65ª Reunião Anual da SBPC

B. Engenharias - 1. Engenharia - 9. Engenharia Mecânica

Avaliação de Rendimento de Coletores Solares Planos Conforme Orientação Geográfica

Leonardo Haerter dos Santos - Universidade Luterana do Brasil - Departamento de Engenharia Mecânica Eduardo Pedro Eidt - Universidade Luterana do Brasil - Departamento de Engenharia Mecânica Anderson de Souza Cheis - Universidade Luterana do Brasil - Departamento de Engenharia Mecânica

INTRODUÇÃO:

Segundo a Empresa de Pesquisa Energética (EPE, 2010), caso se mantenha o atual ritmo de crescimento na demanda por energia elétrica, será necessário, nos próximos vinte anos, que se dobre a disponibilidade desse recurso. Esse fato, aliado às imensas dificuldades de construção e licenciamento ambiental de grandes usinas geradoras, faz com que seja cada vez mais interessante a pesquisa e o desenvolvimento da utilização de fontes alternativas de energia. Uma das utilizações de energia elétrica que tem um grande potencial para a substituição é o aquecimento de água para uso doméstico. Segundo Macintyre (1996) o consumo de água quente em residências urbanas chega a 46 L por morador. A utilização de coletores solares planos para o aquecimento dessa água representa um grande potencial de economia de energia elétrica. O problema é que, embora haja crescimento da demanda por aquecedores solares, as empresas que comercializam e instalam esses coletores não possuem conhecimento para selecionar e instalar esses equipamentos de forma a proporcionar o seu melhor rendimento. O que normalmente ocorre é que a empresa instala o coletor aproveitando a inclinação do telhado, com orientação aproximadamente norte, mas não leva em consideração a condição de uso do sistema.

OBJETIVO DO TRABALHO:

O objetivo geral desse trabalho é testar coletores solares planos com diferentes orientações com relação à trajetória solar, uma com orientação norte, e outro com orientação noroeste, para determinar as diferenças entre os resultados ao final do período.

MÉTODOS:

Foram posicionados dois coletores solares voltados para o norte, com inclinações com relação ao solo correspondentes à declinação solar dos dias dos ensaios (DUFFIE, 1991). Um dos coletores, além dessa inclinação norte, também foi inclinado 20o na direção oeste, a fim de ficar com sua superfície de coleta voltada para o sol durante a maior parte do período da tarde. Isso foi feito para que às 19:00 h, horário considerado como pico de consumo de água quente, a água estivesse na maior temperatura possível. Cada um dos coletores foi conectado a um reservatório sem isolamento térmico, em circuito fechado, com a mesma quantidade de água. Esses reservatórios foram instrumentados com termopares em seu interior, e esses termopares foram conectados a um sistema de aquisição de dados. Ao término do período de avaliação, foram comparadas as temperaturas finais nos reservatórios.

RESULTADOS E DISCUSSÃO:

Os ensaios foram realizados em um dia ensolarado, o que proporcionou um bom aquecimento na água dos reservatórios. O reservatório 1, do coletor com a superfície de coleta voltada somente para o norte, apresentou pico de temperatura no valor de 60oC, às 12:30 h, e a temperatura às 19:00 h foi de 42oC. O reservatório 2, conectado ao coletor com a superfície de aquecimento voltado para noroeste, teve seu máximo de temperatura às 13:00 h, sendo essa temperatura de 63oC, enquanto a sua temperatura às 19:00 h foi de 54oC, 12oC acima da temperatura no reservatório 1. Observou-se que até as 11:30 h a temperatura no reservatório 1 foi superior à do reservatório 2, mostrando que essa orientação, como esperado, apresenta maior rendimento no período da manhã, porém durante todo o período da tarde o rendimento do coletor voltado para noroeste foi maior que o voltado para o norte.

CONCLUSÕES:

Com esse trabalho pode-se verificar que a instalação correta do coletor solar pode determinar um grande ganho em termos de adequação ao uso. A instalação do coletor voltado para noroeste mostrou-se mais adequada ao cenário proposto de utilização do aquecimento solar para fornecimento de água quente para banho ao final da tarde, uma vez que a temperatura final no interior do reservatório 2 foi 12oC maior que a do reservatório 1. Nessa situação a temperatura máxima foi atingida aproximadamente no mesmo horário, e a temperatura máxima no reservatório 1 foi ligeiramente superior. Porém, para essa aplicação, independente de qual sistema apresente a maior temperatura máxima, o que importa é a temperatura na hora do uso.

Palavras-chave: Aquecimento Solar, Água Quente, Coletor Solar.