Este relatório descreve (1) um projeto de sistema de aquecimento solar residencial na UFSC, (2) a especificação dos componentes do sistema, incluindo placas coletoras, boiler e chuveiro, e (3) simulações do sistema para otimizar o acionamento dos componentes e economizar energia elétrica.

1. Otimização de um sistema residencial
de aquecimento solar de água
Relatório submetido à Universidade Federal de Santa Catarina
como requisito para a aprovação da disciplina:
DAS 5501: Estágio em Controle e Automação Industrial
Lauro Antonio Drehmer Pilatti
Florianópolis, Dezembro de 2011

2. Otimização de um sistema residencial de aquecimento
solar de água
Lauro Antonio Drehmer Pilatti
Orientador:
Prof. Julio Elias Normey Rico, Dr. Eng.
_______________________
Assinatura do Orientador
Este relatório foi julgado no contexto da disciplina
DAS 5501: Estágio e Controle e Automação Industrial
e aprovado na sua forma final pelo
Curso de Engenharia de Controle e Automação
2

3. Agradecimentos
Ao Prof. Julio Elias Normey Rico pela oportunidade de trabalhar no projeto e
pela orientação nas atividades.
A todo o pessoal do LTIC-UFSC, em especial ao Ivan, pelo auxílio na
realização das atividades do estágio.
Às minhas primas que moram comigo, Fernanda e Bianca, que me apoiam e
me incentivam a prosseguir.
Aos meus pais José Pilatti Sobrinho e Elice Drehmer Pilatti, pelo
companheirismo, educação e compreensão em todos os momentos que estiveram
comigo.
Aos amigos e colegas pelos bons e maus momentos que enfrentamos juntos.
3

4. Resumo
No prédio de unidade de medição multifásica (UMME), na UFSC, está sendo
desenvolvido um projeto envolvendo um sistema solar de aquecimento de água. O
foco principal desse projeto é a analisar qual a influência do acionamento de seus
componentes (boiler e chuveiro) na temperatura desejada da água para o banho.
Uma das atividades trata-se da modelagem matemática do sistema com
auxílio do software MATLAB. Isso será de extrema importância para fazer
simulações em um ambiente computacional antes de fazer na planta.
Também será detalhada as especificações técnicas dos componentes e como
será a estrutura e montagem deles no prédio. Uma planta feita em AutoCAD também
será elaborada.
Serão apresentados alguns cenários para a obtenção dos devidos resultados
e conclusões.
Este trabalho foi desenvolvido como estágio em Controle e Automação
Industrial do curso de Engenharia de Controle e Automação da UFSC.
4

5. Abstract
In the building unit of measurement of multiphase (Umme) at UFSC, a project
is being developed involving a solar water heating. The main focus of this project is to
analyze the influence of the drive components (boiler and shower) at the desired
temperature of water for bathing.
One of the activities it is the mathematical modeling of the system using the
software MATLAB. This is extremely important to make simulations in a computing
environment before making the plant.
It will also detail the technical details of the components and how to
structure and assembling them in the building. A blueprint will also be drafted
in AutoCAD.
Some scenarios will be presented to obtain the appropriate results and
conclusions.
This work was developed as a internship in Industrial Control and Automation in
UFSC’s Control and Automation Engineering College.
5

6. Sumário
Agradecimentos ................................................................................................ 3
Resumo ............................................................................................................ 4
Abstract ............................................................................................................ 5
Sumário ............................................................................................................ 6
Capítulo 1: Introdução ...................................................................................... 8
1.1: Contexto do Projeto ............................................................................... 8
1.2: Estrutura do trabalho .............................................................................. 9
Capítulo 2: Sistemas comerciais existentes no Brasil.....................................10
2.1: Básicos................................................................................................. 10
2.2: Sistemas com melhorias relacionadas a automação ........................... 11
Capítulo 3: Especificação dos Componentes..................................................13
3.1: As placas coletoras solares.................................................................. 13
3.2: O boiler................................................................................................. 14
3.3: O chuveiro ............................................................................................ 15
3.3.1: O relé controlador de potência ...................................................... 17
3.4: As Tubulações ..................................................................................... 18
3.5: Esquema de instalação no prédio ........................................................ 20
3.6: Plantas do projeto ................................................................................ 21
Capítulo 4: Modelagem matemática do sistema ............................................. 23
4.1: As placas coletoras solares.................................................................. 23
4.2: O boiler................................................................................................. 25
4.3: O chuveiro ............................................................................................ 27
4.4: O sistema completo ............................................................................. 28
4.5: O modelo no SIMULINK ....................................................................... 29
6

