar  sistemas  originais  capazes   de  fornecer  a  necessidade  geral  de  uma  casa  padrão  de  uma  família  de  4  pessoas.   Estudando  os  consumos,  os  estilos  de  vida  e  as  exigências.   Como  primeira  coisa  foi  tratado  o  discurso  do  consumo  energético  anual  e  diário   genérico  de  uma  rede  pública  para  substitui-­‐lo  com  uma  SMART-­‐GRID  a  energias  
  6. 6. ESTG  –  IPVC     HEIMA  |  Francesco  Campoli  |  ESER   6     renováveis.  Será  o  conceito  de  Energias  Renováveis  que  faz-­‐nos  entender  como   ser  autónomos  sobre  a  necessidade  energética.   No   caso   específico,   sempre   como   exemplo,   aproveitando   do   Sistema   de   Informação  Geográfica  (SIG),  pensou  –  se  em  realizar  a  casa  numa  ilha  no  Distrito   de  Latina,  Palmarola.  Ilha  inabitada  e  com  poucas  estruturas  instaladas.   Uma   vez   que   temos   obtidas   as   informações   territoriais   e   climáticas,   podemos   seguir  com  a  realização  da  nossa  “SMART-­‐GRID”.   Pensou-­‐se   num   sistema   hibrido   constituído   de   paneis   fotovoltaicos,   um   aerogerador   minieólico,   e   pilhas   de   combustível   (Hidrogénio)   melhorado   com   flywheels.   No  Segundo  capítulo  avaliaremos  na  maneira  mais  técnica  e  da  engenharia  este   sistema.   O   processo   para   obter   as   informações   sobre   a   necessidade   energética   vê   a   consultação  de  sites  on-­‐line  para  a  estimativa  da  irradiância  solar  anua  para  os   paneis  fotovoltaicos  e  para  o  cálculo  da  velocidade  Média  do  vento  anua  para  o   aerogerador  minieólico.   Obtidas   estas   informações,   sempre   com   a   referência   ao   exemplo   duma   casa   padrão  de  4  pessoas,  podemos  calcular  o  nosso  Diagrama  de  Carga  Energética   com  base  nas  necessidades  elétricas  e  térmicas  da  casa.  O  Diagrama  de  carga  é   um   gráfico   sobre   a   variação   da   carga   elétrica   no   tempo   com   a   alternação   de   solicitações/picos  de  eletricidade  dependendo  dos  usuários.  No  especifico  uma   curva  de  carga  é  um  gráfico  que  indica  a  quantidade  de  energia  elétrica  que  o   usuário  usa  em  um  tempo  determinado.   Definido  isso  podemos  “criar”  o  nosso  sistema  elétrico  de  energias  renováveis   assegurando  energia  elétrica  e  térmica  em  cada  momento  do  dia.   Garantir   isso   talvez   é   o   problema   principal   das   Energias   Renováveis,   mesmo   porque  não  podemos  nunca  ter  eletricidade  só  do  Vento  e  do  Sol  (únicas  fontes   usadas  neste  projeto)  tendo  em  conta  dos  valores  climáticos.  Por  isso  realizamos   um   sistema   a   “FUELCELL”,   desfrutando   como   combustível   o   Hidrogénio   produzido  de  um  Eletrolisador,  o  qual  armazená-­‐o-­‐  em  garrafas/botijas  que,  em   caso  de  falta  de  energia,  substituirão  as  fontes  principais.   Vamos   ver   também   como   os   picos   de   eletricidade   serão   geridos   sem   preocupações   de   sobrecarga   com   uma   nova   técnica   chamada:   “FLYWHEELS”.  
  7. 7. ESTG  –  IPVC     HEIMA  |  Francesco  Campoli  |  ESER   7     Tudo  completamente  automatizado.  Mas  disso,  como  já  dito,  falaremos  melhor   no  Capítulo  2,  onde  explico  cada  componente  do  Sistema  de  Produção  Energia.   Em  seguida  trataremos  a  análise  do  sistema  de  Aquecimento  e  Refrigeração  da   habitação   bem   como   a   Produção   de   água   quente   sanitária   (AQS).   Para   isso   usamos   uma   Bomba   de   calor   geotérmica   que   desfruta   como   fonte   de   energia   renovável  a  geotermia  a  baixa  entalpia,  ligada  a  um  piso  radiante.   “Estabelecido”   o   discurso   Energia   e   Aquecimento,   veremos   como   classificar   a   Casa  em  termos  energéticos  fazendo  um  estudo  de  eficiência  energética  ligada   também   aos   componentes   e   aparelhos   elétricos   e   eletrónicos   que   formam   o   equipamento  da  estrutura.   Também  se  parece  absurdo,  devemos  referir-­‐nos,  depois  de  saber  a  quantidade   de  energia  produzida  e  a  classe  energética,  as  leis  e  aos  decretos  sobre  Sistemas   Autónomos  de  Gestão  Energia,  Autoconsumo  e  competitividade  energética.  Mais   ou  menos  um  controle  no  controle.   Para  isso  o  nosso  Sistema  de  DOMOTICA,  ajudará  a  saber  quanta  energia  entra  e   quanta   sai   (consumida)   na   casa;   permite-­‐nos   de   ter   o   completo   controle   do   sistema  de  ligação  e  apagamento  das  luzes,  dos  alarmes  da  segurança  da  casa,  o   controle  e  monitorização  constante  dos  Sistemas  de  Energia,  tudo  também  em   “remoto”  com  a  ajuda  da  tecnologia  OPEN/HARDWARE  SOURCE.   O  sistema  de  Domótica  controlará  também  a  “produção”  de  água  potável  vindo   de   o   Sistema:   ”COMPLUVIUM   DO   MAR”,   módulo   que   funcionará   como   dessalinizador  (só  se  perto  do  mar)  e  tanque  para  a  recolha  e  reaproveitamento   da  chuva.  Em  determinadas  alturas  com  determinados  climas,  com  captadores   específicos  podemos  também  recolher  água  a  partir  do  nevoeiro.   Muito  importante  é  também  o  tema  da  estrutura  da  casa,  que  abrangerá  temas   como   a   Arquitetura   e   construção   Verde   e   minimalista,   sujeitos   a   estudos   de   eficiência  e  natureza.            
  8. 8. ESTG  –  IPVC     HEIMA  |  Francesco  Campoli  |  ESER   8       Ultimo  tema  no  processo  “vivo  e  biológico”  da  nossa  casa  é  o  reaproveitamento   dos  resíduos,  das  águas  cinzas  e  da  reciclagem.     Com  resíduos  orgânicos  podemos  obter  quantidade  de  Biogás  com  processos  de   fermentação,   e   com   filtros   específicos   podemos   recuperar   as   águas   cinzas   dos   esgotos  e  reaproveitá-­‐las  para  outras  necessidades.   Enfim  as  conclusões  onde  falaremos  de  como  um  Sistema  de  mais  Sistemas  como   este  pode  ser  melhorado  em  cada  parte;  com  novos  materiais  podemos  potenciar   as   funcionalidades   dos   componentes   (paneis,   tijolos,   etc.),   novas   tecnologias   mecatrónicas  para  uma  gestão  sempre  mais  sofisticada  e  tecnológica  bem  como   melhorias  ergonómicas  para  sentir-­‐nos  sempre  mais  “EM  CASA”.     Para  esta  parte  da  Estrutura  e  Arquitetura  da  Casa,  agradeço  muito  o  Arquiteto   Giampiero   De   Simone   para   o   suporte   e   a   disponibilidade   mostrada   em   me   ajudar  nesta  fase  do  projeto.         Figura1-­‐Estrutura  Heima  OffGrid-­‐  
  9. 9. ESTG  –  IPVC     HEIMA  |  Francesco  Campoli  |  ESER   9     CAPÍTULO  1  -­‐  ESTUDO  DO  PROJETO     1.1 OFF-­‐GRID,  oque  é?  Funcionalidade  e  Gestão     Temos  visto  que  para  ser  autónomos  para  a  necessidade  de  energia  elétrica  da   nossa  casa  e  portanto  não  depender  da  Rede  Pública,  devemos  criar  um  sistema   “OFF-­‐GRID”  (fora  da  rede).     Uma   habitação   OFFGRID   consegue   produzir   e   satisfazer   em   autonomia   as   próprias   cargas   energéticas   para   energia   elétrica   e   calor   e   gerindo   o   ciclo   das   águas.   É   um   organismo   completamente   isolado   das   redes   tradicionais   e   ao   mesmo  tempo  a  base  para  um  sistema  mais  complexo.     -­‐Gestão   Energia   Elétrica   e   Gás:   A   Energia   é   produzida   de   fontes   renováveis   presentes  no  território  onde  será  instalada  a  habitação.  A  melhor  maneira,  para   as  suas  características  de  produtibilidade  energética  e  fácil  armazenamento,  para   produzir  energia  e  gás  é  armazenar  o  Hidrogénio  que  será  utilizado,  depois  de   ser   produzido   no   Eletrolisador,   em   cogeradores   FUELCELL   ou   a   combustão   direita.     -­‐Gestão  Energia  Térmica  e  AQS:  O  calor  pode  ser  obtido  graças  a  paneis  solares  a   tubos   (Solar   Térmico)   ou   como   no   nosso   caso   com   uma   bomba   de   calor   a   inverter,   que   desfruta   a   geotermia   para   a   produção   do   aquecimento   e   arrefecimento  e  a  produção  de  água  quente  sanitária  (AQS).     -­‐Gestão   das   Águas:   As   águas   da   chuva,   são   acumuladas   em   um   tanque   dimensionado  a  segunda  das  condições  climáticas.  Este  tanque  junto  com  outros   tanques,   formará   o   nosso   “COMPLUVIUM   DO   MAR”,   que   alem   da   parte   da   dessalinização,   vai   lidar   com   a   potabilidade   da   água   e   da   purificação,   aproveitando  de  vários  filtros  e  um  tratamento  UV.  As  águas  cinzas  e  pretas  são   depuradas   em   uma   banheira   de   fito   depuração   (autodepuração   típica   dos   ambientes  aquáticos)  para  obter  águas  uteis  a  irrigação  ou  ao  autoclismo  do  WC.  
