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ESCOLA DE ENGENHARIA E TECNOLOGIACurso de Engenharia Civil ou Ambiental e SanitriaDisciplina: Projeto Integrado4 Semestre

AQUECIMENTO DA GUA ATRAVS DA ENERGIA SOLAR

Grupo Seongbeom Heo - 20579660 Paulista 2 - MatutinoRichard Maxsuel 20374548 Paulista 2 - MatutinoRuth Aires 20406346 Paulista 2 - MatutinoLeonardo Marti 20629458 Paulista 2 - MatutinoDaniela Calixto 20409191 Paulista 2 - MatutinoHugo Seidy 20401577 Paulista 2 - Matutino

So Paulo2014

Sumrio

1. INTRODUO32. OBJETIVOS53. MATERIAIS E MTODOS64. REVISO BIBLIOGRFICA75. RESULTADOS E DISCUSSES206. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS22

1. INTRODUO

de fundamental importncia o sol e a gua para todo e qualquer ser humano.Na antiguidade, o sol, em latim solis, era algo to desconhecido e magnfico que foi tratado por diversas civilizaes como uma entidade superiora. Foram criadas diversas ferramentas atravs de sua dinmica como calendrio e o relgio, e at ser efetivamente conhecido, foi base de diversas teorias.No menos importante a gua foi a base de todas as civilizaes. As cidades se desenvolveram no litoral ou na margem de rios. A gua proporcionou o surgimento da agricultura e do comrcio. Na poca do Renascimento foi domada e explorada, engoliu homens e guiou-os as Amricas.Hoje, no menos importantes, so responsveis, tambm, por nos fornecer energia eltrica. Somos, to ou mais, dependentes deles quanto as geraes passadas. Mas ser que temos essa conscincia? Ser que deixaremos, s prximas geraes, um planeta saudvel?Para respondermos essas e outras questes, em 1972, foi desenvolvida na Sucia a Conferncia das Naes Unidas para o Desenvolvimento Humano, a primeira conferncia sobre o meio ambiente desenvolveu a Declarao de Estocolmo, que cerceou o que, hoje, ns denominamos de sustentabilidade.A prtica sustentvel vai muito alm de usar, ou no, energia eltrica. Para ser considerado sustentvel, so necessrios, em seu desenvolvimento, de modo equivalente, todos os trs pilares da sustentabilidade: o social, o ambiental e o econmico.Atualmente a maior fonte de eletricidade para o territrio nacional abastecido por meio de usinas hidreltricas, o qual as mesmas geram um altssimo impacto ambiental. Aps a recente crise de energia, renovou o interesse do Brasil de buscar novas tecnologias, dentre elas: a energia solar. Na qual bastante vivel para o Brasil, pois possui um vasto territrio e todo ele com uma boa incidncia solar.Atravs da energia solar possvel utilizar mecanismos de aquecimento e gerar uma alta economia e custo benefcio. importante abordar que os chuveiros eltricos correspondem a cerca de 20% do consumo de energia, portanto de suma a utilizao do procedimento de aquecimento que ir ser apresentado nas pginas seguintes.Esse sistema, alm de proporcionar economia. O empreendimento hospitalar poder ser avaliado e possuir o selo LEED (Leadership in Energy and Environmental Design) selo sustentvel que orienta e atesta o comprometimento de uma edificao com osprincpios da sustentabilidade para a construo civil- antes, durante e depois de suas obras.A avaliao se dar atravs de sete quesitos:-uso racional da gua;- eficincia energtica;- reduo, reutilizao e reciclagem de materiais e recursos;-qualidadedos ambientes internos da edificao;- espao sustentvel;- inovao e tecnologia e- atendimento a necessidades locais, definidas pelos prprios profissionais da GBC, que variam de empreendimento para empreendimento. Com o planeta chegando cada vez mais perto de um colapso, cabe a ns, engenheiros, desenvolver, criar e/ou adaptar projetos energeticamente sustentveis.