7. 4.6: Ganhos estáticos ................................................................................. 29
4.6.1: Placas coletoras.........................................................................30
4.6.2: Boiler...........................................................................................32
Capítulo 5: Simulações e resultados .............................................................. 34
5.1: Cenário 1.............................................................................................. 35
5.2: Cenário 2.............................................................................................. 38
Capítulo 6: Conclusões................................................................................... 42
Bibliografia: ..................................................................................................... 43
7

8. Capítulo 1: Introdução
1.1: Contexto do Projeto
O uso de fontes renováveis de energia deixou de ser uma simples alternativa
e já representa uma grande parte do total de enrgia utilizado pelo ser humano.
Vários fatores levam para que isso aconteça. Os principais deles estão no fato
de serem muito menos poluentes e de nunca se esgotarem. Podemos citar o sol, os
ventos e as marés como os mais utilizados. Nesse projeto será abordado
especificamente a energia solar.
A energia solar pode ser usado basicamente de duas formas: para obtenção
de energia elétrica ou para aquecimento de água. Este último é o foco desse
trabalho.
O número de residências a fazer uso desse sistema cresce a cada dia no
país, pois a tecnologia envolvida está muito mais aprimorada e consequentemente
seu rendimento e eficiência energética maiores. Dessa forma, a desconfiança que
grande parte da população tinha em instalá-lo diminuiu.
Entretanto, boa parte dos sistemas ainda não contam com uma inteligência e
automação desejados pelos usuários. Os que possuem, são muito caros e se tornam
inviáveis.
É nesse ponto que entra o objetivo dessa pesquisa.
Como será detalhado nos capítulos seguintes, a energia solar não é a única
responsável por aquecer a água nesses sistemas. Eles contam com um sistema
auxiliar, que serve para dias em que a ensolação não esteja suficientemente grande
para aquece-la na temperatura desejada. Para isso, temos um boiler que não serve
apenas para armazenar a água e manter ela quente, mas conta também com uma
resistência elétrica para aquece-la. Também temos o chuveiro convencional, que
nada mais é do que um aquecedor de passagem.
Em dias frios, podemos perceber que para tomarmos banho na temperatura
desejada, temos que limitar a vasão da água para nosso conforto térmico. Com o
8

9. objetivo de resolver esse problema, algumas decisões o sistema de aquecimento
solar deverá tomar, como por exemplo:
- O que acionar? O chuveiro ou o boiler?
- Por quanto tempo deve ser acionado?
- Qual ecomizará mais energia elétrica?
Para responder essas perguntas é que serão feitas algumas simulações em
diferentes cenários que acontecem no dia a dia de qualquer família.
1.2: Estrutura do trabalho
O relatório está dividido em 5 capítulos.
Para ter uma noção do mercado nacional, foi feita uma pesquisa de que tipos
de sistemas as empresas estão oferecendo. Isso foi útil para saber o que está sendo
desenvolvido e quais são as principais dificuldades encontradas por elas. No
capítulo 2 será apresentado o que foi encontrado nesse aspecto.
Já no capítulo 3 foi especificado os materiais e componentes necessários para
montagem do sistema. Dados técnicos e requisitos de projeto também serão
detalhados.
Para as simulações computacionais foi criado um modelo da planta no
MATLAB, mais precisamente no Simulink, com todas equações de cada componente
e do sistema completo. Esse é o assunto do capítulo 4.
Os cenários e resultados obtidos dessas simulações serão discutidos no
capítulo capítulo 5.
No capítulo 6 algumas considerações finais serão apresentadas.
9

10. Capítulo 2: Sistemas comerciais existentes no Brasil
Como primeira tarefa do projeto foi realizada a pesquisa do atual cenário
nacional do mercado de aquecedores solares. A fonte para isso foi basicamente a
internet.
Encontrou-se diversas empresas que vendem esse produto e podemos
classicar em dois tipos: básicos e com automação implementada.
A seguir será explicado o funcionamento desses modelos
2.1: Básicos
Estes se caracterizam por não possuírem automação em seus processos. O
seguinte esquema ilustrativo e sua descrição demonstram seu funcionamento:
Figura 1 - Sistema básico
A água sai do reservatório e passa pelos coletores. São eles que absorvem o
calor do sol para esquentar a água que, depois de aquecida, volta para o
reservatório. Este não deixa a água esfirar, e é dali que ela segue quente direta para
ser utilizada. Uma caixa de água abastece esse reservatório com água fria para que
10

