Manual de Instal Adores

8/8/2019 Manual de Instal Adores

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DEZ 2004

Instalaes

Solares Trmicas


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Instituto Nacional de Engenharia e Tecnologia Industrial

Departamento de Energias RenovveisEdificio G Campus do INETI-DEREstrada do Pao do Lumiar1649-038 Lisboa - PortugalTel: +351 21 712 7237Fax: +351 21 712 7195

Sociedade Portuguesa de Energia SolarEdificio M1 Campus do INETI-DER

Estrada do Pao do Lumiar1649-038 Lisboa Portugal

Tel: + 351 21 716 6903Fax: + 351 21 715 7269

Curso de Instaladores Solares TrmicosINETI, Lisboa

Dezembro de 2004


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Este Manual baseado no Manual editado pela SociedadePortuguesa de Energia Solar, no mbito do Contrato Altener n4.1030/Z/96-104 Aces para a disseminao da Energia SolarTrmica em Portugal, financiado pelo Programa Altener eDireco-Geral de Energia.


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CURSO DE

INSTALADORES

DE

EQUIPAMENTOS SOLARES TRMICOS

CONVERSO TRMICAda

ENERGIA SOLAREduardo Perez Lebea Jorge Cruz Costa

SPES DER / INETI


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CONVERSO TRMICA DA ENERGIA SOLAR

NDICE

1. FSICA 8

1.1. INTRODUO 81.2. GRANDEZAS 8

1.3. MECNICA 8

1.4. HIDRULICA 8

1.5. TERMOTECNIA 9

1.6. ELECTRICIDADE 11

2. RADIAO SOLAR 14

3. MOVIMENTO -TERRA - SOL 15

4. CONVERSO TRMICA da ENERGIA SOLAR 16

4.1. PRINCPIOS BSICOS PARA O APROVEITA- 17

MENTO PTIMO DA ENERGIA SOLAR

4.2. CONVERSO TRMICA A BAIXA TEMPERATURA 18

4.2.1. Colectores solares. Efeito estufa

4.3. ELEMENTOS CONSTITUTIVOS 20

DO COLECTOR PLANO

4.3.1. Coberturas transparentes

4.3.2. Placa Absorsora

4.3.3. Isolamento posterior

4.3.4. Caixa

4.4. ELEMENTOS CONSTITUTIVOS DE UM 23

COLECTOR PARABLICO COMPOSTO (CPC)

4.5. ESTUDO ENERGTICO DO COLECTOR 24

4.5.1. Curva caracterstica de um colector solar

4.6. FLUIDO de TRANSFERNCIA TRMICA 28

4.7. CURVASDE PENALIZAO. ORIENTAO 32

E INCLINAO DOS COLECTORES

4.8. DETERMINAO DESOMBRASE 35

COORDENADAS DO SOL4.9. SUB-SISTEMA DE CAPTAO DO 39


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CIRCUITO PRIMRIO

4.9.1. Distribuio e ligao dos colectores

4.10. DIMENSIONAMENTO SIMPLIFICADO 46

4.11. QUEDA DE PRESSO NO CAMPO 48

DE COLECTORES4.12. TUBAGENS. MATERIAIS UTILIZADOS 50

4.12.1.Dimensionamento das tubagens

4.12.2. Capacidade interna das tubagens

4.12.3.Perdas de carga em tubagens

4.12.4.Elementos de ancoragem e de guia.

Isolamento das tubagens

4.13. ARMAZENAMENTO.ACUMULADORES 594.13.1. Estratificao

4.13.2. Distribuio da gua quente

4.13.3. Dimensionamento de acumuladores de A.Q.S. Critrios

4.13.4. Isolamento trmico dos depsitos de acumulao

4.14. PERMUTADORESDE CALOR 64

4.15. Bombas-CIRCULADORAS 66

4.15.1.Bomba de circulao do circuito primrio

4.15.2.Bomba de circulao do circuito secundrio

4.15.3.Bomba de enchimento do circuito primrio

4.15.4. Circuitos de baixo caudal

4.16. TERMOSTATO DIFERENCIAL. 70

CONTROLOAUTOMTICO

4.17. VASOSDE EXPANSO 72

4.18. PURGADORES E DESAERADORES 75

4.19. VLVULAS 75

4.19.1. Vlvulas de segurana

4.19.2. Vlvulas anti-retorno

4.19.3. Vlvulas de passagem

4.19.4. Vlvulas de trs vias

4.19.5. Vlvulas pressostticas do tipo Watt

4.20. VIABILIDADEECONMICA DE UMA 78

INSTALAO SOLAR


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4.21. EXECUO E MANUTENO DE UMA

INSTALAO SOLAR 81

4.21.1. Processos prvios instalao 81

4.21.2.Armazenamento, manipulaoe montagem dos colectores 81

4.21.3. Processo de montagem da instalao solar 81

4.21.4.Arranque da instalao solar 83

4.21.5.Provasprvias entrega da instalao solar 85

4.21.6. Isolamento da instalao solar 85

4.21.7. Operaes de manuteno que devero ser

efectuadas pelo dono da instalao e por pessoal especializado 86

4.21.8.Localizao e reparao das avarias

mais frequentes 87

4.21.9 Sistemas em estagnao 88

5 - SOBRECARGAS EM SISTEMAS SOLARES

916 ANEXOS 97


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1. FISICA

1.1. INTRODUCO.

No seu significado mais amplo, a Fsica o estudo da natureza. Deste modo, estamos

interessados pelos fenmenos que possam ser medidos e dos quais possamos tirarpartido. Uma ferramenta imprescindvel a Matemtica, que permite a compreensodos fenmenos e das realizaes tcnicas que o homem cria para melhorar a qualidadede vida.

Assim, a Fsica est dividida em diversos campos independentes que permitem o seuestudo separadamente, tais como a Mecnica, a Hidrulica, a Termodinmica, aElectricidade, a ptica, que estudaremos brevemente para assegurar a compreensodos captulos relativos a Fsica Solar e as suas consequncias imediatas.

1.2. GRANDEZAS.

Exemplos das grandezas fsicas so o tempo, o espao, a quantidade de electricidade, apotncia, etc, que podem ser medidas e para as quais definimos unidades.

Por convnio, existem seis grandezas fundamentais: o tempo, o espao, a massa, aintensidade da corrente elctrica, a temperatura absoluta e a intensidade luminosa. Asoutras grandezas so o resultado da combinao das anteriores, por exemplo avelocidade o cociente entre o espao e o tempo.

Na seguinte tabela especificamos as grandezas habitualmente mais usadas e asunidades:

GRANDEZA UNIDADE SIMBOLOEspao Metro mTempo Segundo sMassa Quilograma Kg

Volume Metro cbico m3Fora Newton N

Trabalho Joule J

Potncia Watt WEnergia Joule JCalor Caloria Cal

Carga Elctrica Coulomb CPotencial Elctrico Volt V

Intensidade Elctrica Ampere AResistncia Elctrica Ohm

Presso Pascal PaTemperatura Kelvin K


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1.3. MECNICA.

A Mecnica o ramo da Fsica que estuda o movimento e as suas causas eimplicaes.

Existe uma relao entre a fora que actua sobre um corpo e a acelerao que produz:

F = m * a.

Desta forma, o peso de um corpo definido por:

P = m * g.

Onde g a acelerao da gravidade, com um valor de 9.8 m/s.

Define-se o trabalho como o produto entre o espao percorrido e o valor da fora nosentido do deslocamento do corpo.

W = F * e.

A potncia o trabalho realizado por unidade de tempo.

P = W / t.

1.4. HIDRULICA

a parte da Fsica que estuda a mecnica dos lquidos.

Definimos:

Volume especfico - Ve , o volume por unidade de massa Ve = V/m [m3/kg]

Massa especfica - , a massa por unidade de volume = m / V. [kg/m3]Peso especfico - Pe, o cociente entre o peso e o volume. Pe = m*g / V [N/m

3]Densidade - d, como a relao entre a massa de um corpo e a massa de igual volumede gua a 4C

Os lquidos tm uma presso que transmitida com a mesma intensidade em todas asdireces e que suportada pelas paredes e o fundo do recipiente.

P = F / S em N/m ou Pascal.

Uma unidade bastante utilizada a atmosfera, equivalente a 1,013 105 N/m.

O ramo da Fsica que estuda os lquidos em movimento a Hidrulica.O caudal que circula pelo interior de um tubo pode definir-se:

Q = v * S, em m/s, m/h, l/h ou l/s.Sendo

v = velocidade de circulao do fluido.S = seco interna do tubo.


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Se tivermos uma reduo/ampliao da seco do tubo, o caudal que entra igual aoque sai, portanto:

v1 * S1 = v2 * S2

denominada equao de continuidade do fluxo.

Se o lquido estiver em repouso a sua presso designa-se Presso Total (PT).

Se o lquido estiver em movimento, a presso total passa a ter trs componentes, apresso esttica (Pe), a presso dinmica (Pd ) e a presso potencial (PZ ) que um

termo associado energia potencial de posio.A presso esttica perpendicular s paredes do tubo; a presso dinmica estrelacionada com a massa especfica do lquido e a sua velocidade.

Considerando a hiptese simplificativa de no haver atritos, a Presso Total mantm-seconstante e igual soma das presses esttica e dinmica e potencial:

PT = Pe + Pd + Pz = Pe + .v/2 +Z..g

Sendo a soma constante, se a conduta for horizontal, quanto maior fr a presso

dinmica, menor a presso esttica e vice-versa.

Na figura acima, quando a seco aumenta de S1 para S2, diminui a velocidade(v2


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K = C + 273.

O aquecimento dos corpos origina uma dilatao, que depende das caractersticas domaterial e proporcional variao da temperatura.

Para os slidos, as mudanas de comprimento, superfcie e volume podem expressar-se

de acordo com:

l = * l * T.S = 2 * S * T.V = 3 * V * T.

Para os lquidos, a dilatao pode expressar-se:

V = * V * T.

Nas instalaes trmicas os aumentos de volume da gua so absorvidos por vasos deexpanso, como explicaremos adiante.

Denominamos caloria a quantidade de calor necessria para elevar de um graucentgrado a temperatura de um grama de gua (de 14,5 para 15,5C). A quantidadede calor absorvida por um corpo para passar de uma temperatura inicial t i a outra finaltf dada pela expresso:

Q = m*Cp*(tf ti).

Sendo Cp o calor especfico do corpo.

Mudanas de estado. Os corpos slidos passam a lquidos, e posteriormente agasosos quando a temperatura atinge um determinado valor. Durante a mudana deestado h uma absoro de calor sem elevar a temperatura. A presso atmosfrica teminfluncia sobre as temperaturas de mudana de fase.

No caso da gua, presso atmosfrica normal, o ponto de congelao de 0 C e ode ebulio de 100 C. Um grama de gelo precisa de 80 calorias para passar de slido alquido e um grama de gua necessita de 540 calorias para passar a vapor.