2. OBJETIVOS

Procuraremos adaptar um captador de gua da chuva e um aquecedor solar a um grande hospital da regio, proporcionando uma reduo no consumo de energia eltrica e de gua, que, consequentemente, resultar um excelente custo benefcio em um grande empreendimento. necessrio destacar que alm de proporcionar uma alta economia, o projeto fornece uma vlvula de escape energeticamente sustentvel para repassarmos para as prximas geraes um planeta mais saudvel.Percebemos que a sustentabilidade no conquistar grandes adeptos, se no forem desenvolvidas formas economicamente viveis. Com isso, acreditamos que este projeto, dentre todos os j criados, apresenta de forma simples e objetiva os pilares da sustentabilidade.

MATERIAIS E MTODOS

Pesquisa PreliminarIniciamos nossa pesquisa, procurando possveis sistemas sustentveis, materiais ecolgicos ou at fatos histricos. Encontramos diversos projetos sustentveis, mas muitos altamente complexos, caros e de difcil aplicao. Descobrimos, ento, um projeto que captava a gua da chuva, a armazenava e com a ajuda de uma placa fotovoltaica e um boiler a fornecia quente por um perodo relativamente longo. A escolhemos por ser mais simples e de fcil montagem.

Pesquisa TemticaPosteriormente, comeamos a embasar nosso projeto. Atravs de livros, vdeos, sites da internet e especialistas procuramos compreender o contexto e a real aplicao do nosso sistema. Sua importncia aumentou consideravelmente nesse meio tempo devido ao conhecimento adquirido e a falta de gua no nosso estado.

Visita TcnicaRealizamos, ento, uma visita tcnica a um renomado hospital de So Paulo. No local, vimos situaes reais nas quais podemos, ou no, utilizar determinados mtodos sustentveis. Conseguimos extinguir algumas dvidas acerca do projeto de um hospital e de como ele funciona hdrica, energtica e economicamente. Resolvemos aplicar nosso sistema a um hospital.

4. REVISO BIBLIOGRFICA

Conceitos bsicos dos sistemas de aquecimento solar.A energia solar fonte de energia limpa e renovvel que no polui, no destri e nunca se esgota. E o aquecimento solar de gua aproveitamento da energia solar para aquecer a gua.

O princpio de funcionamento de um aquecedor solar instalado em termosssifo. Termosssifo um tcnica de instalao que permite a circulao natural da gua em aquecimento entre as placas e o boiler (acompanhar a figura 1).

Figura 1Fonte : SOLAREM aquecimento solar- A caixa de gua fria abastece o boiler- O boiler abastece as placas com a gua fria- As placas absorvem o calor do sol e aquecem a gua- A gua aquecida retorna ao boiler e armazenada- O boiler trmico e conserva sua temperatura- A gua sai quente do boiler para o consumo- Voc tempera a gua quente misturando com gua fria- E aproveita todo seu conforto e economiaInstalao de Aquecedores Solares (figura 2)1 PLACAS SOLARES Coletor SOLAREM : Normalmente instaladas nos telhados das casas, as placas solares devem ser posicionadas bem orientadas para o sol, evitando-se reas de sombreamento. Cada placa solar absorve a energia do sol e aquece a gua que circula em seu interior. Modelos e caractersticas das placas SOLAREM.

2 BOILER Reservatrio Trmico SOLAREM : Na maioria das instalaes solares o boiler ou armazenador trmico instalado dentro dos telhados, entre a caixa de gua fria e o topo das placas dos coletores solares. Sua principal funo a de armazenar a gua aquecida pelas placas conservando-a quente at o momento do consumo. Modelos e caractersticas dos reservatrios SOLAREM. Outros tipos de instalao solar.

3 CAIXA DGUA Caixa de gua fria : Normalmente, a mesma caixa de gua abastece os pontos de consumo de gua fria da residncia e o prprio boiler. Geralmente, uma caixa de gua fria comum encontrada em qualquer residncia.