11. ele nunca fique vazio. Para nunca faltar água quente, todo aquecedor solar tem um
sistema auxiliar. Quando o tempo fica nublado ou chuvoso por muitos dias, este
sistema auxiliar, elétrico ou gás, entra em ação.
Existem dois métodos para que ocorra a circulação da água através do
sistema:
Termossifão: A circulação natural da água entre o boiler e as placas coletoras
ocorre pela variação da densidade da água em função da temperatura. A água
quente é menos densa que a água fria, então a água quente sobe e água fria desce.
Bombeado: o termossifão só ocorre quando os componentes são instalados
na posição da figura anterior. Quando isso não é possível ou viável, o uso de
bombas para forçar a circulação se faz necessário.
2.2: Sistemas com melhorias relacionadas a automação
Diferentemente dos anteriores, estes sistemas possuem algum tipo de
inteligência e automação nos seus processos. Isso facilita a vida do usuário
fornecendo mais conforto e controle da temperatura da água.
Figura 2 - Sistema com automação
Através de um conjunto de sensores de temperatura, bombas e válvulas
devidamente localizados, juntamente com um controlador central, esse tipo de
11

12. sistema garante um melhor aproveitamento da energia solar. O funcionamento
ocorre da seguinte forma:
A água fria proveniente da caixa de água fica retida nos coletores solares
antes de ir para o boiler até atingir uma temperatura determinada. Aí então é
liberada a entrada de água fria nos coletores, que faz com que a agua quente siga
para o reservatório. Essa água fria fica retida nos coletores novamente até aquecer e
esse ciclo se repete até que o boiler seja completamente cheio. Para que a água do
reservatório sempre esteja em sua temperatura máxima, há uma comparação entre
ela e a presente nos coletores. Se a dos coletores for maior, ela será
automaticamente direcionada ao reservatório. Conforme vai se utilizando a água do
reservatório, os coletores vão sendo abastecidos para que se mantenha o nível de
água quente no boiler. Da mesma forma que nos aquecedores básicos, em dias
nublados a água é aquecida por um sistema auxiliar.
12

13. Capítulo 3: Especificação dos componentes
O processo de especificação começou com a pesquisa de empresas que
vendem sistemas residenciais de aquecimento solar em Florianópolis. Depois de
vários orçamentos requeridos e negociações, decidimos contratar a empresa
Sunfox, devido a diversas vantagens e assistência oferecidos por eles.
Eles ficariam encarregados de fornecer e instalar o sistema completo com
placas coletoras e boiler na lage do prédio, e nós de implantarmos a parte interna do
prédio, que envolve tubulações, chuveiro e sistemas de acionamento e controle.
3.1: As placas coletoras
Figura 3 - Coletor solar
Os coletores solares são os responsáveis por absorver a energia proveniente
do sol e trasnformá-la em calor para aquecer a água. Para o projeto serão instaladas
3 placas com área de absorção de 1m2 cada uma.
A SUNFOX é a fornecedora desse material.
13

14. 3.2: O boiler
O boiler é talvez o principal componente do sistema. Ele é responsável não
apenas por armazenar a água proveniente dos coletores, mas também deve possuir
boas características térmicas para poder manter a água quente por várias horas.
Isso é importante porque nem sempre utilizaremos toda água presente nele e
em dias com pouca insolação ele nao receberá a água dos coletores na temperatura
desejada.
Ele possui uma entrada, para a água quente proveniente dos coletores, que
deve ser na parte superior dele. Tem duas saídas, uma para a recirculação com as
placas, situada na parte inferior, e outra para o chuveiro, na parte superior.
A seguir temos um esquema com suas partes para entender melhor seu
funcionamento:
Figura 4 - Partes do boiler
Ele é constituído de:
- Corpo interno: fica em contato direto com a água, por isso deve ser feito de
materiais resistentes à corrosão.
- Isolamento térmico: minimiza a perda de calor para o meio, fica instalado
entre o corpo externo e interno.
- Corpo externo: protege o isolamento térmico de intempéries.
- Termostato: verifica a temperatura da água dentro do reservatório térmico,
se necessário aciona a resistência elétrica.
- Resistência elétrica: responsável pelo aquecimento auxiliar
14