Propagao do calor. A energia pode transmitir-se de trs formas distintas:

CONDUO - requer o contacto fsico entre dois corpos slidos a diferentestemperaturas. O corpo com menor temperatura absorve calor at se atingir atemperatura de equilbrio. Podemos calcular este valor tendo em conta que o calorcedido pelo corpo quente o mesmo que o absorvido pelo frio. Os materiais podemser bons condutores trmicos (p.ex. o cobre) ou isolantes (p.ex. a esferovite).

CONVECO - implica um movimento do corpo que transporta o calor e atransferncia de calor tpica nos fluidos ( lquidos ou gasosos) e pode ser natural ouforada. Depender de :

- A velocidade do fluido- A natureza do fluido ( densidade, viscosidade, conductividade

trmica e do calor especfico).


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RADIAO - um mecanismo de transmisso de energia entre dois corpos atemperaturas diferentes, baseado em ondas electromagnticas, que no necessita de umsuporte fsico. a forma de transferncia de energia entre o Sol e a Terra.

1.6. ELECTRICIDADE

Os corpos dividem-se entre condutores elctricos e isolantes, segundo a facilidade queapresentem para que a corrente elctrica circule por eles.

A unidade de carga elctrica o coulomb, equivalente carga de 6,25 1018 electres

Denominamos intensidade de corrente a carga que circula num corpo condutor naunidade de tempo.

I = q / t

A sua unidade o ampere.

Definimos a diferena de potencial entre dois pontos A e B de um condutor comosendo o trabalho W, realizado para deslocar uma carga q desde A at B:

VB - VA = VAB = W / q

Sendo a sua unidade o Volt.

Denominamos resistncia R de um condutor resistncia que ope circulao dacorrente elctrica, de acordo com:

R = VAB / I.

A unidade o Ohm .

A potncia elctrica o produto entre a diferena de potencial e a intensidade:

P = VAB * I = R * I2.

Efeito Joule. Quando uma corrente elctrica passa por um condutor, este aquece deacordo com a expresso anterior de potncia. Este aquecimento pode ser aproveitadomediante o uso de resistncias de aquecimento destinadas, por exemplo, para oaquecimento de gua (termos elctricos).

Associao de condutores. Podemos associar resistncias em serie ou em paralelo.

Em srie:

A R1 B R2 C

RT = R1 + R2

VTOTAL = VAB + VBC = VAC

ITOTAL = VTOTAL / RTOTAL.


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Em paralelo:

1/RT = 1/R1 + 1/R2

VTOTAL = VAB = VAC

ITOTAL = I1 + I2 =VTOTAL / RTOTAL.

Acumuladores. So sistemas electroqumicos baseados em reaces qumicasreversveis ou no. Exemplos de acumuladores so as baterias e as pilhas. A diferenaentre ambas a possibilidade de recarregar as baterias um nmero muito elevado devezes.

Definimos a capacidade de um acumulador como a quantidade de energia que podearmazenar no seu interior. Os acumuladores, tal como as resistncias, podem serassociados em srie ou em paralelo.

Em srie:

VTOTAL = 3V , CTOTAL = C , ITOTAL = IEm paralelo:

VTOTAL = V , CTOTAL = 3C , ITOTAL = 3I


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2. RADIAO SOLAR

O sol emite radiao electromagntica que se decompe em infravermelho (46%),

visvel (47%) e ultravioleta (7%).

A radiao solar sobre uma superfcie dentro da atmosfera terrestre tem trs

componentes:

a radiao directa, que vem directamente do sol.

radiao difusa, proveniente de todo o cu excepto do disco solar. A

radiao, ao atravessar a atmosfera, em parte reflectida pelos componentes

atmosfricos (as nuvens), outra parte absorvida (O3, O2, H2O,...) e a restante

difundida ( molculas, gotas de gua, p em suspenso).

radiao reflectida, proveniente da reflexo no cho e em objectos

circundantes A reflectividade do cho designa-se por albedo e depende apenas

da composio e cor do cho (existncia de neve, gua, vegetao, etc).


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3. MOVIMENTO TERRA - SOL

A Terra descreve uma rbita elptica em torno do Sol, encontrando-se este num dos

focos.

O plano que contem esta trajectria (e a de todos os planetas) denomina-se plano da

eclptica.

A Terra roda sobre si mesma e completa uma rotao num dia, percorrendo a sua

trajectria num ano e 6 horas. De 4 em 4 anos acerta-se o calendrio com um ano

bissexto.

O eixo de rotao, denominado eixo polar, quase perpendicular ao plano da eclptica,

formando um ngulo com a normal ao plano da rbita de valor 23 27.

Declinao o ngulo formado entre a direco da radiao e o plano do equador e

varia entre + 23 27 e -23 27.

Durante os equincios da primavera (21 de Maro) e do outono (22 de Setembro), os

dias so iguais s noites, porque a declinao solar nula. Estes so os nicos dias

que est correcta a afirmao: O Sol nasce a Este e pe-se a Oeste

Durante o solstciodo vero ( 23 de Junho ) a declinao solar de 23 27, o perodo

diurno maior que o perodo nocturno e o Sol, encontrando-se sobre o Trpico de

Cncer, nasce quase a NE e pe-se quase a NW. No solstcio do inverno (22 de

Dezembro), a declinao igual mas de valor negativo, o Sol encontra-se sobre o

Trpico de Capricrnio e a durao do dia inferior da noite.


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4. CONVERSO TRMICA da ENERGIA SOLAR

O aproveitamento da energia solar por converso em energia trmica a baixa

temperatura interessante com perodos mnimos de utilizao do equipamento solar

de oito a dez meses por ano.

As aplicaes mais frequentes so:

- Produo de AQS (gua Quente Sanitria), para uso em vivendas, hospitais,

hotis, etc., com necessidades de consumo regulares ao longo de todo o ano.

- Aquecimento de piscinas.

- Aquecimento ambiente com piso radiante.- Produo de gua a elevadas temperaturas destinada a uso industrial por

concentrao dos raios solares em colectores parablicos.

Em geral, os equipamentos solares no garantem a totalidade do consumo

energtico, sendo por isso necessrio o apoio de uma instalao convencional, que

assegure as necessidades energticas no cobertas pelo sistema solar.

Contrariamente ao critrio de dimensionamento seguido para os equipamentos

convencionais, os sistemas solares no se dimensionam para as condies extremas

(inverno, baixa radiao solar) de certos dias do ano, mas sim para as necessidades

energticas mdias anuais. Para este tipo de equipamentos no se considera a ponta

mxima previsvel de consumo energtico, mas o balano mdio anual.

A anlise da rentabilidade econmica dos equipamentos solares baseia-se na poupanade energia ou combustvel obtida num ano mdio de funcionamento.


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4.2.1. Colectores solares. Efeito estufa.

Sabemos que um corpo exposto ao sol recebe um fluxo energtico "Q" que o aquece.

Simultaneamente, h perdas por radiao, conveco e conduo, que aumentaro

com a temperatura do corpo.

Chega um momento em que as perdas trmicas, "Qp", se igualam aos ganhos devidos

ao fluxo energtico incidente, atingindo-se a temperatura de equilbrio, "tc".

Assim, no equilbrio tem-se:

Q = Qp

Se conseguirmos extrair continuamente uma parte do calor produzido mudaremos as

condies do equilbrio anterior, ficando :

Q = Qp + Qu

Qu Energia extrada do corpo.

Corpo negro aquele que absorve toda a radiao incidente mas tambm aquele que,

a uma dada temperatura consegue emitir mais energia por radiao. Se colocarmos

uma superfcie plana bem orientada radiao solar, ela absorver a energia incidente,

aquecendo, at atingir o equilbrio trmico (perdas = ganhos). Como consequncia,

absorve energia com um comprimento de onda entre 0,25 e 2.5 m e emite-a com

comprimentos de onda maiores. Por exemplo uma chapa a 100C emite entre 3,9 e

39 m.

Assim, a energia luminosa transformou-se em trmica, e ser aproveitada se fizermos

circular um fluido.

Para captar a energia solar interessa-nos um corpo que absorva como um corpo negro

e emita pouco, nascendo de aqui o conceito desuperfcie selectiva.


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Corpos transparentes Efeito de estufa num colector solar.

1-Radiao solar incidente.

2-Radiao emitida pela cobertura ao aquecer.3- Radiao reflectida no interior do colector e

que no escapa para o exterior.

Chamamos corpo transparente quele que deixa passar a radiao electromagntica. A

maior parte do espectro da radiao solar est compreendido entre 0.25 e 2.5 m, a

luz atravessa o vidro e chega ao absorsor. Este aquece e emite radiao com um

comprimento de onda maior, para o qual o vidro opaco, no conseguindo escaparpara o exterior, contribuindo assim para aquecer ainda mais a superfcie do absorsor.

Este ltimo fenmeno conhecido como efeito estufa. A cobertura transparente reduz

consideravelmente as perdas trmicas por conveco entre o absorsor e o ambiente

exterior.

4.3. ELEMENTOS CONSTITUTIVOS DO COLECTOR PLANO.

De forma simples, um colector plano formado pela cobertura, a placa absorsora e

uma caixa isolada para evitar as perdas de calor. placa absorvente solda-se uma

serpentina de tubos pelos quais circula o fluido trmico.


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4.3.1. Coberturas transparentes.

As qualidades fundamentais que devem ter so:

Ter uma boa transparncia ( perto de 90%)

- Provocar o efeito estufa e reduzir as perdas por conveco, melhorando o

rendimento do colector.

- Assegurar a estanquicidade do colector gua e ao ar. As coberturas dos

colectores devem resistir presso do vento, ao peso do gelo, da neve e aos

choques trmicos.

Os materiais mais utilizados so o vidro alguns tipos de acrlicos.

Os tratamentos especiais que podem ser aplicados cobertura transparente so de dos

tipos:

* Um tratamento anti-reflexo sobre a superfcie exterior para diminuir as perdas

por reflexo dos raios solares incidentes.

* Um tratamento na superfcie interior, para que reflicta as radiaes de

elevado comprimento de onda, e no impea a passagem da radiao de curto

comprimento, para diminuir as perdas por radiao.

As coberturas de vidro duplo tm a vantagem de aumentar o efeito estufa e a

temperatura que pode atingir o fluido no absorsor. Por outro lado, as perdas pticas

so maiores (a energia recebida menor). Em geral, pode dizer-se que a cobertura

dupla mais interessante quando a temperatura exterior mais baixa e o vento mais

forte. Nas nossas latitudes este tipo de cobertura s tem sentido para instalaes de

alta montanha, nas quais a intensidade de radiao maior.


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4.3.2. Placa absorsora.

O absorsor tem como misso receber a energia, transform-la em calor e transmiti-la

ao fluido trmico.

