Transmissão de Calor e Aplicações da Radiação Solar

1 CONFORTO AMBIENTAL III Transmissão de Calor RADIAÇÃO Aplicação de energia solar para aquecimento de água e geração de eletricidade Prof Leandro Dalla Zen PhD Radiação Térmica é o processo pelo qual calor é transferido de um corpo sem o auxílio de um meio na realidade tem que ser um meio permeável em virtude de sua temperatura ao contrário dos outros dois mecanismos Condução choque entre as partículas Convecção transferência de massa Radiação ondas eletromagnéticas A radiação térmica é utilizada em muitos processos industriais de aquecimento resfriamento e secagem Ocorre perfeitamente no vácuo pois a radiação térmica se propaga através de ondas eletromagnéticas É um fenômeno ondulatório semelhante às ondas de rádio radiações luminosas raiosX raiosgama etc diferindo apenas no comprimento de onda conhecido como espectro eletromagnético conforme figura a seguir 2 RADIAÇÃO Radiação solar na arquitetura sistema passivo par aquecimento de ambientes paredes transparentes voltadas para o sol hemisfério sul para norte aquecimento de água geração de energia elétrica painéis fotovoltaicos na figura abaixo é apresentada a quantidade de calor por m2 fornecida por energia solar em uma determinada latitude 3 RADIAÇÃO RADIÇÃO RADIAÇÃO 1 1 1 2 3 3 3 1radiação direta 2radiação difusa 3radiação refletida RADIAÇÃO SOLAR ATUANTE EM UMA CONSTRUÇÃO radiação total123 3 6 Energia Solar Aquecimento de Água Princípios de funcionamento termossifão funciona pela circulação natural provocada pela diferença de densidade entre a água quente e a água fria instalação delicada precisa de desnível entre placas e boiler sistema mecânico bomba de circulação acoplamento de micro bomba para compensar as perdas de carga no escoamento simples instalação 7 Energia Solar Aquecimento de Água Energia Solar Aquecimento de Água 8 Energia Solar Aquecimento de Água 9 Energia Solar Aquecimento de Água 10 Energia Solar Aquecimento de Água Características de montagem a superfície útil do telhado eliminar a área do espigão voltada para norte pode 15o NE ou NO inclinação do coletor região sul melhor aproveitamento para inverno 40 o na prática utilizase a o ângulo de inclinação do coletor como sendo a latitude 10º aquecimento no inverno após determinado o diâmetro do reservatório e a área a ser ocupada pelos coletores com respectivas dimensões pode se calcular a superfície de telhado a ser utilizada 11 Energia Solar Aquecimento de Água Características de montagem brequisitos específicos prever altura H para tirar a tampa e permitir limpeza da caixa dagua garantir altura mínima h altura da caixa dagua mais espaço para instalação de joelho que leva até a entrada de água fria do reservatório boiler e que deve ser mais baixo para que a água seja fornecida ao mesmo por gravidade SISTEMA COM APOIO DE MICROBOMBA MECÂNICA ELIMINA NECESSIDADE DE DESNÍVEL ENTRE BOILER E COLETORES 12 Energia Solar Aquecimento de Água 13 Energia Solar Aquecimento de Água 14 Dimensionamento cálculo do consumo de água quente tab 1 ou tab 2 cálculo da área útil de coletores 1 m2 1m2 cada 100 litros de consumo apoio elétrico determinar a potência necessária em função do consumo de água quente tab 3 cálculo da localização da superfície de telhado voltada para o norte mínima útil número de placas de coletores depende do construtor das placas Energia Solar Aquecimento de Água 15 1 Quantidade de água quente numero de usuários tipo de atividade Tabela 1 ABNT NB 128 consumo por pessoadia alojamento provisório de obras 24 litros casa popular ou rural 36 litros residência 45 litros apartamento 60 litros quartel 45 litros Tabela 2 PROCEL consumo médio por ambiente residencial chuveiro 50 litros por banho banheira para uma pessoa 100 litros por banho banheira para duas pessoas 200 litros por banho torneira de água quente 50 litros por dia máquina de lavar pratos 150 litros por dia máquina de lavar roupa 150 litros por dia restaurantes 24 litros por refeição Energia Solar Aquecimento de Água 16 TABELA 3 DIMENSIONAMENTO INDICADO PARA AQUECEDORES ELÉTRICOS DE ACUMULAÇÃO FONTE ABNT NB 128 CONSUMO DIÁRIO CAPACIDADE DO POTÊNCIA LITROS A 70 C BOILER LITROS KW 60 50 075 95 75 075 130 100 100 200 150 125 260 200 150 330 250 200 430 300 250 570 400 300 700 500 400 850 600 450 1150 750 550 1500 1000 700 1900 1250 850 2300 1500 1000 2900 1750 1200 3300 2000 1400 4200 2500 1700 5000 3000 2000 Energia Solar Aquecimento de Água 17 Energia Solar Aquecimento de Água CAPACIDADE LITRO DIÂMETRO M POTÊNCIA COMPRIMENTO M PRESSÃO 75 litros 046m 1500W 