  10. 10. ESTG  –  IPVC     HEIMA  |  Francesco  Campoli  |  ESER   10     Esta  banheira  comunica  com  um  tanque  situado  for  a  da  estrutura  para  motivos   de  Higiene.   Também   se   a   instalação   da   nossa   habitação,   onde   se   encontra   um   nível   de   humidade  que  permite  a  formação  de  nevoeiro  e  nuvens  baixas  produzidas  do   impacto   contra   um   terreno   ingreme,   podemos   instalar   captadores   que   com   as   próprias   malhas   recolhem   as   pequenas   gotas   de   água   que   flutuam   no   ar;   fenómeno  conhecido  como  “precipitação  horizontal”.     -­‐Gestão  dos  Resíduos:  Os  Resíduos  orgânicos  que  chegam  do  lixo  e  dos  esgotos,   podem   ser   tratados   e   divididos   para   a   produção   de   fertilizante,   biogás   (por   fermentação)  e  Biodiesel.     -­‐Conectividade   e   Telefonia:   A   conexão   de   dados   de   banda   larga   e   voz   para   telefonia,  pode  ser  realizada  através  de  uma  ponte  radio  “point-­‐to-­‐point”  com  um   provider  que  nos  permitirá  de  usufruir  da  conexão  Internet.                                      
  11. 11. ESTG  –  IPVC     HEIMA  |  Francesco  Campoli  |  ESER   11     1.2 Estudo  Posição  Geográfica  –  Localização   Para   começar   a   calcular   a   potência   necessária   para   nossa   casa,   devemos   em   primeiro  lugar  estudar  onde  vamos  construi-­‐la.  Um  estudo  sobre  a  Localização   portanto   permitirá   –   nos   de   conhecer   os   dados   uteis   para   o   uso   das   fontes   renováveis   que   irão   a   alimentar   o   nosso   sistema.   Escolhi   para   a   realização   da   casa   uma   ilha   do   Arquipélago   Pontino,   no   mar   Tirreno,   com   o   nome   de   PALMAROLA,  mesmo  porque  desabitada  e  sem  uma  rede  elétrica  pública  para  o   abastecimento  de  luz,  água  e  gás.               1.3 Consumo   Medio   Ano   e   horário,   Perfil   de   Carga,  Analise  Energética   Para  os  cálculos  dos  consumes,  usei  uma  tabela  de  consumes/médios  de  uma   casa  com  classe  energética  A  (alto  nível  de  eficiência  dos  aparelhos)  para  ter  uma   referência  em  KWh  da  energia  que  se  gasta  na  casa.                 Vista  panorâmica  e  mapa  da  ilha  de   Palmarola  
  12. 12. ESTG  –  IPVC     HEIMA  |  Francesco  Campoli  |  ESER   12     TABELA  CONSUMOS  MEDIOS  CASA  CLASSE  A     Iluminação  LED   430  KWh/ano   Fogão  elétrico   530  KWh/ano   Frigorifico   440  KWh/ano   Congelador   600  KWh/ano   Maquina  lavar  roupa   250  KWh/ano   Maquina  secar  roupa   370  KWh/ano   Maquina  lavar  louça   350  KWh/ano   TV,MuliMédia,  PC   320  KWh/ano   D  Aparelhos  eletrónicos   660  KWh/ano   Bomba  de  calor  Geotérmico   350  KWh/ano   Outras  Fontes   300  KWh/ano   TOTAL   4600  KWh/ano       Portanto   podemos   ver   que   o   consumo   medio   num   ano   numa   habitação   de   4   pessoas   é   de   4600   KWh.   Devemos   então   garantir   a   nossa   rede   elétrica   um   mínimo   de   5000-­‐5500   KWh/ano,   valor   superior   ao   cálculo   para   tomar   contas   das  perdas  que  teremos  no  sistema  hibrido  Eólico/Solar.   1.3.1  Potência  dos  Equipamentos   A  monitorização  dos  consumos  energéticos  numa  habitação  tem  como  objetivo   fazer  a  avaliação  destes  mesmos  consumos  para  se  ter  um  conhecimento  da  sua   quantidade   e   hora   do   dia   em   que   cada   equipamento   é   consumidor   de   energia   elétrica.   Os   consumos   obtidos   em   cada   monitorização   permitiram   obter   um   consumo  diário  que  se  pode  estender  para  um  consumo  semanal  e  até  mensal   dos  equipamentos  monitorizados.  Numa  fase  posterior,  estas  
  13. 13. ESTG  –  IPVC     HEIMA  |  Francesco  Campoli  |  ESER   13     Monitorizações  em  conjunto  com  o  consumo  obtido  através  duma  base  de  dados   e   através   dum   Software   que   vamos   ver   na   parte   da   domótica,   permitem   fazer   previsões  do  consumo  anual  de  todos  os  equipamentos.     Maquina  Louça   1   1800   Maquina  Roupa   1   1000   Micro-­‐ondas   1   500   Portátil/PC   2   30   TV   1   70   Tostadeira   1   700   Sistema  HI-­‐FI   1   100   Sistema  WI-­‐FI   1   20       A  próxima  tabela  faz  um  resumo  da  potência  dos  equipamentos  consumidores  de   energia  elétrica.     1.3.2  Monitorização  dos  consumos  energéticos   Vamos  ver  agora  monitorização  dos  consumos  energéticos  na  casa.   Estes   valores   de   consume   vem   de   atividades   de   rotina   durante   semanas,   dias   típicos  no  interior  de  uma  casa.  Avaliaremos  portanto  casos  típicos  durante  as   duas   estações   mais   relevantes,   Inverno   e   Verão.   Vamos   ver   como   em   base   a   estação  as  faixas  horarias  e  os  picos  representam  os  consumos  globais  da  hora   correspondente,   tomando   conta   Também   do   apagar/desligar   que   acontece   normalmente  durante  as  ações  domesticas  diárias.   Equipamento   Quantidade   Potência  Média  [W]   Fogão   1   1700   Aspirador   1   1800   Ferro  de  engomar   1   1800   Frigorifico   1   70   LFC-­‐LED   20   18   Lâmpadas  de  halogéneo   10   10   Máquina  de  Café   1   800  
  14. 14. ESTG  –  IPVC     HEIMA  |  Francesco  Campoli  |  ESER   14     Para  uma  situação  invernal  é  possível  avaliar  como  os  residentes  começam  as   atividades   diárias   na   volta   das   7:30   A.M.   onde   o   consumo   medio   é   cerca   de   110Wh,  ou  seja  com  o  frigorífico  e  outros  aparelhos  ligados  (70Wh+40Wh),  valor   repetido   durante   o   dia   varias   vezes.   Quando   preparam-­‐se   para   o   pequeno-­‐ almoço,   as   8:00   A.M.   usam-­‐se   aparelhos   como   micro-­‐ondas,   tostadeira   que   mostram  no  gráfico  seguinte  o  primeiro  pico  diário  de  340  Wh.   As  11:00  A.M.  vem  usado  o  forno  para  o  almoço  que  dá-­‐nos  o  Segundo  pico,  e   para  as  13:00  o  terceiro  para  o  uso  novamente  do  micro-­‐ondas.  O  quarto  pico   representa   a   volta   em   casa   depois   a   tarde   onde   se   usam   iluminação   e   aquecimento.   Enfim   o   ultimo   pico   por   volta   das   21h   e   as   22h   onde   se   usam   juntamente  aparelhos  eletrónicos,  iluminação  e  aquecimento.         Numa  situação  de  verão  podemos  ver  como  um  consumo  fixo  vai  estar    sempre   por  volta  dos  110  Wh.  O  consumo  para  a  iluminação  obviamente  diminui  para   ter  um  maior  tempo  de  luz  solar.  Os  picos  demostram  como  no  verão  se  usam   mais  vezes  o  frigorífico,  para  as  altas  temperaturas.     Durante  a  noite  só  algum  pico  de  iluminação  pontual.    