Os modelos mais habituais de absorsor so:

- Duas placas metlicas separadas alguns milmetros entre as quais circula o

fluido (lmina de gua).

- Tipo denominado Roll-Bond. Estes painis so formados por duas placas de

cobre/alumnio unidas por presso a quente. O circuito desenhado com resina e

nesse stio as placas no soldam. O lquido circula nesse circuito impresso.

- Placa metlica absorsora, sobre a qual esto soldados os tubos.

- Absorsores de plstico (polipropileno), usados quase exclusivamente em

aquecimento de piscinas.

Exemplos de absorsores (extrado do CD ROM MULTISOL)


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J vimos que o absorsor tem de ter uma absortncia elevada (>0.9) e que para o

rendimento ser elevado podemos recorrer a superfcies selectivas que absorvem to

bem como o corpo negro mas perdem menos por radiao (0.6 a 0.15 ou 6 a 15%).

4.3.3. Isolamento posterior.

Situa-se entre a caixa e o absorsor para reduzir as perdas de calor por conduo.

O isolamento utilizado pode ser de qualquer dos tipos existentes no mercado (l de

vidro ou de rocha, poliuretano, aglomerado de cortia, etc.), que possuam uma elevada

resistncia trmica.

A precauo mais importante o seu comportamento com a temperatura, j que no

vero e com a instalao parada, pode ultrapassar os 150 C. O envelhecimento e ahumidade so dois factores a ter em conta, pois desta maneira perdem-se grande parte

das caractersticas isolantes.

4.3.4. Caixa.

A misso da caixa proteger do vento, da chuva, da poeira, suportar os diversos

elementos do colector e actuar de unio com a estrutura atravs dos elementos de

fixao necessrios.

No aceitvel ter de trocar um colector, ou a caixa, antes do tempo de vida normal

desta, que deve ser pelo menos de 10 anos.

A caixa deve ser estanque s entradas de ar e gua e resistente corroso. Devero

selar-se todas as possveis juntas, mas ter de haver um sistema de compensao de

presso interior que no permita a entrada de gua.

4.4. ELEMENTOS CONSTITUTIVOS DO COLECTOR PARABLICO

COMPOSTO (CPC).

A diferena fundamental relativamente a um colector plano convencional a geometria

da superfcie absorsora. Nos colectores planos existe uma superfcie plana qual esto

soldados os tubos. No caso dos CPCs a rea absorsora constituda por duas alhetas

unidas a um tubo e colocadas em cima de uma superfcie reflectora. Como


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consequncia, a captao solar realiza-se nas duas faces das alhetas e as perdas

trmicas so inferiores.

Na seguinte ilustrao vemos o efeito dos raios solares sobre a superfcie.

O Sol incide na parte superior das alhetas e na superfcie parablica reflectora. Os raios

so reflectidos e acabam por incidir na parte inferior das alhetas ou directamente no

tubo, contribuindo a aquecer ainda mais o fluido trmico.

As perdas de calor so inferiores porque a rea de absoro inferior, por ser

constituda s pela superfcie das alhetas. A diminuio das perdas implica uma

melhoria do rendimento trmico. Por outro lado, a inrcia trmica do colector

inferior e a temperatura nominal de funcionamento atingida mais rapidamente.

A zona situada entre a superfcie reflectora e a caixa preenchida com isolamento do

tipo antes descrito para evitar as perdas de calor pela parte inferior.

4.5. ESTUDO ENERGTICO DO COLECTOR. BALANO TRMICO

O colector solar uma mquina trmica submetida a condies de trabalho muito

diversas, j que a radiao solar oscila ao longo do dia e de um dia para o outro, em

funo da nebulosidade e da poca do ano.

Para poder efectuar um estudo simples do comportamento do colector necessrio

supor condies estacionrias, isto , valores constantes para todos os parmetros que

intervm.


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Consideremos um colector imvel, recebendo a radiao solar uniformemente

repartida e de forma constante, pelo qual circula o fluido trmico com um caudal

determinado.

O balano energtico de um colector: Pi = Pu + Pp

Pi Potncia incidente total.

Pu Potncia til recolhida pelo fluido trmico.

Pp Potncia perdida por dissipao para o exterior.

Temos : Pu = Pi - Pp

Sendo Pi = A Ig

PP = A UL (tc- ta)

Logo Pu = A [ Ig - UL (tc - ta)]

A Superfcie do colector - corresponde rea de abertura transparente (m2).Ig Radiao Global incidente sobre o colector por unidade de rea.

Transmitncia da cobertura transparente. Absortncia do absorsor.U Coeficiente global de perdas.

tc Temperatura mdia da placa absorsora ( C ).tf Temperatura mdia do fluido ( C ).ta Temperatura ambiente ( C ).

A temperatura mdia da placa absorvente tc no pode calcular-se de forma simples,

mas pode conhecer-se com suficiente exactido a temperatura tf do fluido trmico no

colector. Uma forma simples de obter esta temperatura calcular a mdia entre a

temperatura do fluido entrada te e sada ts do colector.

TfTe Ts

=+( )2

Se substituirmos a temperatura da placa absorsora Te, em princpio desconhecida, pela

temperatura do fluido Tf temos que introduzir um factor corrector, F, chamado

factor de irrigao, sempre inferior unidade e que faz diminuir a potncia

disponvel. Este factor depende do caudal do fluido e das caractersticas da placa.

A equao anterior transforma-se em :

Pu = F A [ Ig - UL (tf- ta)] (Eq de Bliss)


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4.5.1. Curva caracterstica de um colector solar. Rendimento instantneo.

Os colectores ensaiam-se geralmente fazendo-os funcionar num banco de ensaio sob

condies estveis de radiao solar, velocidade do vento, temperatura do fluido entrada e temperatura ambiente.

Os resultados obtidos nos ensaios apresentam-se como o rendimento do colector, ,

definido pela relao entre a energia captada e a recebida: = Pu / ( A Ig )

Substituindo P pelo seu valor na equao de Bliss:

= F ( ) - ( F UL ) [( tf-ta ) / Ig]

Para um caudal determinado e com () e UL constantes, a equao desta curva

caracterstica do colector pode assemelhar-se com bastante exactido a uma recta:

Estas curvas caractersticas determinadas por meio de ensaios em laboratrios

acreditados, devem ser fornecidas pelo fabricante e a partir delas podemos deduzir a

qualidade trmica de um colector.

Apresentamos a seguir os coeficientes para os colectores mais habituais do mercado:

CARACTERSTICAS

(relativas rea de abertura

Tipo de Colector F () F UL (W/(m2 C)) NO SELECTIVO 0.7 - 0.8 8 9

SELECTIVO 0.7 - 0.8 4.5 6

C.P.C. 0.75 4.2 / 3.7 (1)

(1) Os dois valores de FULpara o colector C.P.C. correspondem a orientaes NS

e EW respectivamente do comprimento L

Este tipo de modelo corresponde a uma aproximao linear como se pode ver na figura

seguinte:


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Por aqui se v que o rendimento do colector diminui medida que a temperatura

mdia do fluido (Tf) sobe. Quando T* nulo ( a temperatura mdia do fluido igual

temperatura ambiente ) o rendimento designa-se porrendimento ptico (1). Quando atemperatura de sada for igual temperatura de entrada, o rendimento nulo e o

colector atinge a temperatura de estagnao (2) (mxima temperatura que o colector

pode atingir para uma temperatura ambiente e radiao determinadas).

Como regra geral deve escolher-se o colector de acordo com a temperatura de

utilizao pretendida, de forma a que o seu rendimento seja normalmente acima dos

40 % , como se pode ver no quadro seguinte:

TIPO DE INSTALAO TEMPERATURA

de UTILIZAO

TIPO DE COLECTOR

Piscinas / Estufas < 30 C

plano sem cobertura

plano (preto bao)

plano (selectivo)

guas Sanitrias epr-aqecimento Industrial < 60 C

plano (preto bao)

plano (selectivo)

CPC (baixa concentrao)

pr-aqecimento Industrial > 60 C

CPC (baixa concentrao)

CPC (alta concentrao)

Tubos de Vcuo

Outros Concentradores


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4.6. FLUIDO de TRANSFERNCIA TRMICA

aquele que circula dentro do absorsor e que transfere outra parte do sistema a

energia trmica absorvida. Utiliza-se como fluido trmico, gua ou uma mistura de

gua com anti-congelante (no txico), soluo mais usada para proteger os colectoresdo perigo de congelao. preciso ter em conta as diferenas das propriedades fsicas

entre a gua e os lquidos anti-congelantes. A viscosidade pode ser bastante elevada,

sobretudo em frio, aumentando as perdas de carga no circuito e modificando as

condies de funcionamento da bomba.

Se a diferena de altura entre os colectores e o ponto mais baixo do circuito primrio

for importante, pode produzir-se uma certa decantao do anti-congelante, diminuindo

a sua concentrao na parte superior do circuito, deixando desprotegidos oscolectores.

Seleccionaremos a proporo da mistura de gua e glicol, de acordo com a tabela,

atendendo s temperaturas mnimas histricas da zona:

% VOLUME

ANTI-GEL

DENSIDADE

SOLUO

TEMPERATURA

CONGELAO

TEMPERATURA

EBULIO

CONTRAO EM

VOLUME

5 1.004 -1 C 0.99810 1.008 -3 C 0.996

15 1.012 -5 C 0.994

20 1.016 -8 C 101 C 0.992

25 1.021 -11 C 0.991

30 1.025 -15 C 102 C 0.990

35 1.030 -20 C 0.998

40 1.034 -25 C 103 C 0.987

50 1.042 -35 C 105 C 0.984

O teor em anti congelente pode ser determinado a partir do ndice de refraco

(valores fornecidos pelo fabricante.)


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importante saber que a temperatura de ebulio de um lquido depende da presso

absoluta a que est sujeito. No caso da gua temos:

Pr. absoluta(bar) 1,01 1,5 2 3 4 5 6 8 10

Temp. ebulio ( C) 100 111,3 120,2 133,5 143,6 151,8 158,8 170,4 179,9

Relao entre a presso de saturao (tenso de vapor) e a Temp. de ebulio

O Calor especfico Cp ( J / (kg C)) do fluido trmico depende da temperatura e da

percentagem de anti-congelante na mistura.

T C \ % Vol. 0% 10% 20% 30% 50%

20 C 4 186 4 105 4 030 3 913 3 566

40 C 4 108 4 039 3 934 3 633

60 C 4 126 4 072 3 976 3 704

Caudal de fluido trmico.

A mistura com anti-gel provoca uma diminuio do calor especfico do fluido, tal

como se observa na tabela anterior.

O aumento do caudal melhora a transferncia de calor, mas tambm a potncia

consumida pela bomba. A partir de um certo valor, no vale a pena aument-lo porque

o ganho trmico deixa de ser significativo.

O valor aconselhado depende do colector e das caractersticas do fluido.

