O ponto ´optimo do dimensionamento do sistema ´e, no ponto onde a frac¸c˜ao solar ´e igual `a eficiˆencia do sistema solar [6] como podemos observar no gr´afico 4.7. Para al´em de que, um sistema encontra-se na ´area do ponto ´optimo quando, satisfaz as duas desigualdades apresentadas em 4.17.
60 < V Areasup
< 100 (4.17)
Onde:
Areasup - ´Area de colectores necess´aria para satisfazer as necessidades (m2);
4.3. DIMENSIONAMENTO DOS DEP ´OSITOS DE ACUMULAC¸ ˜AO 93
Para calcular o n´umero de colectores ´optimos para a instala¸c˜ao teremos de dimensionar o volume do dep´osito de acumula¸c˜ao. Existem trˆes formas de achar o volume para a instala¸c˜ao:
a) pela superf´ıcie colectora instalada; b) pela temperatura de utiliza¸c˜ao;
c) Desfasamento entre capta¸c˜ao-armazenamento e consumo.
a) Estudos efectuados comprovam, que o volume ´optimo de acumula¸c˜ao ronda os 70l/m2de colector [4]. Valores superiores n˜ao conduzem a percentagens significativamente
maiores de aproveitamento da energia solar incidente, mas contribuem apenas para o aumento do dep´osito acumulador. Pelo gr´afico 4.8 podemos observar que a partir de 70l/m2 de colector a energia ´util pouco aumenta (excepto em processos
industriais)[7]:
b) Outra forma de seleccionar o volume do dep´osito de acumula¸c˜ao ´e atrav´es da temperatura apropriada para a sua aplica¸c˜ao [7]. Quanto menor for a temperatura desejada para a instala¸c˜ao, maior ´e o rendimento global do sistema solar t´ermico.
´
E conveniente que um sistema de AQS esteja dimensionado para uma temperatura nominal de 45oC a 50oC. Pela a interpreta¸c˜ao do gr´afico 4.9, pode-se verificar que
quanto menor a acumula¸c˜ao, maior a temperatura que o sistema pode atingir [4]. c) A terceira forma de seleccionar o dep´osito de acumula¸c˜ao ser´a pelo desfasamento entre capta¸c˜ao-armazenamento e consumo. Existem trˆes tipos de factores de servi¸co que condicionam o dimensionamento do dep´osito de acumula¸c˜ao:
- o factor de coincidˆencia entre o per´ıodo de capta¸c˜ao e de consumo, caso de pr´e-aquecimento de ´agua para reposi¸c˜ao numa caldeira num processo industrial cont´ınuo. Em regra geral o volume do dep´osito acumulador dever´a variar entre 35 a 50l/m2 de colector;
- o factor do desfasamento entre capta¸c˜ao e consumo n˜ao superior a 24 horas (caso de aquecimento de ´aguas sanit´arias) o volume do acumulador dever´a ser de 60 a 90l/m2. O valor t´ıpico utilizado ´e de 70l/m2;
- o factor de diferen¸ca entre capta¸c˜ao e consumo superiores a 24h e inferiores a 72h, caso de aquecimento de ´agua para processos industriais. O volume t´ıpico de dep´osito de acumula¸c˜ao dever´a situar-se entre 75 e 150l/m2.
Ap´os o estudo da melhor forma de dimensionar o dep´osito de acumula¸c˜ao, ser´a escolhido a terceira forma c). Este forma de dimensionamento justifica-se com o facto de existirem per´ıodos do dia em que existe grande consumo durante os per´ıodos de produ¸c˜ao de ´agua quente. Al´em de que o valor m´edio de consumo di´ario ao longo dos meses ´e de 2355 litros (73 m3 por mˆes dando aproximadamente 2355 litros por
4.3. DIMENSIONAMENTO DOS DEP ´OSITOS DE ACUMULAC¸ ˜AO 95
Figura 4.9– Varia¸c˜ao do volume de acumula¸c˜ao com a temperatura obtida
Desta forma, podemos constatar que o primeiro valor de superf´ıcie calculado n˜ao cumpre a condi¸c˜ao da inequa¸c˜ao 4.17:
60 < V
Areasup < 100 ⇐⇒ 60 <
2500
80.91 < 100 ⇐⇒ 60 < 30.9 < 100
Concluimos assim que a instala¸c˜ao n˜ao cumpre o crit´erio definido.
Visualizando a tabela 4.9, verificamos que a m´edia da percentagem de substitui¸c˜ao de energia solar ´e superior a 100%. Por outro lado, a m´edia da percentagem de utiliza¸c˜ao do apoio ´e de 19.2% ent˜ao, como primeiro passo de acordo com a figura
4.7 teremos de redimensionar o valor da superf´ıcie dos colectores solares at´e que, o valor da frac¸c˜ao solar seja aproximadamente igual da eficiˆencia do sistema solar e obedecer ao enunciado em 4.17.
