CÂMPUS DE BOTUCATU
ANÁLISE COMPARATIVA DA VIABILIDADE ECONÔMICA
DA UTILIZAÇÃO DE COLETORES SOLAR
PARA AQUECIMENTO DE ÁGUA
WAGNER APARECIDO ISMANHOTO
Orientador: Prof. Dr. Ângelo Cataneo
Dissertação apresentada à Faculdade de Ciências Agronômicas da UNESP – Câmpus de Botucatu, para obtenção do título de Mestre em Agronomia – Área de Concentração em Energia na Agricultura.
A minha família, que compreendeu a importância desta fase na minha
vida acadêmica.
Aos amigos, que sempre estiveram presentes nesta caminhada.
AGRADECIMENTOS
Ao meu Orientador, Prof. Dr. Ângelo Cataneo, pela dedicação,
credibilidade e apoio ilimitado, principalmente nos momentos mais difíceis;
Aos meus colegas da Faculdade de Ciências Econômicas de Bauru,
pelo incentivo e pela disponibilidade em colaborar quando solicitados.
Ao Prof. Ms. Ítalo Alberto Gatica Ríspoli, Engenheiro Civil,
doutorando na FEC-UNICAMP , pela inestimável colaboração no fornecimento de dados
para a preparação deste trabalho.
A DEUS, fonte de toda a inspiração e a quem me apeguei,
SUMÁRIO
LISTA DE QUADROS ... IV LISTA DE FIGURAS ... V
1. RESUMO ... 1
SUMMARY ... 3
2. INTRODUÇÃO ... 5
3. REVISÃO DA LITERATURA ... 8
3.1 Alternativas econômicas ... 8
3.2 Análise de decisão ... 11
3.3 A estrutura e as etapas de um projeto ... 15
3.4 Introdução ao risco nas decisões de investimento ... 16
3.4.1 Fundamentos básicos de probabilidade ... 16
3.4.2 Medidas estatísticas para o estudo do risco ... 17
3.5 Os métodos de Análise de investimento ... 19
3.6 Fontes energéticas ... 21
3.6.1 O sol como alternativa econômica ... 23
3.6.2 Aproveitamento térmico... 26
3.6.3 O efeito estufa ... 28
3.7 Os coletores solar ... 30
3.7.1 O rendimento global ... 31
3.7.2 A aplicação doméstica ... 32
3.8 A análise econômico-financeira da alternativa ... 33
3.8.1 Métodos de análise de investimento ... 33
3.8.1.1 Prazo de retorno (pay-back) ... 34
3.8.1.2 Taxa interna de retorno (TIR) ... 34
3.8.1.3 Valor presente líquido (VPL) ... 36
4. MATERIAL E MÉTODOS ... 37
4.1 Material ... 37
4.1.1.1 Características técnicas do equipamento ... 38
4.1.1.2 Funcionamento ... 39
4.1.1.3 Abastecimento ... 40
4.1.1.4 Instalação do equipamento ... 40
4.1.1.5 Um sistema convencional ... 42
4.1.1.6 Detalhamento dos componentes do equipamento ... 42
4.1.1.7 custo de aquisição do equipamento ... 44
4.1.2 Aquecedor solar de baixo custo (ASBC) ... 44
4.1.2.1 Características técnicas do equipamento ... 44
4.1.2.2 Funcionamento ... 46
4.1.2.2.1 Reservatório ... 47
4.1.2.2.2 Coletor ... 48
4.1.2.2.3 Misturador de água quente e sistema de apoio térmico ... 49
4.1.2.2.4 Sistema hidráulico ... 49
4.1.2.3 Manufatura dos componentes ... 49
4.1.2.4 Custo para a montagem do equipamento ... 53
4.1.3 Chuveiro elétrico . ... 53
4.2 Métodos ... 54
4.2.1 Análise comparativa... 55
4.2.1.1 Quilowatt hora (KWh) ... 55
4.2.1.2. Quilo caloria (Kcal) ... 55
4.2.1.3. Relação entre KWh e Kcal ... 57
4.2.2 Prazo do retorno do investimento (pay-back) ... 57
4.2.2.1 Comparação do prazo de retorno do investimento com a vida útil do bem ... 58
4.2.3 Taxa interna de retorno (TIR) ... 59
4.2.4 Valor presente líquido (VPL) ... 61
5. RESULTADOS E DISCUSSÃO ... 63
5.1 Taxa mínima de atratividade (TMA) ... 63
solar em plástico ... 66
5.3 Custos do aquecedor solar de baixo custo (ASBC) ... 69
5.3.1 análise do custo de aquisição do aquecedor solar de baixo custo (ASBC) ... 69