  15. 15. ESTG  –  IPVC     HEIMA  |  Francesco  Campoli  |  ESER   15         Podemos  determinar  agora  a  energia  diária  respeitante  ao  consumo(Wh).     No  Inverno:   Equipamentos   Quantidade   Horas  Uso   por  dia   Potência  (w)   Energia  diária   Luminárias     Cozinha   3   5   36   180   Luminárias  Sala   3   3   18   54   Luminárias   Quartos   2   3   9   27   TV   1   4   70   280   Computador   2   5   30   150   Frigorifico   1   5   70   350   Micro-­‐ondas   1   1   500   500   Maquina  Roupa   1   2   1500   3000   Tostadeira   1   1   700   700   Wi-­‐Fi   1   20   20   400   Fogão   1   2   1700   3400   TOTAL       4653   Wd=9041  
  16. 16. ESTG  –  IPVC     HEIMA  |  Francesco  Campoli  |  ESER   16       No  Verão:     Equipamentos   Quantidade   Horas  Uso   por  dia   Potência  (w)   Energia  diária   Luminárias     Cozinha   3   2   36   72   Luminárias  Sala   3   1   18   18   Luminárias   Quartos   2   2   9   18   TV   1   3   70   210   Computador   2   3   30   90   Frigorifico   1   7   70   490   Micro-­‐ondas   1   1   500   500       1.3.3  Analise  Energética   Numa  análise  padrão  não  é  possível  calcular  os  consumes  certos  para  todos  os  dias  da   semana,   mas   só   o   consume   energético   da   habitação   para   todo   o   ano,   mas   sempre   aproximadamente.   Veremos   depois   como   o   uso   da   Domótica   para   a   parte   da   Monitorização  da  Energia,  ajudara-­‐nos  a  ser  mais  exatos  no  cálculo  do  perfil  de  carga   horário  e  diário.     Maquina  Roupa   1   2   1500   3000   Tostadeira   1   1   700   700   Wi-­‐Fi   1   20   20   400   Fogão   1   1   1700   1700   TOTAL       4653   Wd=7198  
  17. 17. ESTG  –  IPVC     HEIMA  |  Francesco  Campoli  |  ESER   17         1.4 Determinação   Irradiação   Solar   e   Velocidade   Média  Vento   Uma   vez   estabelecidos   e   identificado   o   ponto   geográfico,   no   nosso   caso   Palmarola,  com  o  Consumo  Medio  e  o  Diagrama  de  Carga  para  a  potência  diária,   podemos  desfrutar  os  site  PVGIS  para  o  solar  e  it.windfinder  para  o  eólico,  para   estabelecer  quantos  paneis  e  que  tipo  de  aerogerador  devemos  instalar  no  nosso   sistema  hibrido  dividido  em  percentagem:    -­‐60%  Eólico   -­‐40%  Fotovoltaico     Velocidade  Média  Vento:      
  18. 18. ESTG  –  IPVC     HEIMA  |  Francesco  Campoli  |  ESER   18     Com  Média  de  Direção:         IRRADIAMENTO  SOLAR        
  19. 19. ESTG  –  IPVC     HEIMA  |  Francesco  Campoli  |  ESER   19       Portanto  temos  uma  velocidade  Média  disponível  de  9,58  m/s  e  um  irradiamento   anual  em  KWh  de  1872,288.  No  próximo  capítulo  vemos  os  cálculos  para  fazer  as   instalações.     1.5 Dimensionamento   Fotovoltaico   e   Eólico   Autónomos  para  instalação  doméstica   O  dimensionamento  dos  sistemas  autónomos  para  instalações  domésticas,  pode   ser   feito   sem   o   uso   de   software   específicos,   já   que   as   variáveis   de   cálculo   são   poucas.  Um  conjunto  de  equações  matemáticas  simples  nos  permite  de  efetuar   um  dimensionamento  mais  ou  menos  preciso.   Tomando  conta  dos  cálculos  anteriores  para  a  quantidade  de  energia  necessária   a   garantir   a   alimentação   diária   de   todos   os   aparelhos,   estabelecemos   a   Somatória:     Wd= !" ∗ !"! !!!     De  onde  Wd  representa  a  energia  total  consumida  diariamente,  Pi  a  potência  (W)   de   um   determinado   aparelho   e   ti   corresponde   ao   intervalo   de   tempo   de   funcionamento.   Também  para  o  dimensionamento  devemos  tomar  conta  do  fator  de  perdas  do   Sistema.     1.6 Cálculo  Fator  Perdas   A   capacidade   que   um   Sistema   hibrido   precisa   de   alimentar   para   as   diversas   cargas,   é   sujeita   a   algumas   perdas   do   próprio   sistema.   Entre   estas,   as   mais   relevantes   são   aquelas   que   se   referem   as   perdas   dos   cabos,   no   Inversor   e   no   Regulador  de  carga  hibrido  (Solar;  Eólico):     -­‐Perdas  nos  cabos  =  3%   -­‐Perdas  no  Regulador  de  carga  e  Inversor  =  15%    
  20. 20. ESTG  –  IPVC     HEIMA  |  Francesco  Campoli  |  ESER   20     -­‐-­‐-­‐-­‐-­‐à  Rendimento  (cabos):  Kcabo  =  0,97%   -­‐-­‐-­‐-­‐-­‐à  Rendimento  (Regulador  +  Inversor):  Kreg+inv  =  0,85%   -­‐-­‐-­‐-­‐-­‐à  Rendimento  Total:  K  =  Kcabo*Kreg+inv  =  0,83%     Alem  destas  perdas,  estão  outros  fatores  que  interferem  no  cálculo  do  sistema,   eólico  como  fotovoltaico.  Já  que  a  velocidade  Média  do  vento  e  o  irradiamento   solar  são  muitos  variáveis  no  longo  do  ano,  precisamos  identificar  estes  valores   para  dimensionar  melhor  o  nosso  sistema  hibrido.     1.7 Estrutura  Casa:  Abordagem  Minimalista  para   uma  Bioarquitetura  e  Bioconstrução   Ultimo   tema   tratado   é   sobre   a   Bioarquitetura   como   abordagem   cultural   mirada   aos  princípios  ecológicos  e  aos  princípios  de  um  desenvolvimento  sustentável.  É   chamada   Também   Arquitetura   sustentável   mesmo   porque   como   principio   pressupõe   uma   atitude   ecologicamente   correta   no   Ecossistema,   com   um   uso   poupado  dos  recursos  usados  na  Construção.   Objetivo  principal  é  aquele  de  fazer  interagir  as  atividades  humanas  nas  condições   ambientais  que  já  existem  ao  fim  de  melhorar  a  qualidade  da  vida  atual  e  future.   Instaurar  um  relacionamento  equilibrado  entre  o  ambiente  e  a  construção,  ao  fim   de  olhar  com  sensibilidade  as  tradições  e  a  paisagem  a  volta,  favorecendo  a  eco   sustentabilidade  e  a  biocompatibilidade.   Entre   os   vários   elementos   que   compõem   as   realizações   de   um   projeto   arquitetónico  bioedil  encontramos  uma  abordagem  minimalista  a  qual  concentra-­‐ se   no   essencial   das   dimensões   e   Também   para   os   aparelhos/elementos,   componentes   da   casa,   aumentando   a   eficiência   da   Habitação.   Ponto   de   ligação   portanto  com  a  parte  energética  e  a  localização.   Na  Bioconstrução  vem  usados  materiais  bioecologicos,  com  varias  características   tipo  o  isolamento  térmico  ou  o  adequamento  aos  fenómenos  climáticos,  como  a   madeira,  a  palha,  derivados  do  cânhamo  e  colantes  vegetais,  principalmente  a  Km   zero  (do  sitio),  que  em  alguns  casos  usam  a  “reciclagem”  como  fonte  de  produção.  