078m 4 kgcm2 100 litros 046m 1500W 100m 150 litros 046m 1500W 140m 200 litros 056m 3000W 120m 300 litros 056m 3000W 170m 400 litros 064m 5000W 170m 500 litros 064m 5000W 190m DIMENSIONAMENTO INDICADO PARA AQUECEDORES SOLARES DE ACUMULAÇÃO BOILER5DE BAIXA PRESSÃO Exemplo dimensionar determinar a área dos coletores solares número de coletores ângulo de inclinação volume do boiler e potência elétrica auxiliar para aquecimento de água em uma apartamento com 5 pessoas situado em PoA Utilizar ABNT NB 128 e também PROCEL especifique os consumos volume de águadia VG NPessoas x CPessoa litrosdia área de coletores AC VG 100 1 m2 Volume do boiler Pela tabela VB litros diâm cm comp cm Potência elétrica auxiliar Pela tabela PB Ângulo de inclinação ÂI 30º 10º 40º BG sempre pegar um valor superior ao achado BG na prática coletores comerciais com 1 e 2 m2 BG refaçam com os dados de consumo do PROCEL 18 Capacidade em litros Diâmetro Comprimento aproximado em cm 200 60 120 300 60 130 400 60 160 500 60 190 600 60 230 800 80 280 1000 80 380 2000 110 240 3000 110 360 4000 130 400 5000 130 480 Energia Solar Aquecimento de Água 19 Energia Solar Geração de Energia Elétrica 20 Energia Solar Geração de Energia Elétrica Para iniciar um dimensionamento é preciso saber o quanto será consumido 1 Relação com a quantidade de todos os equipamentos luzes etc que pretende ligar ao sistema solar 2 Potência individual em Watts como mostra o exemplo abaixo 3Estimativa de horas que cada equipamento ficará ligado por dia 4 Multiplique os valores totais de consumo pelas horas de uso e 5 Some os resultados obtendo a demanda diária de energia ou seja o valor em Wh ou kWh x dia Relação de consumo em Wattshora Qt Equipamento Potência W horas de usodia Consumo Wh por dia unitário total 10 Lâmpadas inte rnas 9 90 10 900 10 Lâmpadas externas 8 80 12 960 1 Televisor 100 100 6 600 1 Geladeira 120 120 8 960 Dimensionamento da necessidade de geração Resultado Concluise que o sistema deverá gerar um mínimo de 3420 Watt pico Wp por dia para sua aplicação 21 Energia Solar Geração de Energia Elétrica Dimensionamento da necessidade de geração Com o resultado obtido dividilo pelo tempo médio de insolação do local veja o mapa de insolação ao lado Supondo que a localização está na área amarela temos 6 horas de insolação dia td media ao ano Logo a potencia P em Wattpico do sistema solar exigido Pth Potencia Total x hora será correspondente à necessidade de consumo dividido pelas horas de insolação td Exemplo Pth 3420 td Pth 3420 6 Pth 570 3420 Watts 6 horas 570 Watts hora 22 Energia Solar Geração de Energia Elétrica Para o valor obtido será necessário um painel ou conjunto de painéis que gerem 570 Wh no mínimo Para se obter tal quantidade de energia combinando painéis fazse a interligação associando vários deles para fornecer a potencia necessária Outro fator importante em sistemas são a corrente e tensão do módulo solar Não se misturam módulos de diferentes potencias tensões ou correntes em um mesmo arranjo ou string É altamente recomendável que os módulos tenham características semelhantes Levar em consideração que módulos solares nos casos em que são utilizados na recarga de baterias devem ter uma característica de tensão pouco acima da tensão de recarga ex 12243648 V e maior corrente Isso porque tensões muito mais altas o controlador não permitirá que passe para a bateria Para calculo da perda ou da potência real aproveitada do painel solar considere a tensão de recarga da bateria ex 145 ou 290 V e a corrente gerada 23 Energia Solar Geração de Energia Elétrica Exemplo O painel ABC possui a tensão em circuito de 172 Volts e corrente I de 689 Amp Sua potência neste caso é de 172 x 69 1187 Watts Mas como a tensão não ultrapassa os 145V seu rendimento será de fato 145 x 69 1000 Watts Portanto uma perda de 187 Supondo que optemos por 6 painéis de 100Wp 118 Wp nominal teremos 6 unidades x 100 Wp 600 Watts hora A associação entre eles deve resultar em um valor maior que a necessidade de consumo A potência acima da necessária será sua reserva 24 Energia Solar Geração de Energia Elétrica Sistema operando em 12 Vcc 600 W 12 V 50 Ampères Como já dito se a corrente for muito alta divida a potencia Exemplo Em nosso exemplo será necessário a divisão da carga em dois controladores de 30A 30A 60A que será maior que os 50A Sistema operando em 24 Volts 600 W 24 V 25 Ampères Neste caso não seria necessário a divisão da potencia e seria utilizado um controlador com capacidade de 30A Acima em resumo seriam as escolhas as correntes das baterias de armazenamento