5.4 Análise comparativa da eficiência dos dois modelos apresentados ... 71
5.5 Custos da aquisição e manutenção do sistema convencional (chuveiro elétrico) ... 76
5.6 Análise da viabilidade econômica da substituição do sistema convencional (chuveiro elétrico) pelo aquecedor solar de baixo custo (ASBC) ... 76
5.6.1 Prazo de retorno (pay-back) ... 80
5.6.2 Taxa interna de retorno ... 80
5.6.3 Valor presente líquido ... 82
6. CONCLUSÕES ... 84
7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ... 87
LISTA DE QUADROS
Quadro Página
1 – Distribuição de probabilidades dos fluxos de caixa previstos ... 17
2 – Fontes energéticas realizadores de trabalho ... 22
3 – Propriedades de alguns revestimentos seletivos ... 30
4 – Modelos disponíveis de aquecedor de água por energia solar em plástico ... 44
5 – Quantidade de coletores solar de acordo com a região ... 50
6 – Ferramentas e complementos necessários para a montagem do ASBC ... 51
7 – Peças e complementos necessários para a montagem de um reservatório térmico ... 52
8 – Média ponderada de alguns indicadores financeiros ... 64
9 – Custo de aquisição do aquecedor de água por energia solar em plástico ... 65
10 – Custos de aquisições dos componentes para a montagem do aquecedor solar de baixo custo (ASBC) ... 70
11 – Comparação entre o aquecedor de água por energia solar em plástico e o aquecedor solar de baixo custo (ASBC) – temperatura em graus Celsius ... 71
12 – Comparativo de custo por gradiente de temperatura ... 75
13 – Custo de aquisição e manutenção do sistema convencional (chuveiro elétrico) ... 76
14 – Custos para implementação de alternativas para o aquecimento de água ... 77
LISTA DE FIGURAS
Figura Página
1 – Dinâmica de ações ao longo do ciclo de vida de um projeto ...12
2 – Ciclo de correlação entre necessidades, soluções e requisitos do projeto ... 13
3 – Dinâmica do método de Kepner e Tregoe ...14
4 – Distribuições de probabilidades das alternativas de investimentos ... 19
5 – Conversão direta da energia solar em energia elétrica ...25
6 – Placa coletora ...27
7 – Uma variante do efeito estufa ...28
8 – Coletor solar ...31
9 – Sistema doméstico de aquecimento ...32
10 – Efeito do termo-sifão ...33
11 – Metodologia de cálculo da taxa interna de retorno (TIR) ...35
12 – Metodologia de cálculo do valor presente líquido (VPL) ...36
13 – Características técnicas do equipamento ...39
14 – Sistema de abastecimento do equipamento ...40
15 – Posicionamento quanto a inclinação ...41
16 – Modelo de instalação convencional ...42
17 – Componentes do aquecedor de água por energia solar em plástico ...43
18 – Reservatório térmico em isopor e filme PVC ... 45
19 – Operação de um aquecedor solar de baixo custo (ASBC) ... 47
20 – Montagem da placa coletora em um aquecedor solar de baixo custo (ASBC) ... 48
21 – Fluxo de caixa para aquisição do aquecedor de água por energia solar em plástico ... 66
22 – Influência da hora do dia na temperatura de água dos reservatórios térmicos ... 72
23 – Comparação da gradiente de temperatura entre os dois modelos analisados ... 73
24 – Influência da hora do dia na gradiente de temperatura entre as águas dos reservatórios térmicos e o ambiente ... 73
25 – Fluxo de caixa – aquecedor solar de baixo custo ... 78
26 – Fluxo de caixa – chuveiro elétrico ... 78
LISTA DE FIGURAS
Figura Página
1 – Dinâmica de ações ao longo do ciclo de vida de um projeto ...12
2 – Ciclo de correlação entre necessidades, soluções e requisitos do projeto ... 13