4 APOIO ELTRICO sistema composto por um sensor, termostato ou controlador de temperatura e resistncia eltrica. Entra em ao, automaticamente, para aquecer a gua usando a energia eltrica em perodos prolongados de mau tempo.

5 ABASTECIMENTO GUA FRIA Tubulao que liga a caixa de gua fria ao boiler, abastecendo-o de gua fria.6 ABASTECIMENTO DAS PLACAS Tubulao que liga o boiler s placas, abastecendo-as de gua fria.

7 RETORNO DAS PLACAS Tubulao que leva a gua aquecida nas placas para o boiler.

8 GUA PARA CONSUMO A gua quente armazenada no boiler sai por aqui para os pontos de consumo.

9 SUSPIRO Funciona como suspiro e alivia a presso do boiler no caso de superaquecimento.

10 O SOL Energia solar, natural e limpa que oferece conforto, economia e preserva outros recursos naturais.

Figura 2Fonte : SOLAREM aquecimento solar

Princpio de funcionamento

A gua fria entra no reservatrio trmico e alimenta o coletor solar, onde aquecida. Depois do aquecimento a gua retorna para o reservatrio trmico, onde sai uma tubulao para abastecer o ponto de consumo. O sistema de aquecimento solar formado basicamente por coletor solar, reservatrio trmico e tubulaes.

Os coletores mais utilizados no Brasil so aberto (piscinas) e fechado (banho).O coletor fechado constitudo de(figura 3) :- caixa externa: normalmente feita de alumnio que suporta todo o conjunto.-isolamento trmico: minimiza as perdas de calor para o meio. Reveste a caixa externa, normalmente feito de l de vidro ou de rocha ou espuma de poliuretano.- Tubos (flauta/calhas superior e inferior): tubos interconectados atravs dos quais, o fluido escoa no interior do coletor.- Placa absorvedora (aletas): responsvel pela absoro e transferncia da energia solar para o fluido de trabalho. So metlicas, feitas de alumnio ou cobre e so pintadas de preto fosco ou recebem tratamento especial para melhorar a absoro.-Cobertura transparente: geralmente de vidro, policarbonato ou acrlico que permite a passagem da radiao solar e minimiza a perda de calor por conveco e radiao para o meio ambiente.-Vedao: importante para isolar o sistema da umidade externa.

Figura 3Fonte : DASOL Departamento Nacional de Aquecimento Solar

A figura abaixo(figura 4) mostra os componentes do coletor solar fechado:Figura 4Fonte : DASOL Departamento Nacional de Aquecimento Solar

A diferena do coletor aberto para o fechado, basicamente a inexistncia da caixa, cobertura e isolamento.(figura 5)O reservatrio trmico responsvel por manter a gua quente. Ele constitudo de:- Corpo interno: fica em contato direto com a gua, por isso deve ser feito de materiais resistentes corroso, como cobre e ao inoxidvel.- Isolamento trmico: minimiza a perda de calor para o meio, fica instalado entre o corpo externo e interno. Normalmente feito de l de vidro ou espuma de poliuretano.- Corpo externo: protege o isolamento trmico de intempries. Normalmente feito de alumnio, ao galvanizado ou ao carbono pintado.-Termostato: verifica a temperatura da gua dentro do reservatrio trmico, se necessrio aciona a resistncia eltrica.- Resistncia eltrica: responsvel pelo aquecimento auxiliar nos dia de baixa insolao.- Suportes: apoio para fixao e instalao do reservatrio.- Tampa lateral: veda o reservatrio.