15. - Suportes: apoio para fixação e instalação do reservatório.
- Tampa lateral: veda o reservatório.
Figura 5 - Boiler
O modelo utilizado oferecido pela SUNFOX apresenta as seguintes
características:
- Volume de 300 litros, no modelo horizontal.
- Isolamento térmico progressivo em poliuretano expandido com até 60 mm
na parte superior.
- Sistema de apoio elétrico composto por resistência elétrica de 3.500W, 220
Volts, com termostato regulável de 20o C a 90o C.
3.3: O chuveiro
O chuveiro é igual aos que encontramos nas residências comuns. Ele é
necessário para em dias com pouca insolação ou muito frios. Neles a temperatura
da água proveniente do sistema solar provavelmente não estará como a desejada.
Deve-se então fazer uso do chuveiro para conseguir atingí-la.
O modelo utilizado será a DUCHA SUPREMA PLUS, da marca Cardal.
15

16. Figura 6 - Chuveiro
Uma informação importante é saber como que a temperatura da água sofre
influência com a vazão. Isso é perceptível quando vamos tomar banho e para que
consigamos a temperatura desejada temos que baixar a vazão, pois o chuveiro não
é capaz de aquecer um volume de água muito grande.
No gráfico abaixo, fornecido no site da empresa, temos essa relação.
Figura 7 - Relação da vazão com temperatura para o chuveiro
16

17. 3.3.1: O relé controlador de potência
Para controlarmos a potência do chuveiro é utilizado um relé. Isso é
necessário pois o chuveiro possui apenas 3 temperaturas desejadas, ou seja, 3
configurações de potência. Como nos ensaios necessitará um ajuste mais preciso, o
relé recebe um sinal de controle e fornece a potência desejada, com valor máximo
de 5.500W, que é igual a do chuveiro.
O modelo que será utilizado é o relé de estado sólido para ângulo de fase
AFC01.
Figura 8 - Relé controlador de potência
Seus dados técnicos são os seguintes:
- Isolação Entre Entrada e Saída: 1000Vrms
- Sinal de Controle: 4 a 20mA (6Vcc mínimo)
- Tipo de Controle: Ângulo de Fase
- Tensão: 220Vac
- Corrente: 40A
- Sinalização com led: Alimentação, Operação, Excesso de Temperatura
- Freqüência: 50/60Hz
Mais informações podem ser encontradas no site da fabricante:
http://www.contemp.com.br/produtos/controladores-de-potencia-e-reles-de-
estado-solido/reles-de-estado-solido-ssr/rele-de-estado-solido-para-angulo-de-fase-
afc01
17

18. Todo rele de estado sólido “SSR” gera calor proporcional a corrente elétrica a
que é submetido. Para evitar sua queima é necessário o uso de dissipador de calor.
Foi escolhido o modelo DS3, comprado no mesmo fornecedor do relé, para
essa função:
Figura 9 - Dissipador de calor
3.4: As tubulações
O mais importante da parte hidráulica do sistema e a tubulação para água
quente. Cogitou-se a possibilidade de usar cobre como material, mas devido as
dificuldades para sua instalação, optou-se por utilizar uma linha da marca Tigre, a
Aquatherm. As peças dessa linha suportam temperaturas de ate 90 o C, o que é
suficiente para o sistema.
A seguir será apresentada uma relação de todo material que foi comprado
para a parte hidráulica.
18

19. Água Quente:
Material Quantidade
Tubo Aquatherm 22mm 24 metros
Joelho Aquatherm 22mm 10 unidades
Luva Aquatherm 22mm 2 unidades
Tê misturador Aquatherm 22mm 1 unidade
Adesivo Aquatherm 2 unidades
Registro tipo chuveiro 22mm 1 unidade
Água Fria:
Material Quantidade
Tubo Soldável 40mm 15 metros
Joelho Soldável 40mm 6 unidades
Luva Soldável 40mm 2 unidades
Registro tipo chuveiro 25mm 1 unidade
Tubo Esgoto 200mm 1 metro
Tubo Soldável 25mm 24 metros
Joelho Soldável 25mm 15 unidades
Luva Soldável 25mm 4 unidades
Registro ON/OFF 25mm 8 unidades
Tê Soldável 25mm 8 unidades
Redução 200mm / 40mm 1 unidade
Eletrodutos:
Material Quantidade
Mangueira corrugada 25mm 70 metros
Itens adicionais:
Material Quantidade
Pincel 2 polegadas 1 unidade
Broxa para passer impermeabilizante 1 unidade
Abraçadeiras, buchas e parafusos para 25mm 60 unidades
Abraçadeiras, buchas e parafusos para 40mm 20 unidades
Lona preta largura 6 metros 3 metros
Fita veda rosca 50 metros 1 unidade
19