3 – Dinâmica do método de Kepner e Tregoe ...14
4 – Distribuições de probabilidades das alternativas de investimentos ... 19
5 – Conversão direta da energia solar em energia elétrica ...25
6 – Placa coletora ...27
7 – Uma variante do efeito estufa ...28
8 – Coletor solar ...31
9 – Sistema doméstico de aquecimento ...32
10 – Efeito do termo-sifão ...33
11 – Metodologia de cálculo da taxa interna de retorno (TIR) ...35
12 – Metodologia de cálculo do valor presente líquido (VPL) ...36
13 – Características técnicas do equipamento ...39
14 – Sistema de abastecimento do equipamento ...40
15 – Posicionamento quanto a inclinação ...41
16 – Modelo de instalação convencional ...42
17 – Componentes do aquecedor de água por energia solar em plástico ...43
18 – Reservatório térmico em isopor e filme PVC ... 45
19 – Operação de um aquecedor solar de baixo custo (ASBC) ... 47
20 – Montagem da placa coletora em um aquecedor solar de baixo custo (ASBC) ... 48
21 – Fluxo de caixa para aquisição do aquecedor de água por energia solar em plástico ... 66
22 – Influência da hora do dia na temperatura de água dos reservatórios térmicos ... 73
23 – Comparaçao da gradiente de temperatura entre os dois modelos analisados ... 74
24 – Influência da hora do dia na gradiente de temperatura entre as águas dos reservatórios térmicos e o ambiente ... 74
25 – Fluxo de caixa – aquecedor solar de baixo custo ... 79
26 – Fluxo de caixa – chuveiro elétrico ... 79
1. RESUMO
O grande problema que a sociedade moderna deverá equacionar, sem dúvida, é a questão do abastecimento energético.
A questão do crescimento e desenvolvimento econômico da humanidade passa, necessariamente, pelo desafio prático e material de buscar criar fontes energéticas alternativas que possam garantir a existência da indústria, nossos meios de transporte, a vida urbana e até mesmo a agricultura.
Durante anos, a humanidade conseguiu sobreviver com fontes energéticas com base no trabalho braçal e de animais. A criação de fontes de energia inanimadas, como rodas hidráulicas e moinhos de vento, significaram um importante aumento na produtividade.
O sol pode ser a solução para a questão do abastecimento energético no futuro. Estudos revelam que somente este ano, o sol lançará sobre o globo terrestre, 4.000 vezes mais energia que consumiremos.
O presente estudo tem como objetivo analisar propostas, e fazer um estudo da viabilidade econômica de alguns sistemas para o aproveitamento desta fonte de energia limpa, inesgotável e gratuita, em se tratando de aquecimento de água para fins domésticos, principalmente como forma alternativa de propiciar às pessoas mais afastadas dos centros economicamente desenvolvidos, uma melhor qualidade de vida e fazer uma comparação com os sistemas tradicionais de aquecimento de água.
Considerando que o homem do campo, por questões técnicas, geográficas e econômicas, foi ao longo do tempo sendo privado de alguns benefícios que são comuns nas cidades, mas não tão comuns a eles, e que estas privações têm impacto direto em sua qualidade de vida e na produtividade, se torna importante encontrar alternativas simples de geração de energia que possa ser difundida de forma a propiciar que cada cidadão construa de forma barata, através de materiais reciclados, utilizando elementos que lhe são familiares, instrumentos que permitam captar e transformar a energia mais abundante da terra: a energia solar.