Figura 5Fonte : DASOL Departamento Nacional de Aquecimento SolarA circulao da gua no sistema pode ser: por termossifo ou forada. No caso do termossifo, com a variao da temperatura da gua, h uma mudana de densidade da mesma. Por ter menor densidade, a gua quente se torna mais leve em relao gua fria. Com isso a gua quente sobe naturalmente para o reservatrio trmico. Para ter a circulao por termossifo, necessrio verificar as condies do local da instalao, para garantir que este processo possa ocorrer. J na circulao forada, a gua bombeada pelo sistema. Abaixo segue uma figura de um exemplo de termossifo: (figura 6)Figura 6Fonte : DASOL Departamento Nacional de Aquecimento SolarASBC de 1000 litros-ObservaesPara o aquecedor de 1000 litros usa cerca 10 coletores, sendo esses 1000 litros praticamente o limite para circulao natural da gua, acima disso necessria instalao de moto-bombas, tornando-o mais caro e mais propenso manuteno. -Aplicao e custoA aplicao do ASBC de 1000 litros prevista para lugares onde h uma grande concentrao de pessoas morando em um mesmo lugar como, por exemplo, creches, asilos, academias quartis, etc. Os 1000 litros podem banhar de 30 a 50 crianas ou de 20 a 40 adultos.Em relao aos custos, o ASBC se paga em poucos meses se relacionarmos com os custos da energia eltrica. Admitindo uma vida til de 10 anos e um valor de implantaes de R$ 1000,00, o custo seria menor que 1/30 da energia eltrica utilizada para o mesmo aquecimento. -Estrutura do ASBC 1000 litros O ASBC de 1000 litros tem os mesmos princpios do ABSC residencial, mas clculos foram desenvolvidos para que os dois atinjam temperaturas equivalentes, foi concludo que: No ASBC 1000 litros os coletores se divididos em dois conjuntos de 5 cada, alm de aumentar a eficincia do aquecimento evitam custos adicionais com tubos e componentes. Para que o sistema de 1000 litros se aquela como acontece no sistema de 200 litros, a distncia vertical equivalente encontrada foi de 140 cm.

Figura 7: Estrutura bsica do ASBC

Fonte: Sociedade do Sol Manual do ASBC de Porte mdio de 1000 litros www.sociedadedosol.org.br

-Passo a passo de como funciona o aquecimento A parte mais importante do aquecedor a placa coletora, dentro dela que a gua passa para ficar aquecida. A gua fria vai entrar por um dos canos, e avanar pelos furinhos que existem dentro da placa. Com o sol a gua se aquece, e quando quente a gua fica mais leve, por isso ela sobe pele cano do outro lado. Na caixa dgua so instaladas duas peas, a que leva a gua fria que vem da rua para o fundo do reservatrio e a outra pea chamada de pescador que pega a gua quente e leva para o uso. Para cada 200 litros usar entre duas a trs placas.-Montagens possveis com sistemas independentes de cinco coletores Em telhados grandesNeste caso instala-se duas fileiras de 5 coletores cada, com uma distncia vertical de 140 cm a partir do ponto mdio das fileiras de gua quente e fria da caixa dgua.Figura 8: Esquema Bsico para telhados grandes

Fonte: Sociedade do Sol Manual do ASBC de Porte mdio de 1000 litros www.sociedadedosol.org.br Em telhados menoresNeste caso as duas fileiras so colocadas uma do lado da outra na mesma altura, e a distncia vertical medida a partir da linha central de um dos coletores de um dos conjuntos, preferivelmente o que leva a gua quente de volta ao tubo.

Figura 3: Esquema Bsico para telhados menores

Fonte: Sociedade do Sol Manual do ASBC de Porte mdio de 1000 litros www.sociedadedosol.org.br

Em lajesA laje permite que seja a inclinao correta dos coletores, alm do direcionamento correto para o Norte. O afastamento das duas fileiras de ser no mnimo de 60 cm, para que no inverno a fileira de coletores da frente no crie sombra na fileira de coletores de trs. Figura 4: Esquema Bsico para lajes

Fonte: Sociedade do Sol Manual do ASBC de Porte mdio de 1000 litros.

