Este documento descreve um protótipo de sistema de aquecimento solar de água construído pelos autores. O sistema usa painéis solares e circulação natural da água para aquecê-la. Testes mostraram que a água pode ser aquecida a quase 40°C usando apenas energia solar, e mais rápido usando um aquecedor auxiliar ou refletor solar.

1. SISTEMA DE AQUECIMENO SOLAR
CIRCUITO DIRETO e CIRCULAÇÃO
NATURAL
ADRIAN
CLEVERSON
EVANDRO
GREICIELI

2. OBJETIVO
Construir um protótipo de um
sistema natural de aquecimento de água
por energia solar.
Figura 1: PROJETO CONCLUÍDO
Fonte: Os autores l

3. DEFINIÇÃO SEGUNDO A NBR 12269:2006
• SISTEMA DE AQUECIMENTO SOLAR ( SAS)
Sistema composto por coletor(es) solar(es), reservatório(s)
térmico(s), aquecimento auxiliar, acessórios e suas interligações
hidráulicas que funciona por circulação natural ou forçada.
• CIRCUITO DIRETO
Processo de aquecimento onde o fluído a ser utilizado é o mesmo que
circula pelos coletores solares.
• CIRCULAÇÃO NATURAL OU TERMOSSIFÃO
Circulação de água no sistema de aquecimento solar devido ao
fenômeno de termossifão, que consiste na movimentação de um
fluído cuja força motriz tem origem na diferença de densidade
decorrente da variação de temperatura.

4. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
O processo de aquecimento da água se deve a irradiação e convecção
solar captada pelas placas.
PRINCÍPIO DE CIRCULAÇÃO DO FLUÍDO:
Convecção
Térmica
• Se forma a partir das diferenças
entre as densidades
Termossifão
• Se explica através das correntes
de convecção natural
dos fluidos.
Estratificação
Térmica
•Presença de camadas
de temperaturas
diferentes na massa de
água.

5. CONVECÇÃO TÉRMICA
A transferência de calor nos líquidos é feita, através
das correntes de convecção.
Se formam através das diferenças entre as densidades das partes
mais quentes e mais frias da água. O calor se propaga da molécula da
água mais quente para a mais fria. A molécula que ganha calor fica
mais leve, movimentando-se, iniciando a circulação.
ÁGUA MENOS DENSAÁGUA MAIS DENSA

6. TERMOSSIFÃO
O sistema em termossifão é o conjunto de
coletores ligados a um reservatório e posicionado a
um nível mais alto do que os coletores.
O sistema termossifão não é necessárias
utilização bombas circuladoras, pois a circulação de
água faz-se por convecção natural, induzida pela
diferença de densidade entre a água quente e fria.
Figura 2: Sistema de captação solar e fenômeno termossifão.
Fonte: reoboteenergia.blogspot.com.br
Água quente menor densidade;
Água fria maior densidade.

7. ESTRATIFICAÇÃO TÉRMICA
É um fenómeno comum nos corpos de água, que consiste na
formação de camadas horizontais de água com diferentes densidades,
estáveis, ordenadas de forma a que as menos densas ( água quente)
flutuem sobre as mais densas (água fria), com um grau mínimo de
mistura entre elas.
Figura 3. Esquema Estratificação da água.
Fonte:software QiBuilder.
Para saber qual é a
temperatura no fenômeno de
estratificação, basta fazer a
média das duas temperaturas
da água no reservatório.

8. DENSIDADES
Densidade é uma relação entre a massa e o volume de uma substância.
Tabela 1: Propriedades da Água

9. DIMENSIONAMENTO E ISOLAMENTO DA
TUBULAÇÃO
Tabela 02 : Dimensionamento da tubulação
Fonte: NBR 12269:2006

10. ALIMENTAÇÃO ÁGUA FRIA
No projeto não colocamos dois reservatório para separar a água.
O principal objetivo com isso, é mostrar a diferença entre as duas em
um só reservatório, para mostrar as diferenças de temperatura em
processo de aquecimento.
Segundo a NBR 12669:2006, a alimentação de água fria deve ser
feita com a tubulação de diâmetro igual ou superior à tubulação de
água quente.

11. AQUECIMENTO AUXILIAR
De acordo com a NBR 12269:2006 quando é utilizado aquecedor
auxiliar interno elétrico, o reservatório térmico deve estar
completamente abastecido de água, antes que o mesmo seja
energizado.
Após vários testes com o painel, os resultados foram positivos
mas por motivos climáticos iremos usar um aquecedor auxiliar para
mostrar os resultados.

12. SISTEMA DE AQUECIMENTO SOLAR
Figura 4: Painel solar captando energia solar;
Fonte: Projeto dos autores do trabalho.
Figura 5: Painel solar captando energia auxiliar aquecedor 1200W.
Fonte: Projeto dos autores do trabalho.