O presente estudo analisa a viabilidade econômica da implantação de sistemas alternativos de aquecimento de água, através da energia solar, principalmente para os indivíduos que não possuem o serviço de fornecimento de energia elétrica, recomendando a implantação do aquecedor solar de baixo custo (ASBC), considerando o seu bom desempenho técnico e seu custo menor se comparado a outra alternativa (aquecedor de água por energia solar em plástico).
Quanto à comparação dos sistemas de aquecimento solar – aquecedor solar de baixo custo (ASBC) – com o sistema tradicional de aquecimento de água (chuveiro elétrico) - fica provado que, economicamente, o valor investido para a montagem do sistema alternativo é recuperado em um prazo reduzido (aproximadamente 15 meses), mesmo considerando o uso complementar do sistema de aquecimento tradicional (chuveiro elétrico) por aqueles pessoas que tem esta outra alternativa.
ANALYZE COMPARATIVE OF THE ECONOMIC VIABILITY OF THE SOLAR USE OF COLLECTORS FOR HEATING OF WATER.
Botucatu, 2004. 94p. Dissertação (Mestrado em Agronomia / Energia na Agricultura) - Faculdade de Ciências Agronômicas, Universidade Estadual Paulista.
Author: WAGNER APARECIDO ISMANHOTO Adviser: ANGELO CATANEO
SUMMARY
The biggest problem that society should solve, unquestionably, is the matter of energetic supply.
The question of economic and development growth of mankind go necessarily through practical and material challenge of trying to create alternative energetic sources, which may guarantee the industry existence, our means of transportation, the urban life and even the agriculture.
For many years the mankind has managed to survive with energy sources based on country work and on animal traction. The creation of inanimate energy, such as hydraulic wheels and windmills, meant an important increase in the productivity.
The sun may be the solution for the matter of energetic supply in the future. Studies show that only this year, the sun will throw out 4,000 times more energy on the Earth that we will consume.
This study aims to analyze proposals and also to study economic viability of some systems in order to make the most of this clean, inexhaustible and free energy. By dealing with water heating for household use, mainly, as an alternative way to help people living far from economically well-developed centers, a better life quality and also to compare the existing and traditional water heating system.
productivity, this becomes important to find simple alternatives of generating energy that can be spread in order to help each citizen build cheaply through recycled material, by using familiar elements, instruments that can collect and transform the most plentiful energy on the Earth: the solar energy.
The present study analyzes the economic viability of the implantacion of alternative systems of heating of water, through the solar energy, mainly for the individuals that don't possess the service of supply of electric energy, recommending the implantacion of the solar heater of low cost (ASBC), considering its good acting technician and its smaller if compared cost the other alternative (heater of water for solar energy in plastic).
With relationship to the comparison of the systems of solar heating - solar heater of low cost (ASBC) - with the traditional system of heating of water (electric shower) - it is proven that, economically, the value invested for the assembly of the alternative system is recovered in a reduced period (approximately 15 months), same considering the complement use of the system of traditional heating (electric shower) for those people that he/she has this other alternative.
2. INTRODUÇÃO
O novo desafio da humanidade é encontrar formas alternativas de geração de energia. Muitos estudos estão sendo realizados na tentativa de encontrar uma fonte de energia que seja tecnicamente e economicamente viável. Porém, uma nova restrição está determinando estes estudos: a preocupação ecológica.
Nesses novos tempos, onde as fontes convencionais de geração de energia estão se tornando cada vez mais raras e portanto caras, no sentido inverso, aumenta a importância do estudo na determinação de fontes alternativas baratas, renováveis e de baixo ou nenhum impacto ambiental.