Observaes em ambos os casosNo se esquecer da inclinao lateral das fileiras dos coletores para evitar acmulo de ar no sistema.Manter o comprimento dos tubos nos pontos 4 e 5 ( das figuras 2, 3 e 4) o menor possvel, conforme a cota de 140 cm, os menos devem ser isolados (termicamente) para evitar perdas trmicas. Legenda das FigurasComponentes do ASBC-Caixa trmica A - Entrada da gua que vem da rua. B - Boia para o controle do nvel de gua. C - Ladro o que evita o transbordamento. -Coletor 3 - Entrada da gua fria 4 - Sada da gua j aquecida.-Reservatrio 1 - Entrada de gua fria (da rua) no reservatrio com redutor de turbulncia. 2 - Sada de gua fria do reservatrio para o coletor. 5 - Retorna da gua no reservatrio aps o aquecimento da mesma. 6 - Sada de gua aquecida do reservatrio para o uso.-Consideraes Isole de ponta a ponta os tubos de retorno para que no haja perda de calor em dias frios. A distncia vertical sugerida de 140 cm podendo ser alterada, caso seja um pouco a mais a circulao ser melhor, e um pouco a menos a circulao no ser to boa, mas sempre ter o aquecimento.

Os Aquecedores Solares no Minha Casa, Minha Vida Benefcios econmicos, ambientais e sociais

Atualmente com o programa minha casa, minha vida temos apenas 263 mil unidades do programa beneficiada com a implantao do aquecimento solar que so restritos a unidades unifamiliares e que se enquadram na faixa de renda at R$ 1.600,00.Se o Sistemas de Aquecimento Solar (SAS) fossem instalados em 100% dos dois milhes de moradias previstas no Programa Minha Casa Minha Vida, o Brasil poderia economizar at 741 GWh por ano, economida suficiente para abastercer a populao de Vitria ES com 333 mil habitantes segundo a ABRAVA . Em 2012, os coletores solares instaladosno pas geraram um total de 5.714 GWh de energia, volume que corresponde a 1,3% do consumo nacional e pouco abaixo da energia eltrica necessria para abastecer o consumo anual de uma cidade com 2,5 milhes de habitantes como Braslia.Alm de poupar energia gerada pelas hidreltricas e termeltricas, os SAS representa uma grande economia pro consumidor que pode chegar a R$ 17,10 por ms. Os moradores do programa minha casa, minha vida beneficiados pelo SAS ficaram muito satisfeitos com o resultado, haja vista, que o valor poupado foi para alimentao e alm de gerar muitos empregos de forma direta e indireta.

Aquecedor solar em 300 casas deve gerar economia de energia de 30% Um projeto de eficincia energtica deve ajudar a reduzir a conta de luz em 30% para 300 famlias de Rio Claro (SP). Aquecedores solares j foram instalados gratuitamente em casas do Jardim Guanabara e o morador que tiver o sistema instalado em casa vai recorrer menos energia eltrica. O programa da empresa Elektro, que administra a distribuio de energia na cidade.A dona de casa Luciana Oliveira foi uma das contempladas pelo programa e est otimista com a reduo. Vem R$ 90 pra mim todo ms, acho caro, e se puder abaixar seria uma bno, comentou. O projeto prev a instalao de placas que absorvem os raios solares e do sistema que transforma essa energia em aquecimento da gua.O programa destinado pessoas que estejam inscritas no Nmero de Identificao Social (NIS) e que j recebam o benefcio da tarifa social. Para o gerente da Elektro em Rio Claro, Eduardo Zornoff, a economia para as famlias pode ser ainda mais significativa, j que o programa prev outros benefcios. Tambm h a troca das lmpadas incandescentes palas lmpadas fluorescentes compactas, alguns chuveiros, e a possvel troca de refrigeradores por equipamentos mais eficientes, afirmou.A primeira etapa ser realizada no Jardim Guanabara e, em dois dias, pelo menos 47 residncias j foram beneficiadas, mas a meta chegar a 300 casas em toda a cidade. uma forma de melhorar a qualidade de vida e o meio ambiente e cuidando desse bairro que sofre com vulnerabilidade, disse a secretria de Ao Social Luci Helena Ferreira.Para o presidente da Associao Moradores do Jardim Guanabara, Edson Locatelli, o programa uma vitria para as famlias de baixa renda. As pessoas jamais teriam condies de contratar um servio particular para instalar o aquecedor solar e de graa algumas pessoas at no acreditam e a gente v a alegria das pessoas, comentou.