Na figura seguinte representmos em ordenadas um quociente que representa o ganho

trmico, em funo do caudal, do calor especfico e das caractersticas trmicas do

colector, agrupadas numa nica varivel.

Pela forma da curva podemos constatar que a partir de um certo valor de caudal o

ganho trmico pouco mais aumenta.

Considerando como aceitvel o valor de FR/F=0,95 a varivel tem o valor de 10, peloque o caudal ser ento:


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caudal = 10 FUL / Cp

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

0 2 4 6 8 10 12 14 16

mCp/F'UL

F'' = FR/F'

Considerando um colector com FUL=3.7 (caso de um CPC) e um fluido trmico com

20% de anti-gel funcionando a 60 C ( Cp=4072 J/(kgC) ).

caudal = 10 FUL / Cp = 10 x 3.7 / 4072 = 0.0091 kg/(s m) !" 32.7 kg / (h m)

A ttulo exemplificativo apresentamos uma tabela com os valores recomendados de

caudal (l / (h m)) para diferentes colectores e para dois fluidos:

Cp=4185 J/(kgC) (0% anti-gel)

Cp=4072 J/(kgC) (20% anti-gel)Caudal recomendado [kg/(h.m)] em funo do colector e do fluido

0% anti-gel 20% anti-gel

No selectivo ( FUL =8.5 ) 73 75

Selectivo ( FUL =5.3 ) 46 47

CPC (EW) ( FUL =3.7 ) 32 33

Existe uma relao entre o Caudal e a elevao de temperatura num colector.

Consideremos os 3 colectores, preto bao, selectivo e CPC com o mesmo F() de0.75 e os FUL indicados no quadro anterior, num ambiente com 20C e uma radiao

de 1000 W/m teremos:

COLECTOR PRETO BAO


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COLECTOR SELECTIVO

COLECTOR PARABLICO COMPOSTO

Como podemos observar, quanto maior for o caudal, menor o Delta T (diferena

entre a temperatura de sada e a temperatura de entrada no colector).

Equilbrio hidrulico


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Conhecido o caudal ideal assim possvel calcular a temperatura de sada de uma

bateria. No caso de haver baterias diferentes ligadas em paralelo, o equilbrio

hidrulico consiste em restringir as baterias com menor perda de carga, at igualar as

temperaturas de sada (igualando temperatura de sada com o caudal ideal). Quando

as temperaturas de sada forem iguais, as baterias esto a ser banhadas pelo mesmocaudal especfico, [por unidade de rea - kg/(h.m) ].

4.7. CURVAS DE PENALIZAO. ORIENTAO E INCLINAO

DOS COLECTORES

Os colectores devem situar-se de tal forma que ao longo do perodo anual de utilizao

aproveitem a mxima radiao solar incidente. Orientam-se ao Sul geogrfico, nocoincidente com o Sul magntico definido pela bssola, j que o Norte geogrfico

est cerca de 5 para a direita do Norte magntico.

O Sul geogrfico pode tambm determinar-se pela direco da sombra projectada por

uma vara s 12 horas solares ( meio-dia solar ).

Na tabela seguinte so apresentados (para uma latitude de 39) os valores da

decalagem entre hora legal e hora solar, declinao (ngulo entre a direco da

radiao e o plano do equador), altura do sol ao meio dia solar e durao do perodo

diurno para os 12 meses do ano.


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DATA DIA Decalagem Declinao Alt. Solar PERIOD

em relao (TL - TSV) s 12 TSV DIURNO

JAN h min horas min

JAN 1 1 0 40 -23.1 27.9 # 9 19

15 15 0 46 -21.3 29.7 # 9 33

FEV 1 32 0 50 -17.3 33.7 # 10 3

15 47 0 51 -12.6 38.4 # 10 37

MAR 1 60 0 49 -7.9 43.1 # 11 9

15 75 0 46 -2.0 49.0 # 11 47

ABR 1 91 1 41 4.3 55.3 # 12 28

15 106 1 36 9.9 60.9 # 13 5

MAI 1 121 1 34 14.9 65.9 # 13 40

15 136 1 33 19.0 70.0 # 14 9

JUN 1 152 1 34 22.0 73.0 # 14 33

15 167 1 37 23.3 74.3 # 14 44

JUL 1 182 1 40 23.2 74.2 # 14 42

15 197 1 42 21.5 72.5 # 14 29

AGO 1 213 1 43 18.2 69.2 # 14 3

15 228 1 41 13.9 64.9 # 13 32

SET 1 244 1 37 8.4 59.4 # 12 55

15 259 1 32 2.8 53.8 # 12 18

OUT 1 274 1 26 -3.0 48.0 # 11 40

15 289 1 22 -8.8 42.2 # 11 3

NOV 1 305 0 20 -14.3 36.7 # 10 24

15 320 0 22 -18.7 32.3 # 9 53

DEZ 1 335 0 26 -21.8 29.2 # 9 2915 350 0 32 -23.3 27.7 # 9 17

Como colocar os colectores numa aba de telhado mal orientada?

Imaginemos uma aba de telhado mal orientada. Quais a opes possveis para o

instalador?

A. Arranjar uma estrutura (INESTTICA) para orientar correctamente, ouB. Colocar os colectores paralelamente ao telhado, penalizando as suas

performances

A soluo ser explicar ao cliente, que existem estas 2 opes e quantificar-lhe a

penalizao que pode haver se escolher a soluo mais esttica. O cliente pode ento

fazer uma opo de forma esclarecida.


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De uma forma sinttica, podemos dizer que desvios at 20 relativos orientao Sul

no afectam gravemente o rendimento e a energia trmica fornecida pelo equipamento

solar.

Com um desvio para Leste o perodo dirio de captao adiantar-seuma hora porcada 15 de desvio relativamente a um equipamento orientado ao Sul geogrfico. Se o

desvio para o Oeste, o perodo de captao retardar-se- na mesma proporo, mas

com um ligeiro acrscimo no rendimento pelo facto de funcionar mais tempo durante

as horas em que a temperatura ambiente mais elevada.

As inclinaes que habitualmente se do aos colectores, segundo a poca do ano e uso,

so:

UTILIZAO NGULO

Todo o ano ( A.Q.S.) Latitude do lugar.- 5

Inverno ( aquecimento ) Latitude do lugar + 15.

Vero ( piscinas descobertas/hotis temporada) Latitude do lugar - 15.

Podemos calcular de forma mais rigorosa, o efeito da orientao, utilizando os grficos

seguintes em que se apresentam as penalizaes correspondentes colocao dos

painis com diferentes inclinaes e azimutes.

As curvas tm como parmetro a energia dividida pela energia para a inclinao ptima

para o perodo considerado ( ano / semestre do vero / semestre do Inverno).

Entre parnteses est a energia dividida pela energia no plano horizontal (expresso em

percentagem).


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NOTA: Para uma latitude de 37, mude a escala da inclinao subtraindo 3

Para uma latitude de 42 adicione 2

4.8. DETERMINAO DE SOMBRAS E COORDENADAS DO SOL

Frequentemente necessrio colocar painis solares em zonas no totalmente isentas

de sombras. Em todo caso conveniente conhecer as sombras de uma fila de

colectores sobre a fila seguinte para evitar estas situaes. Se representarmos a altura

solar em funo do seu azimute, obtemos os denominados mapas de trajectria


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solar, como o caso das projeces estereogrficas, ferramenta muito til para

conhecer as sombras projectadas pelos obstculos a qualquer hora do dia.

No dia mais desfavorvel do perodo de utilizao o equipamento no deve ter mais do

30% da superfcie til de captao coberta por sombras, durante mais de 1 hora.

A determinao de sombras projectadas sobre colectores por parte de obstculos

prximos efectua-se na prtica observando ao redor desde o ponto mdio da aresta

inferior do colector, tomando como referncia a linha Norte - Sul.

A separao entre linhas de colectores estabelece-se de tal forma que s 12,00 horas

solares do dia mais desfavorvel (altura solar mnima no solstcio de Dezembro) a

sombra da aresta superior duma fila tem que projectar-se, no mximo, sobre a aresta

inferior da fila seguinte. Em equipamentos que se utilizem todo o ano (A.Q.S.), o dia

mais desfavorvel corresponde a 21 de Dezembro. Neste dia, a altura mnima do sol s

12,00 solares tem o seguinte valor:

ho = ( 90 - Latitude do lugar ) - 23.5Na figura vemos que a distncia mnima d entre filas de colectores :

d = d1 + d2 = z / tan ho + z / tan = L * ( sen / tan ho + cos )Em Dezembro e na primeira metade de Janeiro, mesmo respeitando esta distncia

podem produzir-se sombras das filas de colectores sobre as posteriores, no incio e no

fim do dia o que no grave.

No caso de no existir problema de espao, recomendvel aumentar em 25% adistncia obtida na frmula anterior.


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Se as filas de colectores se dispuserem sobre uma superfcie no horizontal, mas sim

inclinada de um ngulo , a distncia medida sobre o telhado ser d:

d = L * [sen ( - ) / tan( ho + ) + cos( - )]

d= d / cos Como regra geral, e para instalaes em terrao, necessrio que a distncia, para

colectores com um comprimento L= 2 metros, nunca seja inferior a 4,5 metros.

PROJECO ESTEREOGRFICA

As circunferncias concntricas representam a altura do Sol ou de um obstculo ().

Linha do Horizonte: Se quisermos representar o horizonte, basta para cada

azimute marcar a altura do horizonte/obstculo (em graus).

Trajectria Solar: No grfico, para alm das linhas j referidas, existem 7 curvas

que representam a projeco da trajectria solar em:

Junho Fevereiro / Outubro

Maio / Julho Janeiro / Novembro

Abril / Agosto - DezembroMaro / Setembro


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Estas curvas so intersectadas por curvas que representam o T.S.V..

EXEMPLO: Quais as coordenadas do Sol s 10 h de um dia central de Fevereiro?

h = 35

Azim = 142.5 (Norte como origem) ou ento Azim = -37.5 (Sul como origem)

Existe outra forma de representao que se apresenta de seguida:

NOTA: Para uma latitude de 37, mude a escala da inclinao somando 3

Para uma latitude de 42 subtraia 2

Ateno pois aqui a correco diferente da utilizada nas curvas de penalizao.

4.9. CIRCUITO PRIMRIO.A transferncia do calor captado pelos colectores para o fluido trmico pode realizar-

se de duas formas:

- Porcirculao forada com uma bomba.

- Porcirculao natural (termossifo).

A escolha entre um sistema ou outro depender da carga energtica a cobrir e da

possibilidade de colocar o depsito acumulador acima da bateria de colectores. Em


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definitivo, o termossifo aconselhvel para pequenas instalaes e a circulao

forada indicada para instalaes mdias ou grandes.