20. 3.5: Esquema de instalação no prédio
Os seguintes desenhos ilustram como que o sistema será instalado no prédio:
Figura 10 - Vistas e esquema de instalação do prédio
20

21. O sistema possui um tanque na fossa do prédio para receber a água
proveniente do chuveiro. Dessa forma não a desperdício e podemos reaproveitá-la
no dia seguinte para realização de novos experimentos.
Temos também um quadro geral que vai receber os sinais de controle e
enviar as variáveis medidas.
3.6: Plantas do projeto
Foi necessário a elaboração de plantas realizadas em AutoCAD para se ter
uma noção melhor da configuração do sistema e também para que fosse
apresentada ao departamento financeiro de projetos da UFSC para a autorização
das reformas necessárias no prédio.
As plantas são as seguintes:
Figura 11 - Planta I
21

22. Figura 12 - Planta II
Figura 13 - Planta III
22

23. Capítulo 4: Modelagem matemática do sistema
Nesse capítulo serão apresentados os modelos matemáticos de cada
componente juntamente com as equações que regem seus processos.
Também serão destacados:
- As variáveis de controle, que são aquelas que tenho objetivo de manter em
um valor desejado.
- As variáveis manipuladas, que são onde eu posso atuar no sistema.
- As perturbações, que são variáveis que não estão sobre meu controle e que
podem vir de outro processo.
4.1: As placas coletoras solares
Figura 14 - Modelo do processo das placas coletoras
(̅ )
23

24. Onde:
̅
Significado dos termos da equação:
(̅ )
[ ]
24

25. Variável de controle
Variável manipulada
Perturbações
4.2: O boiler
Figura 15 - Modelo do processo do boiler
( )
Onde:
25

26. Significado dos termos da equação:
( )
Variável de controle
Variável manipulada
Perturbações
26

27. 4.3: O chuveiro
Figura 16 - Modelo do processo do chuveiro
Onde:
Significado dos termos da equação:
27

28. Variável de controle
Variável manipulada
Perturbações
4.4: O sistema completo
Figura 17 - Modelo do sistema completo
28

29. 4.5: O modelo no Simulink
Para simular o sistema no MATLAB foi implementado o seguinte modelo no
Simulink:
Figura 18 - Modelo do Simulink
4.6: Ganhos estáticos
Para analisar a relação entre as variáveis do processo, foram calculados os
ganhos estáticos. Isso foi feito para cada caso, sempre verificando como uma
variável influencia na variável de controle, mantendo as demais constantes. As
equações dos modelos apresentadas anteriormente foram remanejadas para esse
cálculo. Os resultados serão apresentados na forma gráfica, onde o eixo x é o da
variável analisada e o eixo y é o da variável de controle.
29

30. 4.6.1: Coletores solares
- Influência da temperatura ambiente na temperatura de saída do coletor, com
temperatura de entrada de água fria igual a 20 o C, fluxo de circulação igual a 1 l/min
e irradiação de 600 W/m2:
- Influência da temperatura de entrada de água fria na temperatura de saída
do coletor, com temperatura ambiente igual a 20 o C, fluxo de circulação igual a 1
l/min e irradiação de 600 W/m2:
30

31. - Influência da irradiação solar na temperatura de saída do coletor, com
temperatura ambiente igual a 25 o C, temperatura de entrada de água fria igual a 20 o
C e fluxo de circulação igual a 1 l/min:
- Influência do fluxo de circulação na temperatura de saída do coletor, com
temperatura ambiente igual a 25 o C, temperatura de entrada de água fria igual a 20 o
C e irradiação de 1000 W/m2:
31

32. 4.6.2: Boiler
- Influência da potência do boiler na temperatura interna do boiler, com
temperatura ambiente igual a 25o C, fluxo de circulação igual a 1 l/min e temperatura
da água proveniente do coletor de 30 o C:
- Influência da temperatura ambiente na temperatura interna do boiler, com
potência nula, fluxo de circulação igual a 1 l/min e temperatura da água proveniente
do coletor de 30 o C:
32