13. SISTEMA DE AQUECIMENTO SOLAR
Foto 6: Painel solar captando energia refletor.
Fonte: Projeto dos autores do trabalho.

14. CONSTRUÇÃO DO PROTÓTIPO -
MATERIAIS UTILIZADOS
• 01 - BASE EM MDF
• 02 - VIDRO COMUM : 20X21,5X20 cm
• 03 - PAINEL SOLAR:
 ALETAS PRETAS DE ALUMÍNIO;
 TUBO SERPENTINA DE COBRE;
 ISOLAMENTO TÉRMICO POLIURETANO;
• 04 - PERFIL AÇO INOX;
• 05 - CANTONEIRAS;
• 06 - COLA ARALDITE;
• 07 - PARAFUSO E PORCA
• 08 – TUBULAÇÃO E CONEXÕES EM COBRE
• 09- AQUECEDOR
• 10- HOLOFOTE
• 11-TERMOMÊTRO
Foto 7: Materiais utilizados para montagem do painel.
Fonte: Projeto dos autores do trabalho.

15. MONTAGEM
CLIQUE NA IMAGEM

16. FERRAMENTAS UTILIZADAS
• TRENA
• SERRA
• PARAFUSADEIRA
• MORÇA
• MAÇARICO A GÁS
• PASTA PARA SOLDAR E ESTANHO
• NÍVEL DE BOLHA
• CORTA FRIO
• MARTELO Foto xx: Montade da estrutura de apoio.
Fonte: Projeto dos autores do trabalho.

17. ORIENTAÇÃO PARA MELHOR RESULTADO
Como Curitiba fica no hemisfério sul, as placas devem estar
inclinadas para o Norte, em um ângulo de 25°.
CURITIBA
• Região: Região Sul
• Latitude: 25º 25' 40" S
• Longitude: 49º 16' 23" W
No experimento a placa ficou com 32º de inclinação.

18. FUNCIONAMENTO DO PROTÓTIPO
O depósito deve ficar acima do coletor, senão dá-se o fenômeno inverso
quando já não houver sol (termossifão invertido).
CONDIÇÕES PARA TESTE DO PROTÓTIPO
• Temperatura ambiente: 21ºC
• Densidade inicial da água: 1x10³ kg/m3
• Tempo de exposição: vária de acordo com o método de aquecimento.
• Condições climáticas: Dia ensolarado
Foto 8: Reservatório acima do painel solar,
conforme NBR: 12269:2006
Fonte: Projeto dos autores do trabalho.

19. RESULTADOS 1º TESTE
1º Teste realizado no dia 21/05/2015 entre 11:30 e 13:30
energia natural
•Tempo de exposição ao sol: 2 horas
•Temperatura inicial da água: 18º à 20ºC
•Densidade inicial da água: 1x10³ kg/m³
•Temperatura final na área menos densa : 39ºC
•Temperatura média: 29,5°C
•Densidade final água mais quente: 0,9922 kg/cm³

20. RESULTADOS 2º TESTE
2º Teste realizado no dia 21/05/2015 às 14:00hrs;
energia forçada por aquecedor
•Tempo de exposição: 30 minutos
•Temperatura inicial da água: 20ºC
•Densidade inicial da água: 1x10³ kg/m³
•Aos 10 primeiros minutos aumento para 37ºC
•Temperatura final na líquido mais denso: 38ºC
•Temperatura média: 29°C
•Densidade final líquido mais quente: 0,9922 g/cm³

21. RESULTADOS 3º TESTE
3º Teste realizado no dia 21/05/2015 às 15:00hrs;
energia forçada por refletor
•Tempo de exposição: 30 minutos
•Temperatura inicial da água: 19ºC
•Densidade inicial da água: 1x10³ kg/m³
•Temperatura final na líquido menos densa: 28ºC
•Temperatura média: 23,5°C
•Densidade final líquido mais quente: 0,9970479
g/cm³

22. REFERÊNCIAS
• PAINÉIS SOLARES FOTOVOLTAICOS. Como funcionam os painéis solares. 2012.
Disponível em: <http://www.paineissolaresfotovoltaicos.com/como-funcionam-
os-paineis-solares-termicos/>. Acesso em 21/05/2016, às 12h00min.
• NBR 12.269: 2006. Instalação de sistemas de aquecimento solar de água em
circuito direto. Disponível em:
<http://www.ebah.com.br/content/ABAAAAvv0AJ/nbr-12269-aquecimento-
solar>. Acesso em 15/05/2016, às 12h00min.
• SOLETROL - AQUECEDORES SOLARES DE ÁGUA. O que é e como funciona o
aquecedor de água soletrol. 2016. Disponível em: <
http://www.soletrol.com.br/extras/como-funciona-o-aquecedor-solar-soletrol/ >.
Acesso em 20/05/2016, às 21h00min