A circulao por termossifo um sistema auto-regulado e isento de partes mecnicas

ou controlos electrnicos; pelo que a instalao mais barata e no est sujeita aavarias mecnicas.

Como vemos na Figura B, a circulao faz-se por conveco natural, a gua quente

tem uma densidade inferior e sobe do colector para o depsito.

A gua mais fria desce e entra novamente no colector. Este processo contnuo desde

que haja radiao solar e auto-regulado:

Quanto mais radiao houver, maior o caudal e se no houver radiao ou a

temperatura no colector no for superior do depsito, a circulao pra.

Nos sistemas em termossifo, comparativamente com os de circulao forada, o

caudal menor e por isso a elevao de temperatura nos colectores maior.

Durante as horas da noite a circulao pode inverter-se, arrefecendo a gua do

depsito. Para o evitar, convm que haja um desnvel da ordem dos 30 cm (dimenso

H) para que o termossifo funcione bem, sem que haja a possibilidade de circulaoinvertida durante a noite (o colector funcionaria como dissipador de energia!).


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Outro processo ser instalar uma vlvula anti-retorno que impea esta inverso.

No entanto esta vlvula tem de ser especial, pois tem de impedir a inverso sem

prejudicar o termossifo directo.

Quando a circulao por termossifo no possvel, recorre-se circulao forada

por uma bomba que faz o transporte do fluido entre os colectores e o depsito.

A permuta de calor entre o circuito primrio e o secundrio pode realizar-se por

transferncia directa ou indirecta. No primeiro caso a gua aquecida nos colectores

enviada directamente para consumo.

a soluo mais simples e com melhor rendimento trmico no incio, embora

apresente vrios inconvenientes que a tornam desaconselhvel na maior parte dos

casos:

- Os materiais utilizados nos colectores e em todo o circuito no devem poluir a

gua, se esta for para consumo humano.

- Os colectores trabalham mesma presso da rede. Se esta for elevada, ter-se-

de instalar uma vlvula redutora de presso.

- O sistema desaconselhado para zonas com temperaturas mnimas negativas, j

que no tem nenhuma proteco contra a congelao.

- Os riscos de corroso do circuito primrio so maiores, devido ao contedo de

ar na gua de rede.

- Perigo de incrustaes de calcrio pela dureza e qualidade da gua.

Na transferncia indirecta utilizado um permutador de calor que permite separar a

gua de consumo do fluido trmico de transferncia. Deve ser usado quando a dureza

da gua possa criar obstrues nas tubagens e sempre que exista perigo de congelao

da bateria dos colectores.

Embora no incio o rendimento de um sistema aberto seja superior, constata-se que a

pouco e pouco vai baixando principalmente por incrustaes calcrias pelo que apouco e pouco se generalizou o circuito fechado.


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Eis alguns exemplos:

4.9.1. Distribuio e ligao dos colectores

Como regra geral, para uma distribuio uniforme do caudal conveniente que todas

as filas de colectores tenham o mesmo nmero de colectores para assegurar perdas de

carga iguais em todas elas, sem aumentar os custos com acessrios, o que nem sempre

possvel.

Existem trs tipos de ligao para os colectores:

Ligao em srie. Neste caso o caudal de circulao igual em todos os

colectores.


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A ligao de entrada a cada fila realizar-se- pelo tubo de ligao inferior do primeiro colector e a sada pelo tubo de ligao superior do ltimo colector da

linha. Para determinar o nmero mximo de colectores que podem ser ligados em

srie preciso ter em considerao que a temperatura nos ltimos pode ser elevada

e provocar danos nos materiais ou a formao de vapor no circuito. Por outra parte,

h uma acentuada queda do rendimento nos ltimos colectores da srie.

Ligao em paralelo. Devemos dispor as ligaes de forma a realizar a

denominada alimentao ou retorno invertido , para que o circuito resulte

hidraulicamente equilibrado.

Ligao em paralelo com alimentao invertida.

Ligao em paralelo com retorno invertido.

O traado realizar-se- de modo que o tubo geral de retorno, pelo qual circula o fluido

aquecido, tenha o percurso mais curto possvel. Assim, mais conveniente aalimentao invertida.

Ligao em paralelo de canais.


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Uma variante da ligao em paralelo o paralelo de canais, com a vantagem de

necessitar um menor comprimento das tubagens. O nmero mximo de colectores

ligados em paralelo de canais ser de quatro, a no ser que o fabricante justifique a

possibilidade de ligar um maior nmero.

Do ponto de vista funcional, devemos ter em conta para o traado da bateria de

colectores os seguintes factores:

a) A instalao dos colectores deve assegurar que o percurso hidrulico seja o

mesmo para todos, de forma a obter perdas de carga e caudais similares em

todos eles. Se assim no for, os saltos trmicos nos colectores, que dependem

directamente do caudal, sero diferentes uns dos outros, reduzindo-se o

rendimento global da instalao.

b) O caudal especfico nos colectores, em litros/(m2 min), deve ser o caudal

recomendado (ver determinao do caudal ). Desta forma asseguramos um bom

coeficiente de transmisso de calor entre o absorsor e o fluido. O valor

recomendado depende das caractersticas do colector e do fluido de transferncia

(ver4.6).

c) O comprimento das tubagens deve ser o mais curto possvel, para minimizar

as perdas de carga e de calor. As perdas de calor em tubagens e acessrios

devem reduzir-se ao mnimo, evitando zonas mal isoladas e pontes trmicas.

e) O desenho da bateria deve evitar a formao de bolsas de vapor ou de ar e

permitir a montagem e desmontagem simples dos colectores.

Em instalaes de A.Q.S. a ligao em srie apresenta vantagens e inconvenientes

relativamente ligao em paralelo.

No captulo das perdas de cargas ser possvel compreender melhor a influncia das

ligaes entre colectores, no entanto podemos dizer que uma bateria de colectores s

funciona em condies idnticas s do ensaio de caracterizao de um colector isolado,

se estiver irrigada pelo mesmo caudal em kg/(h.m).

Caudais menores penalizam o rendimento pois obrigam o segundo colector e

seguintes, a funcionar com temperaturas mais elevadas.


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Como veremos adiante, nos colectores em srie, para manter o caudal por unidade de

rea implica o aumento significativo de perda de carga.

Nas montagens de duas linhas de colectores ligadas em srie, a entrada segunda linha

ser realizada directamente, sem nenhuma vlvula de corte intermdia, instalando-seuma vlvula de drenagem de tipo esfera para esvazia-lo em caso de avaria do grupo.

A sada de linha de colectores ir munida de um sistema de purga de ar manual e de

uma vlvula de fecho de tipo esfera, que permita o corte e isolamento das linhas para

poder intervir em caso de avaria.

Na instalao deve incorporar-se no ponto mais alto de cada uma das linhas decolectores, um purgador de ar automtico ou manual, de acordo com as especificaes

do projecto.

A instalao da sonda de temperatura far-se- na sada da linha de colectores

seleccionada, cuidando que o sensor penetre o mximo possvel para detectar a

temperatura real do fluido no interior da placa absorvente do colector.

Exemplo de uma instalao de 24 colectores associados em quatro linhas. Cada uma

consta de seis painis distribudos em dois grupos (ligados em srie) com trs

colectores em paralelo de canais. Na sada de cada grupo de trs colectores deve

instalar-se um purgador. A instalao cumpre o princpio da alimentao invertida

para minimizar as perdas de calor e garantir o equilbrio hidrulico.

Outra disposio alternativa poderia ser a seguinte:


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e Azimute e Inclinao do colectorGm Radiao Global Horizontal - Mdia Mensal [MJ/(mdia)]G ( , ) Radiao Global Inclinada - Mdia Mensal [MJ/(mdia)]Qcol Energia fornecida pelo colector ao depsito [MJ/dia]Qperdas Energia perdida pelo depsito [MJ/dia]Qu Energia fornecida ao consumo [MJ/dia]Qcarga Energia necessria ao consumo [MJ/dia]

Fsol Fraco Solar [ % ]

Nos quadros seguintes apresentamos as reas necessrias para 3 tipos de colectores em

vrios locais, para diferentes consumos dirios a 45 C, utilizando o programa de

clculo SOLTERM Ver 4.5, do INETI, com as seguintes hipteses :

A inclinao escolhida para os colectores coincide com a latitude do local:

Para um consumo de 200 l/dia foi utilizado um depsito externo de 200 l. e um

permutador de serpentina com uma eficcia de 55%.

Para 500, 1000, e 1500 l/dia, o depsito interior e o permutador de

serpentina com eficcia de 55%.

Para 2000 l/dia o depsito interior, c/ permutador de placas e a eficcia de

70%.

O critrio de dimensionamento seguido corresponde no existncia de

excedentes energticos nos meses de vero, nomeadamente Julho e Agosto emque a fraco solar (economia) se deve situar entre 100% e 90%.


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COLECTOR NO SELECTIVO. F () = 0.75 F UL = 8.5200 l/dia 500 l/dia 1000 l/dia 1500 l/dia 2000 l/diam2 % m2 % m2 % m2 % m2 %

AVEIRO 4 82 8 71 18 77 28 79 36 80

BEJA 4 81 8 73 16 71 22 68 28 68BRAGANA 4 75 8 67 16 66 24 66 30 66COIMBRA 4 84 8 75 16 73 24 74 30 73ELVAS 4 81 8 73 16 72 22 69 28 69VORA 4 80 8 72 16 71 22 68 28 68FARO 4 90 8 82 14 74 20 73 26 74LISBOA 4 85 8 77 16 76 22 72 28 73PORTO 4 81 8 72 18 76 26 75 32 74SANTARM 4 81 8 73 16 76 22 69 28 69VILA REAL 4 75 8 67 16 65 24 66 30 66VISEU 4 77 8 68 18 72 26 71 34 72

COLECTOR SELECTIVO. F () = 0.75 F UL = 5.3200 l/dia 500 l/dia 1000 l/dia 1500 l/dia 2000 l/diam2 % m2 % m2 % m2 % m2 %

AVEIRO 4 89 8 82 16 84 22 76 30 80BEJA 4 87 8 81 14 76 18 67 24 69BRAGANA 4 81 8 75 16 76 20 67 26 67COIMBRA 4 89 8 84 14 76 20 75 26 75ELVAS 4 87 8 81 12 68 18 69 22 67VORA 4 87 8 81 12 66 18 67 24 69

FARO 2 68 6 78 12 76 16 71 22 75LISBOA 4 91 6 74 12 71 18 72 24 74PORTO 4 88 8 82 14 74 22 77 28 76SANTARM 4 87 8 81 12 68 18 69 24 70VILA REAL 4 81 8 75 14 68 20 67 26 67VISEU 4 84 8 77 16 76 22 73 28 72

C.P.C. F () = 0.75 F UL = 3.7 (1)200 l/dia 500 l/dia 1000 l/dia 1500 l/dia 2000 l/diam2 % m2 % m2 % m2 % m2 %

AVEIRO 4 78 6 73 12 75 18 76 24 77BEJA 2 58 6 74 10 67 16 71 20 69BRAGANA 4 82 6 69 12 70 18 70 20 64COIMBRA 2 59 6 77 10 68 16 73 20 71ELVAS 2 60 6 75 10 68 16 72 20 70VORA 2 58 6 74 10 67 16 70 20 69FARO 2 67 6 84 10 77 14 74 18 73LISBOA 2 62 6 79 10 72 14 69 18 68PORTO 4 89 6 74 12 76 16 70 22 73SANTARM 2 59 6 75 10 68 14 65 20 70

VILA REAL 4 82 6 69 12 70 16 65 22 68VISEU 4 85 6 70 12 71 16 66 22 69(1) At 200 litros foi utilizado FUL = 4.2 j que o sistema mais tpico para instalaes de pequeno consumo o termossifo

(orientao N-S do colector).