  21. 21. ESTG  –  IPVC     HEIMA  |  Francesco  Campoli  |  ESER   21     A   bioarquitetura   não   é   um   simples   somatório   de   tecnologias   especificas   ou   disciplinas   verdes,   mas   representa   mais   uma   visão   holística   da   Arquitetura   que   poe   em   comparação   as   realidades   locais,   ao   fim   de   olhar   com   uma   nova   sensibilidade   a   paisagem,   a   cultura,   as   tradições   e   privilegiar   a   eco-­‐ sostentabilidade  e  a  bio-­‐compatibilidade.         “O  todo  é  maior  do  que  a  simples  soma  das  suas  partes”     -­‐ARISTOTELES-­‐      
  22. 22. ESTG  –  IPVC     HEIMA  |  Francesco  Campoli  |  ESER   22     CAPÍTULO  2  -­‐  PRODUÇÃO  ENERGIA   (ESTUDO  TECNICO)     Neste  capítulo  vemos  como  a  partir  dos  cálculos  sobre  a  necessidade  energética,   dada  do  consume  diário  e  do  Diagrama  de  cargas,  podemos  começar  a  construir  o   nosso  Sistema  Hibrido  para  a  produção  da  Energia  da  nossa  Casa.   Sabemos   a   potência   diária   (Wd)   consumida   e   sabemos   quantas   energia   temos   a   disposição  do  Eólico  e  do  Fotovoltaico.  Portanto  estabelecido  que  a  produção  total   será   dividida   em   60%   eólico   e   40%   fotovoltaico,   vamos   dimensionar   o   sistema   todo   tomando   conta   do   excesso   de   produção   e   armazenamento   da   Energia.   Avaliaremos   como   o   nível   das   baterias   condicionará   a   nossa   produção   de   Hidrogénio   (H2)   o   qual   a   sua   vez   será   armazenado   nas   garrafas   especiais   para   depois   ser   usado   no   processo   de   combustão   com   uma   pilha   de   combustível   (FUELCELL).   Todo  com  ajuda  de  um  microcontrolador  e  uma  FlyWheel.   Na  parte  das  componentes  veremos  o  modelo  e  a  marca  que  satisfarão  as  nossas   necessidades  de  instalação.     2.1 Sistema  Hibrido  MiniEolico/Fotovoltaico/H2    
  23. 23. ESTG  –  IPVC     HEIMA  |  Francesco  Campoli  |  ESER   23       Para  este  Sistema  Hibrido  temos  divididos  a  necessidade  energética,  como  dito   anteriormente,  em  60%  eólico  e  40%  fotovoltaico.   De  os  cálculos  para  uma  potência  diária  de  9100Wh,  teremos  3640Wh  para  o   fotovoltaico  e  5460Wh  para  o  Eólico.  Para  o  Sistema  H2  vamos  usar  uma  pilha  de   combustível  FuelCell  de  5Kw  PEM  que  irá  usar  o  hidrogénio  produzido  de  um   nosso  eletrolisador  e  que  irá  garantir  a  energia  necessária  em  caso  de  falta  de   fontes  renováveis  por  um  dia  inteiro.             Como   podemos   ver   no   esquema   a   energia   “apanhada”   das   nossas   fontes   renováveis   (Vento   e   Sol)   é   transformada   em   energia   elétrica   para   processos   químicos  e  mecânicos.  Logo  depois  passa  em  um  regulador  de  carga  para  manter   uma   tensão   constante   (no   nosso   caso   48V)   para   entrar   nas   baterias   sem   alterações   ou   picos   que   podem   estraga-­‐las.   Assim   temos   uma   corrente   continua(=)   a   48V   que   precisa   de   ser   transformada   a   sua   vez   em   220V(ou   Esquema  do  Sistema  para  Produção  Energia  
  24. 24. ESTG  –  IPVC     HEIMA  |  Francesco  Campoli  |  ESER   24     230Volt  medida  mais  certa)  alias  numa  tensão  comum  para  os  nossos  aparelhos   e  os  vários  equipamentos  elétricos  e  eletrónicos.  Para  a  parte  da  iluminação  para   já  usamos  sempre  este  tipo  de  circuito  a  220V,  mas  vamos  ver  nas  melhorias  que   para  uma  questão  de  poupança  energética  podemos  Também  distinguir  a  parte   da  iluminação  e  deixa-­‐la  isolada  e  a  corrente  continua  a  5V.   Para  esta  transformação  precisamos  dum  Inversor  que  muda  a  nossa  corrente   em  alterna  (~)  a    50Hz.   A   seguir   do   Inversor   temos   a   parte   mais   importante   que   liga   o   sistema   de   produção  Energia  com  o  nosso  microcontrolador  “UDOO”  o  qual  será  o  gerente   da   energia   que   vai   entrar   na   casa   controlando   os   excessos   e   os   níveis   das   baterias.   Em  prática  quando  as  baterias  ficam  num  nível  aceitável  para  alimentar  a  casa,   toda  a  energia  em  excesso  vai  para  um  eletrolisador  o  qual  começará  o  processo   de  eletrolise  para  a  produção  de  Hidrogénio  que  será  armazenado  em  garrafas   especiais  usadas  no  processo  de  combustão  da  Pilha  de  combustível-­‐  FuelCell.   A   pilha   de   combustível   Também   será   ligada   ao   microcontrolador   Udoo   para   enviar  no  Caso  1  a  energia  direitamente  na  Casa,  ou  no  Caso  2  nas  baterias/Lítio   e  continuar  o  processo  anterior.   Estes   tipos   de   trabalhos   vamos   ver   na   parte   da   Domótica   como   se   realizam   graças  ao  uso  dos  Relés.     2.2 Escolha  e  Analise  dos  Componentes     Vamos  agora  ver  como  se  faz  para  escolher  os  componentes  para  o  nosso  sistema   de  energia.  O  funcionamento  e  para  que  serve  cada  um  deles.     2.2.1  A  Energia  Solar  e  o  efeito  Fotovoltaico   O   efeito   fotovoltaico   baseia-­‐se   na   captação   da   luz   solar   por   equipamentos   adequados  e  que  expostos  a  luz  produzem  uma  corrente  elétrica.   -­‐As  radiações  Solares:  a  radiação  solar  é  a  energia  proveniente  da  luz  e  do  calor   produzido  naturalmente  pelos  raios  solares.     Os   painéis   fotovoltaicos   são   constituídos   por   um   conjunto   de   pequenos   componentes   designados   por   células,   que   reagem   a   luz   originando   o   aparecimento  de  uma  diferença  de  potencial  nos  extremos  quando  a  absorve  ou  
  25. 25. ESTG  –  IPVC     HEIMA  |  Francesco  Campoli  |  ESER   25     é   por   ela   atingida.   As   células   são   normalmente   de   silício   que   é   o   segundo   elemento  químico  mais  presente  no  nosso  planeta,  constituindo  cerca  de  25,7%   do  peso  da  Terra.  É  sem  dúvida  o  material  mais  utilizam  na  composição  destas   células  dada  a  particularidade  e  propriedade  que  detém  na  sua  capacidade  de   junção   e   obtenção   de   energia   elétrica   é   adequadamente   preparada   a   sua   composição.  O  silício  possui  uma  margem  de  valência  totalmente  preenchida  por   eletrões   e   outra   margem   de   condução   sem   eletrões.   A   separação   destas   duas   bandas  uma  de  condução  e  outra  de  não  condução  quando  influenciadas  pela  luz   podem  excitar  os  eletrões  da  banda  de  valência  de  não  condução  para  a  banda  de   condução.     É  neste  princípio  que  se  baseia  a  produção  de  energia  das  células  que  compõem   os  painéis  fotovoltaicos.  São  os  fotões  com  uma  faixa  de  luz  visível,  ainda  com   pouca  energia,  mas  suficiente,  que  fazem  com  que  haja  agitação  e  que  os  eletrões   de  banda  de  valência  passem  para  a  banda  de  condução.     É   de   salientar   que   atualmente   os   painéis   fotovoltaicos   só   apresentam   uma   eficiência  em  termos  de  rendimento  que  se  cifra  entre  os  16%  e  os  18%,  valores   estes   que   muito   brevemente   serão   ultrapassados   se   as   pressões   económicas   e   politicas  forem  favoráveis.   A  junção  dos  módulos,  que  devem  ser  do  mesmo  tipo,  pode  ser  efetuada  em:   -­‐Serie   -­‐Paralelo   -­‐Mista       Desta  forma,  obtem-­‐se  vários  valores  de  tensão  ou   corrente,  permitindo  uma  maior  versatilidade  de   utilização  da  energia  produzida  pelo  painel.  
  26. 26. ESTG  –  IPVC     HEIMA  |  Francesco  Campoli  |  ESER   26     Uma   das   características   mais   importantes   dos   módulos   fotovoltaicos   é   o   seu   comportamento  perante  a  temperatura  a  que  funcionam  e  que  varia  conforme  o   seu   tipo.   Estes   valore,   de   acordo   com   a   evolução   dos   tipos   de   módulos   que   começam  a  aparecer  no  mercado,  são  cada  vez  mais  diversificados,  pelo  que  é   fundamental  que  a  obtenção  destes  dados  seja  analisada  com  o  representante  na   altura  da  aquisição  do  equipamento.   Na  prática  podemos  considerar  aproximadamente,  as  áreas  por  KW  pico  (kWp)   para  cada  tipo  de  módulo  formado  por  células.       Tipo  de  Módulo  com  células  de:     Área  necessária  (!! /kWp)   Silício  Monocristalino   7-­‐9  !!   Silício  Policristalino   8-­‐11  !!   Disseleneto  de  Cobre-­‐Indio-­‐CIS   11-­‐13  !!   Cadmio-­‐Telurio   14-­‐18  !!   Silício  Amorfo   16-­‐20  !!     A  utilização  do  tipo  de  módulos  dependera  sempre  do  espaço  disponível.     -­‐ASSOCIAÇÃO  DE  MÓDULOS   Serie:   Esta   associação   permite,   como   se   pode   verificar,   obter   maiores   tensoes,   mantendo  a  corrente  estipulada  do  módulo.    