Para o volume de acumula¸c˜ao de 2500 e segundo a equa¸c˜ao 4.17 verificamos que a ´area de colectores solares tem de obedecer ao seguinte:
Atendendo a 4.7, verifica-se que o m´aximo valor da frac¸c˜ao solar para o sistema se encontrar optimizado ´e de 50%:
A frac¸c˜ao solar para esta instala¸c˜ao ´e dado por:
Fsol=
Esoltotal
Esoltotal+ Etotalapoio
(4.18) Onde: Fsol - Frac¸c˜ao solar (%);
Esoltotal - Energia solar total produzida (MJ);
Etotalapoio - Energia total do apoio (MJ).
Ent˜ao: Fsol=
60859.81
60859.81 + 59241.41× 100 = 50.6% A eficiˆencia do sistema ´e dado por:
Es=
Esoltotal
Ig× A
(4.19) Onde: Es - Eficiˆencia do sistema (%);
Esoltotal - Energia solar total produzida (MJ);
Ig - Energia total do apoio (MJ/m2);
A - ´Area de colectores solares. Ent˜ao: Es =
60859.81
5264.8 × 41 × 100 = 28.2%
Passamos a ter a tabela4.10de resumo de necessidades energ´eticas e de energia ´util: Verificamos assim que, a ´area de superf´ıcie para um sistema optimizado ´e de 41m2
equivalente 17 colectores solares. Desta forma ser´a realizar um resumo do dimensionamento da instala¸c˜ao. Contudo e mantendo os crit´erios anunciados, este valor ser´a diminu´ıdo para 16 colectores devido ao tipo de instala¸c˜ao que se vai realizar. Ent˜ao: 60 <
V
Areasup < 100 ⇐⇒ 60 <
2500
37.28 < 100 ⇐⇒ 60 < 67.1 < 100 Verifica-se que a condi¸c˜ao est´a satisfeita.
4.3. DIMENSIONAMENTO DOS DEP ´OSITOS DE ACUMULAC¸ ˜AO 97
Tabela 4.10– Resultados energ´eticos finais optimizados
Mes Esolar produzida(MJ) % de substitui¸c˜ao D´efice energ´etico(MJ) % de utiliza¸c˜ao do apoio
Janeiro 2097.41 17.53 9864.08 82.47 Fevereiro 3217.78 27.66 8416.00 72.34 Mar¸co 4811.13 41.27 6845.21 58.73 Abril 6381.09 56.22 4970.12 43.78 Maio 7489.33 67.61 3587.26 32.39 Junho 7794.78 73.41 2824.09 26.59 Julho 4524.73 86.56 702.78 13.44 Agosto 4800.56 92.82 371.56 7.18 Setembro 8162.24 77.76 2334.57 22.24 Outubro 6440.29 58.79 4514.23 41.21 Novembro 3940.57 33.63 7776.81 66.37 Dezembro 1199.89 14.57 7034.71 85.43 Total 60859 59241.41
A frac¸c˜ao solar para esta ´area de colectores ser´a de 47% e eficiˆencia da instala¸c˜ao de 28% A instala¸c˜ao ser´a composta por 16 colectores marca BaxiRoca referˆencia PS 2.4 com as seguintes caracer´ısticas [5]:
- Superf´ıcie total: 2.52 m2;
- Superf´ıcie de abertura: 2.33 m2;
- Capacidade: 2.20 litros; - Peso: 54 kg;
- Press˜ao m´axima de trabalho: 10 bar; - Temperatura de estancamento: 210 ◦C;
- Tratamento selectivo: - Absor¸c˜ao: 95% ± 2%; - Emitˆancia: 5% ± 2%; - Tonalidade: azul escuro.
1500-2 E AS 1000-2 E [5] perfazendo um volume de acumula¸c˜ao de 2500 litros. Na figura 4.10 ilustra-se os dep´ositos de acumula¸c˜ao em que a ´unica diferen¸ca s˜ao as suas dimens˜oes.
Figura 4.10 – Dep´osito de acumula¸c˜ao de 1000 e 1500 litros
AS 1500-2 E:
- peso em vazio (kg): 430; - peso cheio (kg): 1.930;
- superf´ıcie de permuta superior (m2): 2.5;
- superf´ıcie de permuta inferior (m2): 4.2;
- capacidade da serpentina superior (l): 17.5; - capacidade da serpentina inferior (l): 26.5;