Até hoje, não se conhece nenhuma alternativa energética tão poderosa quanto a energia solar. Embora os estudos e o desenvolvimento tecnológico estejam apenas no início, é perfeitamente possível vislumbrar que a médio e longo prazo, esta será, sem dúvida, a fonte de energia que ditará e impulsionará o funcionamento da economia mundial.
Por ora, se observa a utilização desta fonte de energia em atividades específicas e preliminarmente pode ser observada uma eficiência significativa, tanto do ponto de vista técnico quanto econômico.
Este estudo propõe a análise de alternativas técnicas e econômicas, representadas pela utilização de materiais de baixo custo, que possam propiciar condições de aproveitamento da energia solar, como forma alternativa para melhorar o conforto térmico das pessoas e a utilização para fins de produção.
Atualmente, existem alternativas de substituição de fontes de energia por um tipo de energia inesgotável e relativamente barata: a energia solar.
Pode-se observar que para fins residenciais, a energia solar está sendo encarada como uma alternativa interessante na melhoria do conforto térmico, via aquecimento de água.
Porém, em função dos preços praticados pelo mercado, a tecnologia ainda não pode ser popularizada, pois apresenta um alto custo de implantação.
Portanto, o objetivo deste estudo é analisar a viabilidade econômica da utilização de coletores solar de baixo custo para aquecimento de água, como instrumento para promover conforto térmico àquelas pessoas que hoje não são atendidas por fontes de energia que possam propiciar o aquecimento de água, ao mesmo tempo em que investiga a viabilidade econômica, via redução substancial nos custos para os indivíduos que hoje dispõem do sistema tradicional de aquecimento de água para fins domésticos.
Este segundo fator, pode ser mensurado, considerando pesquisas feitas por companhias de fornecimento de energia elétrica dos estados brasileiros, que indicam que o chuveiro elétrico corresponde por até 65% do consumo de energia elétrica de uma residência.
Evidente está que esta afirmação depende das regiões diversas, sendo que, em regiões mais quentes o ar condicionado pode representar um custo ainda maior.
Tomando por base os dados solarimétricos do Brasil, há regiões que proporcionarão 65% de economia e outras regiões, as mais quentes, poderão atingir até 80% de economia anual, na geração de água quente com a substituição das fontes convencionais de geração de energia pelo aproveitamento da energia solar.
Como simples comparação que corrobora as observações anteriormente enumeradas, a utilização da energia solar como fonte alternativa no aquecimento de água para abastecer uma família composta de 4 pessoas, poderia promover a economia de 55 kg de GLP/ano, 66 litros de diesel/ano, 215 kg de lenha/ano e a não inundação de cerca de 56 m2 para a geração da energia elétrica.
Dentre as várias aplicações da energia solar térmica, que contempla o aquecimento de piscinas, banheiras, cozinhas, vestiários, caldeiras, etc., o presente estudo visa criar alternativas para o aproveitamento desta fonte de energia no aquecimento de água para uso pessoal ou para utilização em procedimentos de produção.
Neste novo milênio, devemos voltar os nossos olhos ao sol, que independente de receber várias definições – de deus a centro de nosso sistema planetário, é sem sombra de dúvida, a fonte de energia alternativa do futuro.
Porém, os métodos de captação e conversão da energia solar devem ser melhorados do ponto de vista técnico e econômico. Os preços dos equipamentos não estimulam o aproveitamento da energia solar, não permitindo que o sistema se torne popular, inibindo desta forma a melhoria na qualidade de vida, daquelas pessoas que estão distante dos centros mais desenvolvidos.
O presente trabalho busca analisar a utilização de equipamentos, no interior do Estado de São Paulo, que tem como objetivo coletar a energia solar, com custo de aquisição mais baixo, verificando a sua viabilidade econômica se comparada com outros equipamentos convencionais para aquecimento de água.