  27. 27. ESTG  –  IPVC     HEIMA  |  Francesco  Campoli  |  ESER   27     Os  diodos  de  bypass  são  colocados  para  evitar  que  uma  avaria  num  conjunto  de   celulas  ou  até  num  módulo  bloqueie  o  sistema.   UT  =  U1+U2+...Un  =  nxU              ;            IT=I1=I2=....=In   Paralelo:  Esta  associação  permite  obter  maiores  correntes,  mantendo  a  tensão   estipulada  do  modúlo.       UT  =  U1  =U2  =...  =Un                        ;                        IT  =  I1  +  I2  +  I3  +  ...+  In.=  n  x  I       Mista:  Esta  associação  permite  obter  as  características  das  duas  associações  já   descritas  e  utiliza-­‐se  quando  há  necessidade  de  maiores  valores  de  corrente  e  de   tensão.     -­‐Determinação  da  potência  dos  painéis  fotovoltaicos  (Ppv)       Ppv  =   !" !!  !  !!  =   !"#$ !,!"!!,!!  =  1522,76  Wp     onde  Wd  é  a  nossa  energia  diária(Wh/dia)                      Ppv  =  Potência  do  painel  Solar                      K1  =  Perdas  do  sistema  
  28. 28. ESTG  –  IPVC     HEIMA  |  Francesco  Campoli  |  ESER   28                        K2  =  fator  de  radiação  local  em  Dezembro  (mês  pior)     Temos   escolhido   módulos   fotovoltaicos,   no   site   Kyocera,   de   200Wp(WattPico)   com  as  seguintes  características:     Vamos  optar  pela  montagem  de  4  fileiras  de  2  módulos  em  serie.     2.2.2  Aerogerador  (MiniEolico)       A  energia  eólica  é  a  energia  produzida  por  aerogeradores  ou,  mais  propriamente,   por   turbinas   eólicas   movidas   pelo   vento.   Embora   os   aerogeradores   equipados   com   turbinas   eólicas   e   geradores   de   grandes   dimensões   sejam   montados   em   -­‐Potência  Nominal  200  Wp   -­‐VMPP  ,  36V  (tensão  em  carga)   -­‐IMPP    10,00  A(Corrente  em  Carga)   -­‐Un  24V  (tensão  nominal)     -­‐A  quantidade  de  módulos  é  dada  por:     !"##,!"!" !""  !"  =  8  Módulos  
  29. 29. ESTG  –  IPVC     HEIMA  |  Francesco  Campoli  |  ESER   29     terra  e  no  oceano,  já  se  desenvolveram  equipamentos  de  pequena  dimensão,  que   ocupam   pouco   espaço   e   que   estão   a   ser   montados   no   topo   das   habitações   ou,   mesmo,  no  jardim.           As  exigências  europeias  é  que  o  nível  de  ruido  para  velocidades  de      7  m/s  seja  de  98db  e  que  a  distancia  de  200m  baixe  para  45db.   Em  residências  privadas,  admitem-­‐se  45db,  mas  a  distancia  deve  ser,  no  mínimo,   de  300m  entre  a  torre  e  a  habitação.   Os  movimentos  de  massas  de  ar  são  provocados  pelo  ar  que  sobe,  dando  lugar  á   ocupação  do  mesmo  espaço  por  ar  frio.  Assim,  Também  as  massas  de  ar  quente   terão  uma  densidade  mais  baixa.  Mas  a  medida  que  arrefecem,  vão  aumentando   a   sua   densidade.   Sendo   assim   e   se   dispusermos   de   um   pá   com   determinada   configuração,  esta,  devido  a  uma  força  de  ação  aerodinamica,  pode-­‐se  traduzir   numa  expressão  de  potência  em  Watt:     P  = ! ! x  !"!!     P=  potência  em  Watt   !=densidade  do  ar(  1,255  kg/!!   A=Área  batida  na  pá  da  turbina   !! =velocidade  Média  do  vento  m/s   -­‐Fundamentos  Aerodinamicos  simples:   definido  como  compoente  horizontal  da   circulaçao  de  ar,  a  força  do  vento  está   relacionada  com  o  cálculo  de  energia  atraves   de  uma  formula  muito  simples,  que  nos  da  o   valor  da  energia  cinetica:        E  =   ! !  x  m!!     m  =  massa  do  ar   V  =  velocidade  vento  em  metros/segundos   E  =  energia  em  joules    
  30. 30. ESTG  –  IPVC     HEIMA  |  Francesco  Campoli  |  ESER   30       Traduz-­‐se  assim  uma  transformação  da  energia  cinética  do  vento  em  potência   mecânica  ue  se  aplica  ao  veio  da  turbina.  A  expressão  anterior  vai  trasformar-­‐se   em   outra   mais   precisa,   se   tivermos   em   conta,   principalmente,   as   perdas   da   resistencia  aerodinamica  das  pás,  outras  que  dizem  respeito  á  própria  turbina  e   que,   na   realidade,   tem   a   ver   com   os   diversos   modelos   comerciais   de   aerogeradores   que   estão   disponiveis   no   mercado.   A   formula   então   alterar-­‐se   para:     P  = ! ! x  !"!! CP     Em  que  o  CP    é  o  coeficiente  de  potência  que  está  estabelecido  num  limite  entre   0,35  a  0,5  para  a  produção  de  energia  electrica.   Outro  modo  de  relacionar  a  potência  do  gerador  eolico  com  a  energia  do  vento   que  faz  movimentar  o  rotor  é  o  que  se  denomina  por  rendimento  aerodinamico  e   se  obtem  pela  expressão  mais  simples:     ! = !"#$%&'(  !"  !"#$%"#!&$# !"#$!"#$  !"  !"#$%     O   rendimento   aerodinamico   Também   está   dependente   do   numero   de   pás.   Existem  gráficos  que  traduzem  esses  rendimentos  e  que  podem  ser  fornecidos   pelos  fabricantes.       O  nosso  aerogerador  deve  ser  capaz  de  alimentar  a  instalação  com  o  consumo   total  de  5460  W,  mais  as  perdas  destes  equipamentos,  que  se  estimam  em  cerca   de  10%.     -­‐Cálculo  da  potência  electrica  do  aerogerador:       P=  5460Wh/dia  x  10%  =  546  W  
  31. 31. ESTG  –  IPVC     HEIMA  |  Francesco  Campoli  |  ESER   31       -­‐Cálculo  da  potência  teorica  com  9m/s  de  velocidade  Média  em        Palmarola:       P  =   ! !  x  !  x  !!  x  !!     onde  o  Diametro  será:         D= !!!"# !,!"!"!!,!"#!!!  =  2,17  m     Portanto  vamos  escolher  um  aerogerador  com  um  diametro  de  2  metros  e  com   uma  potência  elétrica  de  minimo  550W.       2.2.3   Regulador   de   Carga   e   Dimensionamento   Baterias  de  acumuladores   Este   equipamento   é   imprenscidivel   para   controlar   a   carga   e   descarga   das   baterias  de  acumuladores  interrompendo-­‐lhe  o  circuito.  O  controlo  é  efectuado   pela  analise  da  tensão.   Existem   reguladores   Serie   e   Paralelo.   Quando   actuam,   os   interruptores   electronicos   de   controlo   ficam,   respectivamente   em   serie   ou   paralelo   com   o   gerador   Fotovoltaico   e   o   gerador   Eolico.   Estes   reguladores   tem   porem   um   incoveniente  com  o  fotovoltaico  ou  seja  não  faze  o  aproveitamento  minimo  da   energia  que  o  painel  esta  a  fornecer.   O   Regulador   mais   adequado   a   utilizar   neste   tipo   de   instalação   hibrida   será   o   MPP(Regulador   de   funcionamento   a   Maxima   Potência),   pois,   dadas   as   suas   caracteristicas,  tem  um  sistema  de  controle  que  mantem  a  tensão  sempre  acima   do  valor  necessario  ao  carregamento  da  bateria.  Em  associação  a  este  Regulador   deve  estar  sempre  ligado  um  conversor  DC/DC,  que  tem  a  finalidade  de  regular  a   tensão  e  a  pesquisa  para  o  ponto  maximo  de  Potência.    