33. - Influência do fluxo de circulação na temperatura interna do boiler, com
potência nula, temperatura ambiente de 25 o C e temperatura da água proveniente
do coletor de 30 o C:
- Influência da temperatura da água proveniente do coletor na temperatura
o
interna do boiler, com potência nula, temperatura ambiente de 25 C e fluxo de
circulação igual a 1 l/min:
33

34. Capítulo 5: Simulações e resultados
Para as simulações as seguintes considerações gerais serão feitas:
- Tempo de análise de dois dias, ou seja, 48 horas. O primeiro dia começa as
6 horas da manhã.
- Fluxo de circulação entre as placas coletoras solares e o boiler de 1 l/min,
que é o próximo do real. Essa circulação ocorrerá somente quando a temperatura da
água do boiler for inferior a das placas coletoras, como da fato acontece na prática,
pelo sistema de termossifão.
- Temperatura de água fria entrando no boiler de 10 o C.
- Potência do boiler funciona como ON/OFF, ou seja, ou vai estar fornecendo
sua potência máxima de 3000W, ou estará desligada.
- Potência do chuveiro da mesma forma, só que com valor de 5500W.
O que será analisado é como a combinação do uso do boiler e chuveiro
deverá ser feita para que consigamos atigingir a temperatura e vazão desejados.
Os banhos serão distribuídos da seguinte forma:
- 5 banhos seguidos, pois consideramos uma família com 5 pessoas, de 10
minutos cada.
- Três sessões: uma as 18:00 do primeiro dia, uma as 06:00 do segundo dia e
outra as 18:00 do segundo dia.
Será usado como entradas no sistema os seguintes dados:
- A temperatura ambiente e o nível de radiação solar durante o dia.
- A temperatuda e vazão desejados para o banho.
34

35. 5.1: Cenário 1
Nesse primeiro cenário será analisado um dia de verão, sem nuvens, com
temperatura ambiente e irradiação solar variando da seguinte forma ao longo dos
dois dias:
Figura 19 - Temperatura ambiente - cenário 1
Figura 20 - Radiação solar - cenário 1
Admite-se que, nessas circunstâncias, um banho com temperatura de 25 o C já
estaria agradável.
35

36. Para a vazão será usado o valor de 7 l/min, que é considerado abaixo do que
o ideal.
Temos o seguinte resultado para esse caso:
Figura 21 - Resultado do cenário 1 somente com chuveiro
Os valores de radiação e chuveiro ligado não estão em escala e servem
somente para dar noção de tempo no gráfico.
Nesse gráfico podemos perceber que no primeiro banho do primeiro dia, as
18:00, não foi preciso ligar nenhum sistema auxiliar de aquecimento, pois a água
que estava no boiler estava em temperatura acima da desejada. Já no segundo dia
pela manhã, o boiler não estava mais cheio e teve que receber água fria para se
abastecer. Como de madrugada não é aqucida a água nos coletores, o chuveiro teve
que ser acionado para atingir os 25o C desejados. No fim do segundo dia, após o
aquecimento nas placas, nâo se fez uso da potência do chuveiro.
Faremos um cálculo de quanto de energia foi gasta pelo chuveiro para
aquecer a água e consequentemente seu custo:
36

37. Energia = Potencia* (tempo utilizado)
E = 5,5*(50/60) = 4,58 KW.h
Considerando o custo do KW.h em Santa Catarina como R$ 0,33, temos:
Custo = 4,58*0,33 = R$ 1,51
Esse é o custo para os 5 banhos na manhã do segundo dia.
Uma alternativa para esse caso poderia ser acionar a potência do boiler de
madrugada, para que quando a manhã chegasse, tivesse água quente no boiler e
não precisasse ligar o chuveiro. Faremos isso ligando ele as 04:45 do segundo dia,
uma hora e quinze minutos antes do primeiro banho.
Foi obtida a seguinte resposta:
Figura 22 - Resultado do cenário 1 com uso da potência do boiler
Fazendo novamente os cálculos, temos o seguinte consumo:
E = 3*(75/60) = 3,75 KW.h
Custo = 3,75*0,33 = R$ 1,23
37