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4.11. QUEDA DE PRESSO NO CAMPO DE COLECTORES.

A queda de presso no interior dos colectores, em funo do caudal, deve ser um dado

fornecido pelo fabricante.

A perda de carga total no campo de colectores depender de:

- Geometria do campo de colectores. Se a ligao for em srie, a perda de

carga total a soma das perdas de carga parciais de cada colector.

HT = Hi

Se a ligao for em paralelo a perda de carga total a mesma que a perda de carga de

cada colector:

HT = Hi

- A quantidade de anti-congelante do fluido de transporte. Se a mistura for

70% de gua-30% anti-gel o acrscimo de perda de carga de 70%-90% superior

relativamente gua.

Analogia electricidade - hidrulica.

(Clculo das perdas de carga em baterias de colectores).

Um mtodo simples e rpido para entender o que se passa numa bateria de colectores

usarmos a analogia da hidrulica com a electricidade. No quadro seguinte vemos a

equivalncia entre as diferentes grandezas :


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ELECTRICIDADE HIDRULICA

V (Diferena de potencial) V = Re I P (Perda de carga) P = Rh QI (Intensidade) I = V / Re Q (Caudal) Q = P / Rh

Re (Resistncia elctrica) Re = V / I Rh (Resistncia hidrulica) Rh = P / Q

P (Potncia elctrica) P = Re I2 P (Potncia hidrulica) P = Rh Q

Na associao de resistncias em srie a resistncia total a soma das parciais:

RT = Risendo em paralelo

1/RT = 1/Ri

Exemplo :

Para uma resistncia ou colector, temos:

=

A potncia dissipada pela bomba ser P = R Q

Em srie:

Se mantivermos o mesmo caudal de um colector a potncia ser P = 3 R Q, mas

teremos uma penalizao dos rendimentos do segundo e terceiro colectores que

trabalharo a temperaturas mais elevadas. Se quisermos evitar este problema teremos

que utilizar um caudal de 3Q e a potncia dissipada ser:

P = (3 R) x (3 Q) = 27 R Q.

Isto significa que a bomba vai consumir uma potncia 27 x superior de 1 colector.

I QR R


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Se a disposio for em paralelo, teremos:

A resistncia total ser :

1/RT = 1/R + 1/R + 1/R.

RT = R/3

A potncia consumida pela bomba ser :

P = R/3 x (3 Q)

P = 3 R Q

4.12. TUBAGENS. MATERIAIS UTILIZADOS

Os materiais mais frequentemente utilizados so o ao inox, o cobre, o ao

galvanizado, o ao negro e os materiais plsticos (p.ex. PEX).

Ao Inox.

Utilizao crescente nos ltimos anos, boa resistncia corroso, fcil de cortar e

gama completa de acessrios para montagem rpida (bicone).

Muito usado em canalizaes exteriores.

Para igual dimetro, a perda de carga em linha baixa (tubo liso), permitindo o uso de

dimetros inferiores. No aconselhvel fazer curvas por dobragem.

Cobre.

um material amplamente utilizado em todo o tipo de instalaes por ser tecnicamente

adequado e economicamente competitivo.

O cobre resiste corroso, tanto dos lquidos que circulam pelo seu interior como dos

agentes exteriores, ar, humidade ou outros elementos que entrem em contacto com ele.

Q Q Q

3 Q

3 Q

R R R


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A perda de carga, como regra geral, no deve ultrapassar os 40 mm de coluna de gua

por metro linear de tubo.

4.12.2. Capacidade interna das tubagens.

Se a instalao solar for de grande tamanho, o volume de fluido contido nas tubagens

pode ser considervel. Deveremos calcular este volume para saber a quantidade de

fluido trmico necessrio e poder dimensionar o seu depsito de expanso quando for

o caso.

No prximo captulo, do Clculo de Perdas de Carga, existe uma tabela com a

capacidade das tubagens por metro linear de tubo e o caudal para diversas velocidadesdo lquido.

4.12.3. Perdas de carga em tubagens (clculo aproximado)

Existem duas razes que levam a reduzir ao mnimo a seco das canalizaes:

# O seu custo# O desperdcio de gua desde que se abre uma torneira e at que chegue a gua

quente.A seco no entanto condicionada por:

# A velocidade no deve ser superior a 1,5 m/s em tubagens exteriores e 2 m/s emtubagem dentro de paredes, designadamente devido ao rudo.

# Recomenda-se um caudal de a 1.0 m/s.

Como vimos, as canalizaes e os acessrios representam uma resistncia hidrulica.Verifica-se que esta resistncia hidrulica aumenta aproximadamente com o quadradoda velocidade.

A perda de carga num tubo depende do lquido, da sua temperatura, da velocidade e darugosidade do tubo.

A ttulo de exemplo a figura seguinte representa a perda de carga em funo davelocidade para um tubo de 20 mm com gua a 40 C:


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y = 584.87x1.7519

R2 = 1

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2Velocidade [m/s]

Pa/m

Series1

Power (Series1)

Perda de Carga / metro linear

A tabela e os quadros seguintes do-nos o contedo em litros por metro decomprimento e o caudal em funo da velocidade de escoamento, para diversos tubos:

Cap = d2/4000 com d [mm] Cap [l/m]

Caudal = ( d2/4000) * V * 3600 com d [mm] V [m/s] Caudal [l/h]


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ACESSRIO OU SINGULARIDADE P [Pa] Comp.Equiv [m]

1 metro de tubo (i =20 mm / Rug=0 mm / Caudal= 1 m/s / 40 C) 581 1.0Mudana de direco a 45 149 0.3

Mudana de direco a 90 198 0.3Cotovelos 595 1.0Contraces bruscas 298 0.5Derivaes em T 694 1.2Alargamentos bruscos 496 0.9Entradas em depsitos 794 1.4Sadas de depsitos 595 1.0Unies lisas 25 0.0Unies diversas 347 0.6Vlvulas de guilhotinaAbertas 248 0.4

Semi-abertas 2480 4.33/4 fechadas 12400 21.3Vlvulas de sedeAbertas 2976 5.1Semi-abertas 17856 30.73/4 fechadas 55553 95.6Vlvulas de borboletaAbertas 248 0.4Semi-abertas 12400 21.33/4 fechadas 124000 213.4Vlvula de esfera aberta 248 0.4

Cotovelo de 45 347 0.6Cotovelos 90 raio pequeno 744 1.3Cotovelos 90 raio grande 397 0.7Contador de Turbina 2480 4.3Contraces bruscas 4:1 446 0.8Contraces bruscas 2:1 347 0.6Contraces bruscas 4:3 248 0.4Curva de 90 198 0.3Alargamento brusco 1:4 794 1.4Alargamento brusco 1:2 546 0.9Alargamento brusco 3:4 248 0.4

Reduo cnica suave 248 0.4Vlvula de reteno borboleta 4960 8.5Vlvula de reteno de mola 24800 42.7

A rugosidade tem muita influncia nas perdas de carga. A ttulo de exemplo, podemosver nos 2 quadros seguintes a perda de carga para um tubo de 20 mm com gua a40C:


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Perda de Carga em Pa /m

Velocidade Rugosidade

[m/s] 0 mm 0.05 mm 0.1 mm 0.2 mm 0.5 mm 1.0 mm

0.25 52 57 61 69 89 116

0.5 172 198 220 257 342 4521 581 720 824 987 1344 1793

1.5 1190 1552 1803 2186 3002 4018

2 1985 2696 3224 3857 5321 7136

Perda de Carga = f (Vel , rugosidade)

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

0 0.5 1 1.5 2

Velocidade [m/s]

Perda de Carga [Pa/m]

0 mm0.05 mm

0.1 mm

0.2 mm

0.5 mm

1.0 mm

Rugosidade

Se, para cada velocidade, considerarmos como referncia o escoamento de gua numtubo liso, teremos:

Velocidade Rugosidade[m/s] 0 mm 0.05 mm 0.1 mm 0.2 mm 0.5 mm 1.0 mm

0.25 1 * 1.10 1.17 1.33 1.71 2.23

0.5 1 * 1.15 1.28 1.49 1.99 2.63

1 1 * 1.24 1.42 1.70 2.31 3.09

1.5 1 * 1.30 1.52 1.84 2.52 3.382 1 * 1.36 1.62 1.94 2.68 3.59

* Valor de referncia

Se em paralelo com a bomba montarmos um manmetro ( podendo seccion-lo com oauxlio de 2 vlvulas) quando estiverem a funcionar teremos uma indicao da perda decarga no circuito.


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4.12.4. Elementos de fixao e de guia. Isolamento das tubagens.

Os elementos de fixao e de guia das tubagens sero ignfugos e robustos. Os

suportes devero permitir o movimento da dilatao trmica das tubagens, e devero

ser isolados com o objectivo de evitar pontes trmicas.Para a fixao de tubagens ao tecto deve ser previsto um nmero suficiente de apoios

de tal maneira que, uma vez isoladas as tubagens, no se produzam flechas superiores

ao 0,2%. A fixao deve fazer-se com preferncia nos pontos fixos e partes centrais

dos tubos. Nos percursos verticais dispe-se um nmero de fixaes suficiente para

manter vertical a tubagem e evitar o seu desvio, ao mesmo tempo que se permite o

movimento na direco do seu eixo.

Nas tubagens pelas quais circula fluido quente aplicar-se- isolamento trmico, cuja

espessura ser determinada de acordo com as hipteses seguintes:

# Temperatura do fluido em circulao: 60C

# Temperatura ambiente exterior de: 10 C

# Queda mxima de temperatura do fluido circulante ao longo de toda

a tubagem inferior a 0,5 C.

A espessura do isolamento mnimo recomendado nas tubagens para um material com

um coeficiente de conductividade trmica K = 0,04 W / (m2 C), ser o apresentado na

tabela seguinte:

DIMETRO DO TUBO / ESPESSURA DO ISOLAMENTO

NOMINAL

DE AO

INTERIOR DE

EDIFCIOS

EXTERIOR

DE COBRE

INTERIOR DE

EDIFCIOSD < 1/4" 30 mm. D < 35 mm 20 mm.