3. REVISAO DE LITERATURA
3.1 Alternativas econômicas
A análise da viabilidade técnica, econômica e financeira da utilização de materiais alternativos na montagem de captadores de energia solar para redução de custos e popularização do sistema na agricultura, envolve além dos métodos convencionais de análise de investimento, avaliações de utilidades e possibilidades de adequação do comportamento das pessoas envolvidas a essa nova tecnologia.
Faz-se necessário avaliar as alternativas para a possível tomada de decisão. E neste sentido, a utilização da engenharia econômica, de acordo com Hirschfeld (1986), pode ser aplicada seus conhecimentos e alternativas oriundas de fatores técnicos, financeiros e sociais, procurando encontrar aquela que forneça a otimização de recursos.
Segundo Hirschfeld (1986), alternativas são os vários cursos que uma ação pode tomar para alcançar objetivos. Entre os vários objetivos a serem alcançados existem os benefícios tangíveis e os benefícios intangíveis.
Benefícios intangíveis são aqueles que não podem ser expressos em termos econômicos. Entre tais benefícios, poderíamos citar os de interesse social ou político e os de segurança, considerados por ocasião do exame de alternativas, e que têm por escopo, o objetivo desejado.
Estudos provam que em grande parte dos casos, um mesmo projeto pode se compor de benefícios tangíveis e intangíveis, sendo ambos analisados quando do estudo de viabilidade do empreendimento.
O estudo de viabilidade de um projeto, pode ser resumido como uma busca incessante de informações para verificar seus objetivos, analisando as informações existentes sobre o mesmo e dividindo o seu estudo em algumas áreas. Analisar as alternativas econômicas em busca da decisão a ser tomada constitui o grande desafio de quem realiza os estudos.
A decisão é uma alocação de recursos a uma das alternativas econômicas; possibilitando sua execução. É necessário tomar muito cuidado no julgamento das alternativas econômicas, pois a alocação de recursos inicia um processo de execução, o qual, na maior parte das vezes, é irreversível. A alternativa julgada mais conveniente necessita estar bem lastreada em bases seguras, para não incorrer em erros irreparáveis que o tempo se encarregará de demonstrar.
Ainda, segundo Hirschfeld (1986), há que considerar também o risco, que expressa uma probabilidade de obter resultados insatisfatórios mediante uma decisão. Existem decisões que são completamente subjetivas e os riscos nelas contidos podem ser enormes. Entretanto, muitas decisões que, aparentemente, dependem de fatores subjetivos, podem ser equacionadas por meio de técnicas adequadas, de forma a serem visualizadas alternativas econômicas que auxiliarão, imensamente, as tomadas de decisões, isentas em grande parte, de fatores pessoais.
Além da definição dos objetivos, as decisões devem levar também em consideração os eventos qualitativos não quantificáveis monetariamente.
eventos não quantificáveis devem ser, entretanto, claramente especificados a fim de que os responsáveis pela tomada de decisão tenham todos os dados necessários relacionados de forma a poder tomar a sua decisão.
O fato de selecionar alternativas para a tomada de decisão envolve, em última análise, a pré-disposição para correr riscos nas decisões de investimento.
Segundo Martins & Assaf Neto (1986), na prática, normalmente, as decisões financeiras de uma empresa não são tomadas tendo-se total certeza com relação a seus vários resultados. Na verdade, por estarem tais decisões fundamentalmente voltadas para o futuro, é imprescindível que se introduza a variável incerteza como um dos mais significativos aspectos do estudo. Por exemplo, os fluxos de caixa definidos para as decisões de investimentos são valores previstos de ocorrer ao longo de determinado período de tempo, não devendo ser dissociada, no processo de análise, da natural incerteza gerada por essa expectativa.