  32. 32. ESTG  –  IPVC     HEIMA  |  Francesco  Campoli  |  ESER   32     No   nosso   sistema,   depois   de   ter   calculado   o   número   de   baterias   que   irão   acumular  a  energia,  podemos  escolher  o  Regulador.   Portanto  num  consumo  de  potência  diaria  de  9100Wh  com  baterias  a  48V  vamos   ter  a  expressão:     Wah  =   !"! !  =   !"## !"  =  189,58  Ah                           Para  um  dia  de  reserva  de  carga,  com  uma  profundidade  de  descarga  maxima   (Kd)   de   0,60   e   uma   eficiencia   (Kbat(%))   =   0,65   podemos   calcular   o   dimensionamento  do  acumulador-­‐conjunto  de  baterias  para  o  apoio  ao  sistema.     Cbat(Ah)=   !"!!"# !"#!$%&(%)  =   !"#,!"!! !,!"!!,!"  =  486,103  Ah     Vamos  necessitar  de  uma  bateria  com  cerca  de  500  Ah.   Devemos  adquirir  portanto  3  baterias  de  200Ah  com  uma  voltagem  de  48V  em   paralelo  para  garantir  energia  nos  dias  sem  vento  e  sem  sol.     A  escolha  do  Regulador  de  carga  MPP  (regulador  de  maxima  potência)  deve  estar   previsto  para  uma  corrente  maxima  em  corrente  contínua.     baterías de fosfato litio de 48V 200AH LFP para o sistema solar/eolico híbrido  
  33. 33. ESTG  –  IPVC     HEIMA  |  Francesco  Campoli  |  ESER   33     Para  este  tipo  de  baterias  com  os  Inputs  do  Eolico  e  do  Fotovoltaico  iguais,  temos   escolhido  um  regulador  de  40A.             2.2.4  Inversor     Para   escolha   deste   equipamento   temos   de   calcular   a   potência   maxima   simultanea  que  terá  de  alimentar.  A  soma  da  potência  dos  equipamentos  cujo  o   factor  de  utilização  vamos  considerar  igual  a  1  será:       -­‐P  =  4653  W        (Potência  Total  Equipamentos)  =  4,7  kW   -­‐U  =24-­‐48/230V       Precisamos  de  um  Inversor  de  5  Kw     REGULADOR  DE  CARGA  HIBRIDO  MPP  -­‐  40A  
  34. 34. ESTG  –  IPVC     HEIMA  |  Francesco  Campoli  |  ESER   34         2.2.5   Produçao   Hidrogenio   com   eletrolisador   para   pilha   de   combustível  (FuelCell)  PEM  (membrana  protonica)     O  HIDROGÉNIO  COMO  FONTE  COMBUSTÍVEL   Tendo   em   conta   o   decréscimo   dos   combustíveis   fósseis   a   nível   mundial   e   a   poluição   que   está   inerente   à   sua   utilização,   é   necessário   encontrar   uma   alternativa  viável  para  produção  de  energia.  Mas  porquê  o  hidrogénio?   O   hidrogénio   é   o   elemento   mais   simples   e   mais   abundante   do   Universo   e   o   terceiro  elemento  mais  abundante  no  planeta  Terra.  Note-­‐se  que  o  hidrogénio   não  é  uma  fonte  de  energia  primária,  mas  sim  um  vetor  energético  -­‐  um  portador   de   energia.   A   grande   vantagem   do   hidrogénio   como   vetor   energético   é   a   eficiência   com   que   se   consegue   transformar   a   energia   por   ele   contida   noutra   forma   de   energia,   por   exemplo   em   eletricidade.   Por   curiosidade,   a   energia   contida  num  kg  de  hidrogénio  é  três  vezes  maior  do  que  a  energia  contida  num   kg   de   gasolina.   Para   além   disso,   produzir   este   elemento   é   possível   através   de   processos   eficazes   como   eletrólise   da   água   ou   por   reforma   de   álcool   e   5kw 48V Home Solar off Grid Inverter  
  35. 35. ESTG  –  IPVC     HEIMA  |  Francesco  Campoli  |  ESER   35     hidrocarbonetos  (metanol,  etanol,  metano,  gás  natural  e  outros).   Em  suma,  são  estas  características  que  fazem  com  que  o  hidrogénio  possa  surgir   como  o  combustível  do  futuro.     Eletrólise  da  água   A   eletrólise   é   um   processo   electroquímico,   descoberto   pelo   físico   e   químico   Michael  Faraday,  e  ocorre  quando  é  aplicada  uma  tensão  a  um  par  de  eléctrodos   inertes   imersos   numa   solução   condutora.   A   aplicação   desta   tensão   provoca   o   aparecimento  de  uma  diferença  de  potêncial  entre  os  elétrodos,  e  a  ocorrência  de   reacções   de   oxidação-­‐redução.   No   caso   particular   da   eletrólise   da   água   pura,   antes   de   tudo,   é   necessário   adicionar-­‐   lhe   alguma   substância,   uma   vez   que,   a   água  pura  não  é  condutora  de  eletricidade  -­‐  condição  essencial  para  que  ocorra  a   sua  eletrólise.   Na   eletrólise   da   água   o   que   acontece   é   que   a   passagem   da   corrente   elétrica   provoca  a  quebra  da  ligação  química  existente  entre  os  átomos  constituintes  da   água:  o  hidrogénio  e  o  oxigénio  e,  como  tal,  formam-­‐se  partículas  carregadas,  os   iões.     O  hidrogénio  é  atraído  para  o  cátodo,  pólo  negativo,  e  o  oxigénio  para  o  ânodo,   pólo  positivo.    
  36. 36. ESTG  –  IPVC     HEIMA  |  Francesco  Campoli  |  ESER   36     A  energia  utilizada  para  realização  desta  reação  pode  ser  variada,  desde  energia   hidroelétrica,  até  eólica  ou  mesmo  solar.   A  quebra  da  ligação  entre  os  átomos  é,  geralmente,  efetuada  com  voltagem  1,24V   em   água   pura   a   uma   temperatura   de   25   graus   celsius   e   uma   pressão   de   1,03   kg/cm2.   Contudo,   esta   tensão   pode   variar   Médiante   a   alteração   da   temperatura   e   da   pressão.  Assim,  para  eletrolisar  uma  mole  de  água  são  necessários  65,3  watts-­‐ hora  e  um  metro  cúbico  de  hidrogénio  requer  0,14  kilowatts/hora.       Eletrolisadores:  Nos  anos  70,  a  eletrólise  era  vista  como  um  dos  processos  mais   ineficazes  e  caros  de  produção  de  hidrogénio.  Contudo,  os  eletrolisadores  atuais   são  muito  mais  eficientes,  podendo  atingir  valores  máximos  na  ordem  dos  90%.     Existem  dois  tipos  principais  de  eletrolisadores:  os  Alcalinos  e  os  PEM  (Proton   Exchange   Membrane).   Estes   tipos   de   eletrolisadores   possuem   já   uma   vasta   utilização  em  aplicações  existentes  no  mercado,  sendo  que  possuem  a  tecnologia   mais  desenvolvida  e  estudada.   Os   eletrolisadores   alcalinos   utilizam   uma   solução   aquosa   de   hidróxido   de   potássio   (KOH)   como   electrólito.   Este   tipo   de   eletrolisadores   é   adequado   para   aplicações   estacionárias   e   estão   disponíveis   para   pressões   reduzidas   de   funcionamento.   O  eletrolisador  PEM,  ao  contrário  dos  alcalinos  não  requer  um  eletrólito  líquido,   o   que   simplifica   o   seu   funcionamento.   O   seu   eletrólito   é   uma   membrana   polimérica   ácida.   Estes   eletrolisadores   podem   ser   criados   para   pressões   operacionais  até  várias  centenas  de  bar,  sendo  adequado  tanto  para  aplicações   móveis  como  estacionárias.    
  37. 37. ESTG  –  IPVC     HEIMA  |  Francesco  Campoli  |  ESER   37     2.2.6  Pilha  Combustível  Hidrogenio  (FUELCELL)  e  Garafas  para  o   armazenamento   Depois   de   saber   como   se   produz   o   Hidrogenio   no   processo   de   Eletrolise,   devemos  escolher  a  nossa  pilha  de  combustiel  que  transformará  o  Hidrogenio   em  corrente  elétrica,  buscando-­‐o  nas  garafas  especiais.   A  capacidade  da  nossa  pilha  será  igual  a  potência  maxima  simultanea,  a  mesma   do  nosso  Inversor.  No  site  Ballard.com  encontramos  a  nossa  Pilha  a  Hidrogenio   de  5Kw.         -­‐Armazenamento  em  garafas  especiais   Sistemas   de   armazenamento   de   gás   em   alta   pressão   são   os   mais   comuns   e   desenvolvidos   para   armazenamento   de   hidrogênio.   Nas   seções   cilíndricas,   o   formato   parece   com   domos   hemisféricos,   embora   novos   formatos   estejam   em   desenvolvimento,  aumentando  a  quantidade  de  hidrogênio  armazenado,  seja  por   aumento  de  volume,  ou  por  maior  compressão.   Buscando  minimizar  o  volume  e  ao  mesmo  tempo  maximizar  a  quantidade  de   hidrogênio   armazenado,   os   fabricantes   de   cilindros   estão   tentando   atingir   as  
  38. 38. ESTG  –  IPVC     HEIMA  |  Francesco  Campoli  |  ESER   38     maiores  pressões  possíveis.  Cilindros  de  alta  pressão  normalmente  armazenam   hidrogênio   com   pressão   de   3.600   psi   (250   bar)   embora   novos   desenhos   já   tenham  conseguido  certificação  para  operar  com  5000  psi  (350  bar).  O  estado  da   arte  da  tecnologia  atualmente  em  desenvolvimento  já  superou  o  teste  padrão  de   explosão  para  23.500  psi  (1620  bar)  utilizando  um  cilindro  de  10.000  psi  (700   bar).   Os   cilindros   devem   ser   feitos   com   placas   finas,   utilizando   materiais   altamente   resistentes   e   de   excelente   durabilidade.   Estão   classificados   basicamente  em  4  tipos  de  acordo  com  o  material  utilizado.       Tipo  1:  Podem  ser  feitos  totalmente  de  alumínio  ou  aço;       Tipo   2:  Camada  fina  de  alumínio  ou  aço  envolto  por  outro  composto  –   geralmente  fibras  de  carbono  -­‐  em  forma  de  circunferência;       Tipo   3:  Fina  camada  de  aço  ou  alumínio  envolto  totalmente  por  outros   compostos  como  fibras  de  carbono;       Tipo   4:  Uma  camada  de  plástico  resistente  envolto  por  outro  composto   também  resistente.   Em   geral,   quanto   menos   metal   for   usado,   mais   leve   será   o   cilindro.   Por   esta   razão,  os  cilindros  com  fina  camada  de  aço  ou  alumínio  e  com  alta  resistência,  tal   como  o  Tipo  3,  são  mais  usados  para  aplicações  com  hidrogênio.  Os  cilindros  do   Tipo  4  ganharão  mais  espaço  no  futuro.