1 1/4"< D < 2" 30 mm. 36 < D < 50 20 mm.

2" < D < 3" 40 mm. 51 < D < 80 30 mm.

3" < D < 5" 40 mm. 81 < D < 125 30 mm.

5" < D 50 mm. 126 < D 40 mm.


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4.13. ARMAZENAMENTO. ACUMULADORES.

Ao sistema de armazenamento devemos exigir-lhe as seguintes condies: alta

capacidade calorfica, volume reduzido, temperatura de utilizao de acordo com a

necessidade energtica, rpida resposta ao consumo, boa integrao no edifcio, baixocusto, segurana e longa durao.

Os depsitos acumuladores dispor-se-o preferencialmente em posio vertical, para

favorecer a estratificao da gua; como consequncia e no caso de haver mais que um

acumulador, da parte superior do primeiro depsito extrai-se a gua para o segundo

acumulador. Com esta disposio asseguramos que a gua mais quente se encontra na

parte superior do acumulador, que precisamente donde se extrai para o consumosanitrio.

A verticalidade dos depsitos de armazenamento tem vantagens relativas ao custo,

menor espao ocupado e maior eficcia do isolamento trmico, sendo mais reduzidas

as superfcies de apoio no cho.

Para a escolha do material do depsito acumulador teremos em conta os seguintes

factores:

- Corroso: O tratamento de potabilidade das guas produz por vezes um

importante acrscimo da sua agressividade.

- Presso: A presso dentro dos mesmos pode chegar a 8 kg/cm2 e cada

utilizao traduz-se numa baixa de presso no seu interior, provocando

contraces.- Temperatura: A temperatura da gua acumulada pode variar entre 10 C e

90 C, produzindo esforos de dilataes e contraces constantes.

O ao o mais utilizado dado o seu custo, mas necessita de proteco interior contra a

corroso, seja mediante a pintura tipo "epoxi", ou esmaltagem. Haver

necessariamente um nodo de sacrifcio de magnsio para minimizar a corroso. A

galvanizao s aceitvel se a temperatura for inferior a 65C.


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Alguns exemplos

Num bom depsito, ao extrairmos o correspondente sua capacidade, conseguimos

extrair mais de 90% da energia nele contida (h pouca mistura)

A posio do depsito e a condutibilidade do material em que feito podem prejudicar

a estratificao. Os depsitos ao alto e os materiais maus condutores (caso dos

plsticos) favorecem a estratificao.

4.13.2. Distribuio da gua quente.

Na distribuio de gua quente importante que o local de preparao da gua quenteesteja to prximo quanto possvel do centro de gravidade das utilizaes.

Quando as distncias forem grandes necessrio considerar solues que minimizem o

desperdcio de energia e de gua.

Quando se abre uma torneira de gua quente, para todos os efeitos estamos a deitar

fora, gua e energia.

A. Anis de gua quente

O anel deve estarbem isolado termicamente e deve ter um termostato e um relgio

programvel para minimizar o tempo de funcionamento da bomba.

IMPORTANTE: Evitar os anis de gua quente a funcionar sobre o depsito solar,

pois podem por em causa a prioridade ao sol!


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B. Distribuio Radial.

Os novos materiais utilizados nas redes de guas (quentes e frias) viabilizam a

distribuio radial. A partir de um colector so lanados raios ,de pequena seco,

que alimentam poucos dispositivos.

O tempo de espera e o desperdcio de gua e de energia so minimizados, evitando os

anis de gua quente

4.13.3. Dimensionamento de acumuladores de A.Q.S. Critrios.

O objectivo que a gua acumulada tenha energia calorfica suficiente para satisfazer

as necessidades do utilizador durante perodos de ausncia ou escassez de radiaosolar. O dimensionamento do acumulador energtico depende de trs factores:

1 - Superfcie de colectores instalada.

O volume ptimo de acumulao depende do tipo de colectores e do local e das

caractersticas do consumo. De uma maneira geral o volume de armazenamento

idntico ao consumo dirio. Valores superiores no originam maiores

economias. Se o volume acumulado menor conseguem-se maiores

temperaturas de acumulao mas com um menor rendimento.

2 - Temperatura de utilizao.

A temperatura tem de ser adequada utilizao mas interessa que seja o mais

baixo possvel. Por exemplo se se pretende gua para banhos (temperatura entre

36 e 38C) conveniente que o sistema seja dimensionado para ser 45 a 50C.

recomendvel a utilizao de uma misturadora termosttica que permita

fornecer gua a uma temperatura to prxima quanto possvel da de

utilizao! Poupa-se gua e energia e podem evitar-se queimaduras graves!


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3 - Desfasamento entre captao, armazenamento e consumo.

Tambm influem no armazenamento os factores de servio, que podem ser:

a) Coincidncia entre perodo de captao e de consumo, caso do pr-

aquecimento de gua para reposio numa caldeira includa num processo

industrial contnuo. O volume do acumulador ser de 35 a 50 l/m2 de colector.

b) Diferenas entre captao e consumo no superiores a 24 horas, caso deaquecimento de gua sanitria em vivendas, hotis e residncias,...

O volume do acumulador ser de 60 a 90 l/m2 de colector.

c) Diferenas entre captao e consumo, habituais ou peridicas, estimadas

como superiores a 24 horas e inferiores a 72, caso de aquecimento de gua

em processos industriais. Portanto, o volume de acumulador ser de 75 a 150

l/m2 de colector.

Como podemos observar na figura seguinte, a partir de 60 litros por m de

colector, a energia til pouco mais aumenta:


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Instalaes combinadas de A.Q.S. e aquecimento de piso radiante, tendo em conta

que o consumo preferencial para AQS.

Instalaes bi-fsicas que incluem captao, com colectores de gua e aquecimento

de ar forado com sistema fan-coil.

O uso de circuito fechado (com permutador) est hoje em dia generalizado; apesar de

ser mais caro e representar uma penalizao trmica, pois a menor corroso e o

desaparecimento dos depsitos de calcrio compensam rapidamente essa penalizao.

Rendimento de um permutador a relao entre a energia fornecida e a energia

recebida. Com o permutador bem isolado as perdas so da ordem dos 5%.

Eficcia de um permutador a relao entre a energia permutada e a mxima que

teoricamente poderia permutar, se a rea de permuta fosse muito grande. Depende da

rea de permuta, da forma e geometria da mesma e do material, pois a condutibilidade

influi na permuta.

Para cada tipo de permutador existe uma eficcia recomendada.

Quanto menor for a eficcia, maior ser a temperatura com que o fluido volta aos

colectores, diminuindo o rendimento destes e da instalao.

Quanto maior for a eficcia maior o custo e por isso no compensa ir alm do valor

recomendado. As eficcias tpicas so:

Permutador de camisa Eficcia= 0,35

Permutador de serpentina Eficcia= 0,55

Permutador de placas Eficcia= 0,75


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Para instalaes com acumulaes a partir dos 3.000 litros, recomenda-se a utilizao

de permutadores exteriores, normalmente de placas.

Este tipo de permutadores so os mais utilizados e tem as seguintes vantagens:

- Alta qualidade do material, que garante a durao e a rentabilidade.

- So modulveis, permitindo uma fcil aumento do nmero de placas

- Fcil manuteno; so desmontveis e de fcil limpeza.

- Tm uma excelente eficcia, devido ao seu funcionamento a contracorrente,

permitindo uma grande potncia de permuta mesmo com um pequeno tamanho.

Recomenda-se uma potncia de permuta de 750 W/m2 de superfcie colectora.

Quadro com um exemplo das condies de funcionamento de um permutador

TE1 = 60,1 C > TS1 = 46,0 C

TS2 = 53,8 C < TE2 = 35,0 C

Eficcia Permutador = 0.75 (contracorrente)rea de Captao = 32 mCaudal Primrio = 0,4 kg/s

Caudal Secundrio = 0,3 kg/sTemperatura Ambiente = 20,0 CRadiao Solar = 1000 W/m2Temperatura reduzida = 0,033 m2K/WRendimento = 0,575Pot. Transferida = 18 394 W

Caudal no circuito secundrio

O caudal do circuito primrio dado pela expresso caudal = 10 FUL / Cp (Ver 4.6)

O caudal do secundrio deve ser 75% deste caudal, para no perturbar a estratificao.

4.15. BOMBAS CIRCULADORAS.

A movimentao do fluido trmico no circuito primrio e da A.Q.S. no secundrio

realiza-se com a ajuda de bombas circuladoras ( grupos de presso accionados por um

motor elctrico ), que fornecem ao fluido a energia necessria para poder transport-lo

a uma determinada presso. Esta energia deve vencer a resistncia que ope o fluido


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sua passagem pelo tubo e o aumento de altura para manter a presso de trabalho em

qualquer ponto da instalao.

Cada bomba tem uma curva caracterstica de P em funo do caudal.

O ponto de funcionamento corresponde interseco entre a curva da instalao e a

caracterstica da bomba. A bomba deve ser escolhida de forma a que o ponto de

funcionamento se situe na zona central da sua curva caracterstica.

Existem bombas com um selector de velocidade que permite escolher a curva da

bomba. Neste caso, conveniente escolher uma bomba que funcione nas velocidades

intermdias e no nas extremas, pois desta forma ficamos com possibilidade de

manobra.

Existem bombas com regulao electrnica da velocidade, que se adaptam s

necessidades do circuito (por exemplo muito utilizadas em circuitos de aquecimento

ambiente).

As bombas circuladoras utilizados nas instalaes de energia solar so centrfugas,

silenciosas e de baixa manuteno. Montam-se em linha directamente no tubo e com o

eixo horizontal para que os rolamentos trabalhem correctamente.


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suporte da bomba. Entre a aspirao e a impulso instala-se em paralelo bomba um

manmetro com duas vlvulas de fecho, para medir a perda de presso do circuito.

Esta ser a diferena de presses observadas no manmetro ao abrir e fechar

alternadamente as vlvulas. Levando esta diferena de presso observada curva

caracterstica do electro-circulador determinamos o caudal.Dado que estes modelos possuem normalmente vrias curvas caractersticas, possvel

optimizar as condies de funcionamento seleccionando a curva adequada.

4.15.2. Bomba de circulao do circuito secundrio

No caso do permutador ser exterior, necessrio uma 2 bomba que ser accionada

pelo Comando diferencial, simultaneamente com a bomba do primrio. Coloca-se no

tubo de retorno e na parte mais baixa da instalao. Tal como no circuito primrio, acolocao de um manmetro em paralelo com a bomba permite determinar a perda de

carga e pela caracterstica da bomba pode saber-se o caudal.