O conceito básico de probabilidade refere-se à possibilidade (ou chance), expressa normalmente em porcentagem, de ocorrer determinado evento. (MARTINS & ASSAF NETO, 1986)
Parece lógico que todos os projetos de certa organização sejam convergentes em relação a um objetivo geral e permanente de longo prazo. Algumas vezes, entretanto, esse objetivo de longo prazo não está suficientemente claro para todas as pessoas que compõem a organização. Quando isto acontece, projetos são concebidos com objetivos pessoais, mesmo que suas justificativas descrevam resultados positivos para a organização. As empresas familiares são mais suscetíveis a esse tipo de projeto, porque nelas os objetivos pessoais são mais facilmente confundidos com os objetivos da empresa. Esse quadro de objetivos confusos e enviesados tende a permanecer porque os projetos raramente são avaliados e, portanto, em geral não se sabe ao certo sobre seus impactos causados sobre a rentabilidade, a qualidade, a produtividade e os custos. (CLEMENTE, 2002)
investimento ordenadas de acordo com os ganhos e g1, g2, ... gn esses ganhos, se a decisão for
a melhor possível, essa ordem será rigorosamente seguida, de forma que as “k” oportunidades contempladas serão as primeiras da ordenação, ou seja, as mais lucrativas. Nesse caso, não se pode falar de custo de oportunidade, ou pelo menos de custo de oportunidade positivo, uma vez que a última oportunidade escolhida apresenta ganho pelo menos igual ao da primeira não escolhida.
3.2 Análise de decisão
A questão central quando se analisam algumas alternativas econômicas para a implantação de um novo projeto, reside na dificuldade em se tomar decisões, considerando que muitas são as variáveis que, necessariamente, devem ser contempladas para tanto.
Estudos revelam que existem muitos mecanismos de análise de alternativas e tomada de decisão. Várias técnicas podem ser empregadas como instrumento de redução do risco de insucesso.
Estudos realizados por Menezes (2003), define que todo projeto finito, apresenta um ciclo de vida. Em determinado momento, ele se inicia, desenvolve durante um certo período de tempo definido e é finalizado quando seus objetivos fixados são alcançados.
Também é importante destacar que todo projeto possui a sua vida econômica, ou seja, o período de tempo em que a sua utilização pode ter o benefício econômico desejado.
Portanto, quando se concebe uma nova alternativa econômica, se torna necessário fixar a sua vida útil para que seja possível fazer a análise econômica-financeira, identificando a sua viabilidade dentro de um período pré-determinado.
Várias são as formas que demonstram a dinâmica que envolve a implementação de uma nova alternativa econômica, buscando mensurar a importância de todas as fases que envolvem a concepção e implementação.
Figura 1 – Dinâmica de ações ao longo do ciclo de vida de um projeto.
Como pode ser observado, o processo se inicia com a definição da necessidade, que induz a um desencadeamento de busca de alternativas e análise.
Pode ser observado que a seleção da melhor alternativa é um processo contínuo de planejamento, implementação, controles e avaliações constantes na busca da aceitação da melhor alternativa.
Considerando que todo o processo é iniciado a partir do momento que é identificada a real necessidade de propostas para a solução de um determinado problema ou busca de oportunidades, importante é, compreender corretamente a real necessidade. A Figura 2 mostra a concepção de Menezes (2003), sobre este ciclo.
Necessidades
Seleção
Planejamento
Implementação
Controle do projeto
Avaliação Avaliação Avaliação
Figura 2 – Ciclo de correlação entre necessidades, soluções e requisitos do projeto.
A partir do momento em que se identifica a necessidade, analisam-se as alternativas disponíveis, para verificar as suas viabilidades técnicas e econômicas, a fim de se tomar a decisão quanto a implementação ou não de uma destas propostas.
O método paramétrico para tomada de decisão se traduz em um instrumento prático e eficaz.
Desenvolvido por dois consultores norte-americanos, um deles chamado Kepner e o outro, Tregoe, esse método estimula bastante o emprego do brainstorming em todo o processo ou em parte dele.
a) os must ou deveres: aqueles que estabelecem limites para as soluções alternativas apontadas; deveres que, se as alternativas não atenderem, não serão considerados na etapa seguinte, e
b) os wishes ou desejos: critérios que permitirão aos envolvidos no processo de seleção, diferenciar qualitativamente as alternativas participantes.