Os  cilindros  do  Tipo  3  utilizam  finas   camadas   de   aço   ou   alumínio   intercaladas   e   envoltas   por   fibras   de   carbono,   utilizando  resinas  como  o  epóxy  para  colá-­‐las.

A  combinação  de  fibras  e  resina   para   envolver   as   camadas   metálicas   possibilita   uma   alta   resistência,   e   diferentemente   dos   metais,   são   menos   corrosivos,   embora   possam   sofrer   danificações  devido  a  impactos,  cortes,  abrasão,  etc.

Um  detalhe  importante  é   com   relação   à   temperatura   em   ambientes   quentes,   ou   devido   ao   resultado   de   compressão  durante  o  abastecimento  do  cilindro,  o  que  faz  com  que  a  pressão   aumente   em   10%   ou   mais.   Qualquer   gás   armazenado   nestas   pressões   é   extremamente  perigoso  e  capaz  de  liberar  um  fluxo  de  gás  com  força  explosiva   ou  capaz  de  impulsionar  um  pequeno  objeto  na  velocidade  de  uma  bala.

Apesar   do   perigo   em   potêncial,   os   cilindros   de   alta   pressão   têm   uma   estatística   de   segurança   excelente.

Durante   a   fabricação,   cada   cilindro   passa   por   testes   de   hidrostática  e  vazamentos,  e  uma  determinada  quantidade  de  cilindros  de  cada  
  39. 39. ESTG  –  IPVC     HEIMA  |  Francesco  Campoli  |  ESER   39     lote   são   selecionados   aleatoriamente   para   testes   cíclicos   e   de   explosão.   Os   cilindros   carregam   informações   como   a   marca   do   fabricante,   o   padrão   de   construção,  número  serial,  pressão  para  uso,  máxima  pressão  de  abastecimento,   e  tempo  de  validade.  Os  cilindros  têm  uma  vida  útil  de  aproximadamente  15  anos   ou   11.250   abastecimentos.   Mas   deve-­‐se   sempre   fazer   inspeções   e   testes   de   vazamentos   como   parte   de   uma   rotina   de   manutenção.

   Quanto   maior   a   pressão   final,   maior   a   quantidade   de   energia   que   é   requerida.   Entretanto,   a   energia  incrementada  cada  vez  que  se  aumenta  a  pressão  final  diminui.  Assim,  o   início  da  compressão  é  a  parte  do  processo  que  mais  faz  uso  de  energia.

         2.2.7  Flywheel  "Bateria  Electromecânica"   Outra   maneira   de   armazenar   a   nossa   energia   pode   ser   aquela   no   uso   do   Flywheel,  uma  bateria  electromecânica.   O  princípio  de  funcionamento  é  muito  simples:  trata-­‐se  de  colocar  basicamente   uma  roda  ("volante")  a  girar  em  situações  em  que  não  esteja  sujeita  a  qualquer   força  de  atrito  ou  a  qualquer  outra  ação  exterior.  É  uma  forma  extremamente   simples   de   armazenar   energia   mecânica.   Facilmente   se   converte   energia   mecânica   em   energia   eléctrica   e   vice-­‐versa,   utilizando   um   simples   motor   eléctrico   (ou   gerador). A   "Flywheel"   tem   a   particularidade   de   manter   o   seu   movimento   por   muito   tempo,   e   daí   a   sua   grande   importância.   Tem,   por   conseguinte,  a  particularidade  de  "Conservar  a  Sua  Energia".   No   nosso   sistema   portanto   podemos   usar   uma   Flywheel   como   substituto   em   caso  de  falta  de  energia  nas  baterias  e  pouco  Hidrogenio  nas  garrafas.  Como  ter   um  gerador  sempre  a  funcionar  que  permite-­‐nos  Também  de  alimentar  a  casa  
  40. 40. ESTG  –  IPVC     HEIMA  |  Francesco  Campoli  |  ESER   40     com  menos  componentes  de  installaçao,  e  poupando  no  custo  final  do  projeto.   Já   que   ainda   está   em   fase   de   desenvolvimento   vai   ser   dificil   dimensionar   um   sistema   com   uma   Flywheel,   ou   seja   cálculos   das   perdas,   dimensoes,   etc..,   e   portanto  vamos  pôr  esta  parte  Também  nas  melhorias  da  nossa  Casa.       2.3 Aquecimento/Arrefecimento  Casa  e  AQS   Depois  de  saber  como  vai  ser  o  nosso  sistema  de  produção  de  energia  electrica,   chegamos   na   parte   do   aquecimento/   arrefecimento   e   da   água   quente   sanitária(AQS)  da  casa.     Há  muitas  formas  de  tratar  este  assunto,  como  por  exemplo  o  solar  térmico  que   desfruta  a  energia  solar  para  o  processo  de  Aq/Arref  e  AQS,  mas  a  nossa  atenção   concentra-­‐se  no  uso  da  Geotermia  a  baixa  Entalpia.     Vamos  portanto  entender  como  realizar  este  Sistema  na  Nossa  Casa.      
  41. 41. ESTG  –  IPVC     HEIMA  |  Francesco  Campoli  |  ESER   41     2.3.1  Sistema  Geotérmico   A  energia  geotérmica  usa  a  temperatura  constante  que  o  térreno  têm  todo  o  ano   para   aquecer   edifícios.   No   inverno,   o   calor   armazenado   no   solo   é   movido   no   interior   do   edifício   e   no   Verão,   o   processo   é   invertido,   o   edifício   calor   é   transferido   para   o   solo.   Esta   troca   de   calor   ocorre   através   da   bomba   de   calor   geotérmica  e  trocador  de  calor  enterrados.   Para   este   processo   devemos   usar   uma   bomba   de   calor   ligada   a   um   sistema   térmico  da  casa  que  no  nosso  caso  vai  ser  um  Piso  Radiante.     Primeira  coisa  será  calcular  a  necessidade  de  aquecimento,  de  arrefecimento  e   de  AQS.     Para   a   estação   de   aquecimento,   o   regulamento   define   que   o   comportamento   térmico  é  determinado  pelo  seguinte  conjunto  de  perdas  e  ganhos:   ·   Perdas   de   calor   por   condução   através   da   envolvente   do   edifício   Estas   perdas   derivam   da   diferença   da   temperatura   interior   e   exterior   e   são   consideradas  como   envolvente  as  paredes,  cobertura,  pavimento  e  envidraçados.           Onde,  Qext  =perdas  de  calor  pela  envolvente  em  contacto  com  o  exterior  Qlna   =perdas  de  calor  pela  envolvente  em  contacto  com  locais  não  aquecidos  Qpe  =   perdas  de  calor  pelos  pavimentos  e  paredes  em  contacto  com  o  solo  Qpt  =  perdas   de  calor  pelas  pontes  térmicas  lineares  existentes   ·   Perdas  de  calor  resultantes  da  renovação  de  ar  Estas  perdas  correspondem   à  renovação  de  ar  interior  por  unidade  de  tempo        
  42. 42. ESTG  –  IPVC     HEIMA  |  Francesco  Campoli  |  ESER   42       Onde,   Rph   =   número   de   renovações   horárias   do   ar   interior   Ap   =   área   útil   de   pavimento  Pd  =  pé  direito  GD  =  número  de  graus-­‐dias  da  localidade  em  que  o   edifício  se  situa.   ·   Ganhos   de   calor   úteis   Este   ganhos   são   resultado   dos   ganhos   brutos   internos  e  ganhos  solares  pelos  envidraçados       Onde,  η  =  factor  de  utilização  de  ganhos  térmicos  Qg  =  ganhos  térmicos  brutos   Este   factor   de   utilização   é   definido   pelo   regulamento   como   função   da   inércia   térmica  e  da  relação  entre  os  ganhos  totais  do  edifício  e  perdas  térmicas  totais.   Assim  as  necessidades  anuais  de  aquecimento  são  calculadas  por:         Para  o  arrefecimento  usamos  a  mesma  metodologia  que  do  aquecimento  tendo   atenção  ao  cálculo  dos  ganhos  solares  que  terão  de  ser  adaptados  às  condições   de   Verão,   isto   porque,   no   Inverno   não   provocam   sobreaquecimento   como   no   Verão.   Neste   caso,   dado   a   temperatura   média   exterior   ser   inferior   há   temperatura   interior  de  referência  a  renovação  de  ar  é  contabilizada  como  uma  perda.   As  necessidades  nominais  de  arrefecimento  são  calculadas  da  seguinte  maneira:            
  43. 43. ESTG  –  IPVC     HEIMA  |  Francesco  Campoli  |  ESER   43     Onde,  Qg  =  ganhos  totais  brutos  η  =  factor  de  utilização  dos  ganhos  Apavimento   =  área  útil  de  pavimento   Este   ganhos   totais   brutos   consistem   na   soma   das   cargas   individuais   de   cada   componente   da   envolvente,   das   cargas   devidas   à   incidência   solar   nos   envidraçados,   das   cargas   devidas   à   renovação   de   ar   e   das   cargas   internas.   Os   ganhos  pela  envolvente  correspondem  à  soma  das  perdas  pela  envolvente  opaca   e   transparente,   provocadas   pela   diferença   de   temperatura   do   interior   e   do   exterior   e   dos   ganhos   solares   através   da   zona   opaca.   Os   ganhos   pelos   envidraçados,  renovação  de  ar  e  internos  são  calculados  da  mesma  maneira  nos   dois  métodos.     Enfim  o  cálculo  das  necessidades  de  energia  para  preparação  de  águas  quentes   sanitárias  é  feito  da  seguinte  maneira:         Onde,  Qa  =  energia  útil  despendida  com  sistemas  convencionais  de  preparação   de   AQS   ηa   =   eficiência   de   conversão   dos   sistemas   convencionais   Esolar   =   contribuição  de  sistemas  de  colectores  solares  para  aquecimento  de  AQS  Eren  =   contribuição   de   outras   energias   renováveis   Apavimento   =   área   útil   de   pavimento.     Uma   vez   calculadas   as   nossas   quantidades   necessaria   para   aquecimento,arrefecimento   e   AQS,   devemos   escolher   a   nossa   Bomba   de   Calor   Geotermica.     Para  isso  há  um  software,  PILESIM,  um  programa  de  simulação  dinâmica  para   avaliação   do   desempenho   térmico   de   sistemas   de   aquecimento   e/ou   arrefecimento   utilizando,   sistemas   energy   piles   ou   múltiplos   permutadores   de   calor  enterrados.   Define   Também     parâmetros relativos   às   necessidades   de   aquecimento   e   arrefecimento,  à  bomba  de  calor  e  máquina  de  frio.  