4.15.3. Bomba de enchimento do circuito primrio.

Por vezes existe uma bomba cuja nica finalidade introduzir o fluido trmico no

circuito primrio quando diminui a presso inicialmente devido a fugas.

4.15.4. Circuitos de baixo caudal

Em circuitos primrios com permutador de camisa, utilizam-se por vezes reguladores

de caudal que tm a dupla funo de regular e indicar o caudal que est a passar:

Regulador serie Regulador paralelo


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4.16. TERMOSTATO DIFERENCIAL. CONTROLO AUTOMTICO.

Os electro-circuladores devem funcionar s quando os colectores puderem ter um

ganho til e parar quando o rendimento for negativo, i.e. . quando a temperatura

sada do colector for inferior temperatura no depsito, porque a radiao baixa ouo depsito j est quente. Doutra forma a temperatura sada do colector seria inferior

de entrada e o colector funcionaria como dissipador de energia.

Isto consegue-se com o termostato diferencial e as sondas de temperatura de que

est munido.

Uma das sondas coloca-se na parte superior dos colectores e a outra na parte inferiordo acumulador. A ltima ligao realiza-se entre o termostato e as bombas de

circulao. muito importante que as ligaes no tenham unies, e estas se realizem

com soldaduras de estanho para que o contacto elctrico seja perfeito.

O termostato diferencial compara as temperaturas da sonda 1 (situada na parte

superior dos colectores) e da sonda 2 (na parte inferior do primeiro acumulador de

A.Q.S.) e pe o circulador em funcionamento quando valer a pena (a gua est mais

quente nos colectores do que no depsito.


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No seguinte quadro especifica-se o funcionamento automtico do grupo de controlo:

BOMBA FUNCIONAMENTO PARADA

B - 1 T1 - T2> 6 C T1 - T2< 2 C

B - 2 B - 1 funcionamento B - 1 parada

Os dispositivos de controlo das bombas circuladoras tm evoludo e em vez dossimples sistemas termostticos (tudo ou nada), esto a aparecer sistemas commicroprocessadores capazes de assegurar a interligao do sistema solar com outrasfontes de energia e de estabelecer estratgias de funcionamento para vrias utilizaes.

Para alm disto alguns controladores podem impor diferentes velocidades defuncionamento das bombas (diferentes caudais), optimizando as condies defuncionamento. Outros h em que possvel indicar o caudal do circuito permitindoque um integrador d informaes sobre a energia fornecida.

Existem controladores mais complexos, com mais sensores, em que possvel escolhero modo de funcionamento, sendo possvel controlar vrias fontes de energia e vrioscircuitos de utilizao.

Grupos de Bombas B1 e B2

Em instalaes de uma certa dimenso e em que se pretenda uma maior fiabilidade so

por vezes instaladas bombas geminadas, em que o arranque normalmente alternado:


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4.17. VASOS DE EXPANSO

Vasos de expanso fechados

Ao aquecer a gua, esta dilata e algum componente no circuito tem de encaixar estadilatao. Esta funo assegurada pelos vasos de expanso.

Dilatao da gua em funo da temperatura (Referncia volume a 4C)

Os vasos de expanso podem ser abertos ou fechados

4.17.1 Clculo do Volume til (se o lquido do primrio pode vaporizar)[Presso Primrio (abs) < Tenso de vapor para a temp. de estagnao]

VcolVt

V TE +

= *100

)5.2*09.0(

4.17.2 Clculo do Volume til (se o lquido do primrio no puder vaporizar)[Presso Primrio (abs) > Tenso de vapor para a temperatura de estagnao]

TVt

VE *100

)5.2*07.0( =

NOTA: Com 20 % de anti-gel considerar 30% mais de volume (coef. Passa de 0.07 para 0.09)

4.17.3 Clculo do Volume nominal

O rendimento de utilizao ser:

)1(

)1()1(

+

++= PP

MX

CFMX

e o volume nominal ser:

VVE

N=

0


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4.17.4 Correco do volume para ter reserva de gua- (Existindo depsito de esvaziamento, dispensvel a reserva de gua.)

Para utilizar uma parte do volume como reserva de gua, a presso de taragem dacmara de ar tem de ser inferior presso do circuito em frio no ponto de ligao:

)1(*)1()1(0N

RCFVE V

VPP +=+

)1(

)1(0 +

=+

VENNC P

VCFP

V

VE Volume til do vaso de expansoVN0 Volume nominal do vaso de expansoVR Volume de reserva de gua

VNC Volume nominalcorrigido do vaso de expansoVT Capacidade total do circuito primrio, incluindo os colectoresVCOL Capacidade total dos colectorest Temperatura mxima possvel (p.ex. 144,6C, para PSEG=3 bar)PCF Presso relativa no circuito em frio, no ponto de ligao.PVE Presso relativa inicial no vaso de expansoPSEG Pr. relativa de descarga da vlvula de seguranaPMX Pr. relativa mxima no sistema ( inferior mxima admissvel Pseg)

NOTA: Ser equipado com vlvula de segurana, purgador de ar automtico emsistemas sem vaporizao e manual em sistemas com vaporizao.

Presso no circuito:

A. Escolher a presso absoluta pretendida nos colectores. (por exemplo, superior

tenso de vapor correspondente temperatura mxima de estagnao para

Ig=1000 W/m e Ta= 20C)

B. A presso na zona do vaso de expanso ser igual a esta presso acrescida do valor

correspondente altura manomtrica do desnvel.

C. A presso absoluta no vaso de expanso (PVE +1) depende da reserva de gua

pretendida (ver 4.17.4).

NOTA 1: Se a presso ( de compra ) for menor pode acontecer que o vaso fique cheio

de gua e sem capacidade para absorver a dilatao


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NOTA 2: Se a presso for superior, o vaso s comea a funcionar mais tarde. Se a

presso for superior presso da vlvula de segurana, o vaso tambm no serve para

nada pois a vlvula de segurana dispara antes.

Montagens correctas do vaso de expanso.O vaso de expanso dever ser montado necessariamente na aspirao da bomba no

circuito de ida para os colectores (figura da esquerda) e se o espao impedir a

colocao da forma anterior, podemos instalar como mostra a figura da direita. Neste

caso absolutamente necessrio instalar um purgador automtico antes do vaso de

expanso para poder facilitar a evacuao de gases:

Vantagens dos vasos de expanso fechados relativamente aos abertos:- Fcil montagem.- No necessrio isol-los.- No absorvem oxignio do ambiente (prejudicial para a instalao).- No tem perdas de fluido trmico por evaporao.

Vasos de expanso abertos.

Se o nvel de presso no circuito, for baixo, poder-se- utilizar um vaso de expanso

aberto. O dimensionamento idntico mas o volume de expanso calculado, tem de ser

igual ao volume entre o nvel do lquido com o sistema frio e nvel do dreno de

descarga.

O nvel em frio poderia ser automaticamente mantido com uma vlvula de bia, mas

tal no aconselhvel, pois se houver uma fuga, estaremos a compensar o circuito, e

ao fim de algum tempo, j no haver anti-congelante, estaremos sempre a introduzir

ar dissolvido (problemas de corroso) e calcrio.

Vaso de expanso aberto

NOTA IMPORTANTE: No deve haver nenhuma vlvula fechada entre os vasos

de expanso e os circuitos a proteger pois nesse caso os vasos ficaminoperacionais.


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4.18. PURGADORES E DESAERADORES

O purgador o elemento encarregue de evacuar os gases, geralmente ar, contidos no

fluido trmico. A presena de gases no circuito pode dar lugar formao de bolsas

que impeam a correcta circulao do fluido trmico e provocar corroses nos tubos

dos colectores.

Para assegurar-se de que o ar dissolvido na gua evacuado para o exterior pelo

purgador utilizam-se por vezes desaeradores como o que se mostra na figura seguinte:

4.19. VLVULAS

4.19.1. Vlvulas de segurana.

A actual legislao exige a colocao de vlvulas de segurana em todos os circuitos

submetidos a presso e a variaes de temperatura. As vlvulas de segurana actuam

como elementos limitadores da presso dos circuitos e so imprescindveis para

proteger os elementos da instalao.

A presso de regulao da vlvula, quer dizer, a presso qual a vlvula actua

deixando escapar o fluido, deve ser inferior presso que possa suportar o elemento

mais delicado da instalao, habitualmente o depsito de expanso fechado ou o

prprio colector.

Para circuitos primrios os tamanhos habituais so de 1/2", 3/4" e 1". Para circuitos

secundrios, com uma capacidade superior, a evacuao em caso de sobre-presso

deve ser mais rpida e, portanto, as vlvulas devem ser maiores.


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ATENO: No caso de haver vrios depsitos obrigatrio:

Que no exista nenhuma vlvula que possa impedir a descarga do depsito para a

vlvula de segurana (reteno, seccionamento, etc)

Que cada depsito tenha a sua vlvula de segurana

Que haja manuteno da vlvula de segurana, pois ela s fivel se periodicamente

se fizerem descargas para evitar que fique bloqueada.

4.19.2. Vlvulas anti-retorno.

Uma vlvula anti-retorno permite a passagem do fluido num sentido, impedindo-o em

sentido contrrio.

Vlvula de reteno Vlvula de reteno e de fecho

No caso dos colectores em termossifo, durante a noite pode haver inverso da

circulao. O facto de haver um desnvel entre o topo dos colectores e o depsito

minimiza este risco. No entanto possvel e recomendvel utilizar um tipo de vlvula

anti-retorno especial com uma perda de carga muito baixa e que impede a inverso sem

dificultar demasiado o termossifo.

4.19.3. Vlvulas de passagem

So os elementos encarregues de interromper total o parcialmente a passagem do

fluido pelas tubagens. As vlvulas de fecho total usam-se para separar uma parte da

instalao ou isol-la do servio, as de fecho parcial servem para produzir uma perda

de carga adicional no circuito, com o objectivo de regular o caudal ou de equilibrar ainstalao.


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4.19.4. Vlvulas de trs vias .

O projecto de uma instalao pode fazer necessria a circulao de fluidos por vias

alternativas. Para conseguir isto de forma automtica utilizam-se as chamadas vlvulasde trs vias que podem ser em derivao ou em mistura.

Nas instalaes solares, este tipo de vlvulas so normalmente automatizadas, ou com

um servomotor elctrico ou com um sistema baseado na expanso de um gs dentro de

um fole:

As vlvulas misturadoras termostticas permitem a utilizao racional de gua e de

energia e nas as instalaes solares estas vlvulas tm uma funo suplementar deevitar que algum se queime.

Em instalaes domsticas poder ser necessrio ter 2 vlvulas uma regulada a 40C

(para os banhos) e outra regulada a 50C (cozinha).

4.19.5. Vlvulas pressostticas tipo Watt.

So umas vlvulas pressostticas que disparam por presso ( a partir de 6 kg/cm ) ou

por temperatura ( a partir de 90 C).


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Documents

Manual de Instal Adores