38. Observa-se um custo menor acionando o boiler. Isso se deve ao fato de que
temos um grande volume de água para ser aquecido e o boiler se torna mais
eficiente nesse caso. Se uma só pessoa fosse tomar banho, evidentemte não
compensaria aquecer um volume tão grande de água e o chuveiro se apresentaria
mais eficiente.
5.2: Cenário 2
Aqui vamos tratar de um cenário em que as condições climáticas não estejam
muito agradáveis, ou seja, baixa temperatura ambiente e céu nublado.
Temos as seguintes condições:
Figura 23 - Temperatura ambiente - cenário 2
38

39. Figura 24 - Radiação solar - cenário 2
Nesse segundo caso, será feito uma análise com relação ao conforto do
usuário no banho. Dessa forma, não será suficiente a temperatura estar na
desejada, mas também a vazão.
Serão considerados:
- Temperatura desejada igual a 45 o C, pois está mais frio que no primeiro
caso;
- Vazão desejada igual a 12 l/min, que é considerada como excelente.
Na primeira simulação será utilizada somente o chuveiro como fonte auxiliar
de energia.
Temos o seguinte resultado:
39

40. Figura 25 - Resultado do cenário 2 com uso somente do chuveiro
Podemos observar que a temperatura de banho não atinge a desejada, tendo
um máximo de 20o C. Isso ocorre devido ao fato de o chuveiro não ser capaz de
aquecer uma vazão tão grande de água que passa por ele.
Para tentar solucionar esse problema, foi feita uma segunda simulação,
ligando o boiler as 21:00 do primeiro dia, deixando-o ligado até as 06:00 do dia
seguinte. Foi obtido o seguinte resultado:
40

41. Figura 26 - Resultado do cenário 2 utilizando chuveiro e boiler
Percebe-se aqui que os banhos das 06:00 do segundo dia conseguem atingir
a temperatura e vazão desejadas, fazendo um uso combinado dos aquecimentos do
boiler e do chuveiro.
Entretanto um elevado consumo de energia será observado, visto que a
potência do boiler ficou acionada por 9 horas.
Cabe ao usuário decidir o nível de conforto que ele quer ter e quanto ele quer
gastar.
41

42. Capítulo 6: Conclusões
Este trabalho teve como objetivo relatar as atividades realizadas no sistema
de aquecimento solar de água que está sendo instalado no prédio UMME da UFSC.
É um projeto que teve início justamente quando comecei o estágio, então teve vários
obstáculos encontrados no decorrer das atividade, como a burocracia para conseguir
financiamento para começar a comprar os equipamentes. Isso atrasou o cronograma
e somente agora, em dezembro de 2012, que a planta poderá ser instalada.
Para trabalhar com simulações computacionais da planta, teve que se fazer
um estudo aprofundado dos modelos dos processos e suas equações. O software
MATLAB foi amplamente explorado e auxiliou de forma primordial nos resultados
obtidos.
Outra parte interessante foi a especificação e orçamento dos componentes,
buscando sempre a melhor solução para os requisitos especificados.
No contexto das tubulações e toda a parte hidráulica, muito se acrescentou
para os conhecimentos do seu autor. Tipos de conexões, registros e tubos tiveram
que ser estudados para desenvolver a parte interna do sistema.
Dois cenários bem distintos foram estudados no projeto. Evidentemente mais
cenários podem ser estudados, conforme for a necessidade e intenção da
simulação. Mas pontos cruciais para a análise devem ser os mesmos, que são o
conforto do usuário no banho e a eficiência energética do sistema.
Os resultados obtidos mostraram que essa área tem muito para evoluir ainda
e que os sistemas presentes não são baseados em estudos desse tipo. Tendo isso
em vista e agora com a instalação do sistema, esse projeto deve trazer bons
resultados e muito provavelmente será de interesse de alguma empresa que vende
produtos similares.
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43. Bibliografia:
[1] SIQUEIRA, D.A. Estudo de desempenho doaquecedor solar de baixo
custo. Dissertacao de Mestrado, Uberlandia, FEQUI-UFU, 2009, 143p.
[2] INMETRO. Programa brasileiro de etiquetagem – Sistemas e equipamentos
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[3] JURADO, D. A. J. Modelagem dinâmica de um sistema solar termo-sifão
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[4] SOBRINO, L. R. Contribuciones al modelado y control de uma planta de
desalacion solar. Dissertação de Doutorado, Universidade de Almeria, 2009,
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