  44. 44. ESTG  –  IPVC     HEIMA  |  Francesco  Campoli  |  ESER   44         Piso   Radiante   a   Água:   A  Climatização  Invisível  ou  vulgarmente  designada  de   Piso   Radiante   a   água,   é   um   sistema   que   consiste   numa   série   de   circuitos   de   tubagens   integradas   no   chão   ou   no   tecto,   através   das   quais   circula   água   à   temperatura  necessária  para  proporcionar  calor  ou  frio,  de  acordo  com  a  época   do  ano.  A  água  é  impulsionada  a  uma  temperatura  temperada  a  rondar  os  40ºC   no  inverno  e  os  16ºC  no  verão,  criando  um  ambiente  confortável  sem  movimento   de  ar.     Estimou-­‐se,  sempre  em  termo  padrão,  uma  area  de  160!! ,  com  4  pessoas,  que   ajuda-­‐nos  a  definir  as  necessidades  de  água  quente  estimadas  por  80litros  por   pessoa  por  dia,  que  permite  de  calcular  a  potência  calorifica  para  a  escolha  da   nossa  bomba  de  calor:       -­‐  Potência  Calorífica   Os  cálculos  começam-­‐se  com  a  seguinte  fórmula:     P=  ρ  x  c  x  Q  x  ∆t    
  45. 45. ESTG  –  IPVC     HEIMA  |  Francesco  Campoli  |  ESER   45     Sendo:   P  –  Potência  calorífica  (Kcal/h)   ρ  -­‐  Densidade  da  agia=  1  Kg/l   c  –  Calor  especifico  da  água  (1  Kcal/(Kg  ºC)   Q  –  Caudal  ou  volume  de  acumulação  a  aquecer  num  determinado  tempo  (l/h)   ∆t   –   Diferença   detemperatura   da   água   na   entrada   e   de   acumulação   (ºC),   habitualmente  consideramos  entrada  a  10ºC  e  acumulação  a  60  ºC,  o  que  resulta   a  50  ºC   Nota:   Para   simplificação   dos   cálculos   trabalhamos   em   Kcal/h   e   então   no   final   passamos  a  Kw.     Exemplo  na  nossa  casa:     Para  um  depósito  de  acumulação  de  320  l  para  aquecer  numa  1,5  hora:   P  =  1  x  1  x(  320/1,5)  x  50  =  10  667  Kcal/h  =10667  x  0,0011628            =  12  Kw     Esta  potência  representa  o  calor  horário  necessário  que  o  permutador  terá  que   permitir  na  troca  de  calor.   Logo  a  nossa  Bomba  de  calor  será:           Bomba  de  calor  Geotermica  OCHSNER  -­‐  10-­‐60  KW  
  46. 46. ESTG  –  IPVC     HEIMA  |  Francesco  Campoli  |  ESER   46     CAPÍTULO  3  -­‐  PRODUÇÃO  ÁGUA     3.1 “COMPLUVIUM  DO  MAR”   O  “Compluvium  do  mar”  é  uma  estrutura  módular  que  recolhe  água  da  chuva  e   água   do   mar   para   transforma-­‐las   em   água   potável.   Para   isso   são   utilizados   materiais  sustentáveis  que  irão  filtrar,  aquecer,  depurar  e  mineralizar  as  águas   tratadas.  Para  o  processo  de  dessalinização  da  água  do  mar,  o  Compluvium  do   Mar  usa  a  técnica  da  evaporação  para  uso  cívico  e  doméstico  com  ajuda  de  fontes   de  energia  renováveis  utilizadas  pelo  aquecimento  da  resistência  elétrica.  Além   da  dessalinização,  a  estrutura  recolhe  também  água  da  chuva  com  um  sistema   que  já  existia  na  antiga  Roma,  o  Compluvium-­‐Impluvium,  mas  modernizado  (em   vez   de   um   telhado   normal,   esta   estrutura   vai   ter   painéis   fotovoltaicos,   que   carregam  uma  bateria).       Podemos   dizer   que   este   sistema   e’   um   sistema   Hibrido   de   produção   de   água   potável.        
  47. 47. ESTG  –  IPVC     HEIMA  |  Francesco  Campoli  |  ESER   47     3.1.2  FUNCIONAMENTO   A   água   da   chuva   passa   por   uma   conduta   constituída   por   vários   filtros,   para   depois  cair  dentro  de  um  tanque  (o  nosso  impluvium),e  depois  se  juntar  à  água   do  mar  dessalinizada.  Nesta  fase  vamos  ter  Água  Pura.       A   água   do   mar   entra   na   estrutura   através   de   um   sistema   de   bombagem   e   de   abertura/fecho  de  uma  válvula.  Quando  o  processo  arranca,  tudo  automatizado   com   sensores,   a   água   do   mar   passa   dentro   duma   placa   de   alumínio   (material   barato  e  com  ótima  condução  térmica)  com  a  forma  de  serpentina.  Esta  água  do   mar  vai  cair  num  tanque  (tanque  água  do  mar)  que  vai  ser  aquecido  com  uma   resistência  elétrica  até  chegar  à  temperatura  de  ebulição  e  passar  a  vapor,  para   depois  se  transformar  em  gotas  de  água  pura  que  se  vão  acumulando  no  tanque   de  água  pura.   O  ambiente,ou  câmara  em  cima  do  tanque  de  água  do  mar,  e’  composto  por  uma   estrutura   a   isolamento   térmico   para   nao   desperder   o   calor   nesse   espaço   e   o   material  que  foi  escolhido  e’  a  Espuma  elastomerica.   Na  figura  em  baixo  podemos  ver  melhor  a  estrutura  na  parte  do  lado.    
  48. 48. ESTG  –  IPVC     HEIMA  |  Francesco  Campoli  |  ESER   48     3.1.3  AVALIAÇÃO  DOS  COMPONENTES   -­‐Tanque  Nº  1(Água  do  Mar):  Neste  tanque  entra  água  do  mar  com  um  sistema   de  bombagem  e  uma  válvula  que  automatizada  ira  escolher  o  tempo  de  fecho  ou   abertura.   A   dimensão   do   tanque   (capacidade   em   Litros)   varia   a   segunda   dos   requisitos  da  casa.      O  material  do  tanque  escolhido  e’  o  alumínio  com  uma  base   costituida  pelo  interno  do  material  Zeolito.  A  sua  vez  a  base  deste tanque  nº1 esta   apoiada   em   cima   duma   resistência   que   trabalhera   pelo   aquecimento   da   água.  

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