5. RESULTADOS E DISCUSSES

1 - Dados da Instalao

1.1 - Hospital Nove de JulhoEndereo: Rua Peixoto Gomide, 625 -Cerqueira Csar - So Paulo SPHospital Geralrea construda: 27.000 m2Nmero de leitos: 318Nmero de funcionrios:1300Tabela 1 Sumrio de dados das instalaesHOSPITALMLEITOSFUNCIONRIOS

Nove de Julho27.0003181300

1.2 - Dados do Consumo Energtico

1.2.1- Consumo Mdio Mensal (CMM)Segue a mdia do consumo das 12 ultimas contas de energia do hospital Nove de Julho, ao consumo no perodo de setembro de 2013 e setembro de 2014.CMM=300.000 kWh/ms

1.2.2 Consumo mdio mensal por metro quadrado kWh/m.msTabela 2 CMM por m da unidade consumidoraUnidade ConsumidoraConsumo mdio por metro quadrado kWh/m.ms

H. Nove de Julho11,0

1.2.3 Demanda mdia mensalTabela 3 Demanda mensal das unidades consumidorasUnidade ConsumidoraDemanda mdia mensal kW

H. Nove de Julho1.350,50 kW

1.2.4 Distribuio do consumo de energia

Figura 1 Grfico de estimativa de consumo por uso final

1.2.5 TarifasSeguem os valores das tarifas cobrados pela concessionria de energia eltrica (AES Eletropaulo) no perodo de setembro de 2013 a se setembro de 2014 j includos os impostos(ICMS, PIS, CONFINS)Tabela 4 TarifasDemanda (R$/kW)

Tarifa normalTarifa de Ultrapassagem

0,28 R$/kWh0,31 R$/kWh

FONTE: Pgina da AES Eletropaulo na internet www.aeseletropaulo.com.br

1.3 Resultados da Anlise (Pr-Diagnstico)

1.3.1 Aquecimento da gua Potencial de economia anual:Consumo: 252.000 kWh, R$70.560,00 Investimento: R$520.000,00 Tempo estimado de retorno: 6,8 anos Relao Benefcio-Custo (RBC): 1,056. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS

-Departamento Nacional de Aquecimento Solar, Dasol. Os Aquecedores Solares no Minha Casa, Minha Vida Benefcios econmicos, ambientais e sociais. Disponvel em: < http://www.dasolabrava.org.br/informacoes-2/aquecedor-solar-no-mcmv/>.

-Departamento Nacional de Aquecimento Solar, Dasol. Princpio de Funcionamento. Dispnvel em: .

-G1, SO CARLOS E ARARAQUARA (So Carlos e Araraquara). Aquecedor solar em 300 casas deve gerar economia de energia de 30%: Projeto j instalou sistema em 45 residncias de bairro de Rio Claro. Famlias inscritas no Nmero de Identificao Social so beneficiadas.Globo. Disponvel em: . Acesso em: 21 abr. 2014

-Industrial Ltda, Tuma. Aprenda aqui como um aquecedor solar funciona. Disponvel em:

-SOCIEDADE DO SOL (Org.). MANUAL EXPERIMENTAL DE INSTRUO DE MANUFATURA E USO DO ASBC DE PORTE MDIO PARA AGRICULTURA E ENTIDADES ASSISTENCIAIS: VOLUME DE 1000 LITROS. So Paulo: Cietec, 2003. Disponvel em: . Acesso em: Ago 2014.

SPITZCOVSKY, Dbora. Construo Sustentvel: Certificao LEED: tudo sobre o principal selo de construo sustentvel do Brasil.Planeta Sustentvel,So Paulo, p.1-53, 31 jan. 2012. Disponvel em: Acesso em: Set 2014