A Figura 3 apresenta a dinâmica do método desenvolvido por Kepner e Tregoe, estudados por Menezes (2003).
Figura 3 – Dinâmica do método de Kepner e Tregoe.
Identifique a avaliação
Estabeleça critérios de decisão
Identifique e avalie as soluções alternativas Limites ou deveres
Identifique se “pára” ou “continua”
Desejos
Peso dos “desejos”
Totalização dos pontos das alternativas
Considerar a pontuação mais elevada
Faça uma análise mais avançada
3.3 A estrutura e as etapas de um projeto
Segundo Woiler & Mathias (1996), um projeto pode ser entendido como um conjunto de informações, que são coletadas e processadas, de modo que simulem uma dada alternativa de investimento para testar sua viabilidade.
Os aspectos econômicos envolvidos são: mercado, localização, escala; os aspectos técnicos envolvem as considerações referentes à seleção entre os diversos processos de produção, à engenharia do projeto, ao arranjo físico dos equipamentos na fábrica e outros aspectos. Os aspectos financeiros poderão compor o capital, financiamentos, capital de giro. Os aspectos administrativos dizem respeito à estrutura organizacional que será necessária para a implantação e para a operação do projeto. Os custos destas estruturas serão alocados ao projeto no caso do custo operacional e no caso do custo de implantação (custo este que poderá ser amortizado quando da operação do empreendimento). Os aspectos jurídicos e legais tendem a apresentar uma relação indireta para com o projeto. Os aspectos do meio ambiente, supõe vislumbrar os problemas associados à degradação do meio ambiente pela população, pelos órgãos públicos e pelas empresas privadas (WOILER & MATHIAS, 1996).
De acordo com Buarque (2001), cada setor produtivo e cada projeto apresenta características próprias de engenharia. Isso obriga os tecnólogos a utilizarem diferentes metodologias e diferentes formas de apresentação da engenharia conforme o projeto. Entretanto, em geral, essas metodologias seguem um processo que consiste basicamente em quatro etapas:
a) ensaios e investigações preliminares;
b) seleção e especificação do processo e dos equipamentos (seleção de tecnologia);
c) projeto de construção civil e infra-estrutura, e d) análise de rendimentos.
Para que essas etapas sejam apresentadas de uma maneira clara e completa na análise da engenharia deve constar:
a) descrição do processo de produção;
c) quantificação de todas as variáveis envolvidas no processo de produção.
Alguns fatores devem ser ponderados na estrutura de um projeto, como a inovação tecnológica que pode se traduzir, segundo Maximiamo (2002), a capacidade de um projeto de pesquisa e desenvolvimento, produzir resultados comercializáveis. A idéia de inovação tecnológica está associada a novo produto que chega ao mercado e não simplesmente ao fato de atingir algum resultado técnico relevante.
3.4 Introdução do Risco nas decisões de investimento
Sempre a análise de um novo projeto exige um exercício de futurologia. Segundo Martins & Assaf Neto (1986), a análise é feita no presente, porém, tais decisões, fundamentalmente, são voltadas para o futuro, e desta forma é necessário que se introduza a variável incerteza como um dos mais significativos aspectos do estudo.
Toda vez que a incerteza associada à verificação de determinado evento possa ser quantificada, através da atribuição de probabilidades aos diversos resultados previstos, diz-se que a decisão está sendo tomada sob uma situação de risco. Dessa maneira, o risco refere-se basicamente à capacidade de mensurar o estado de incerteza através do conhecimento das probabilidades associadas à ocorrência de determinados resultados ou valores.
3.4.1 Fundamentos básicos de probabilidade
Quando se trabalha com probabilidades, para a tomada de decisão de investimento, o fato de atribuí-la, não se resume, normalmente, a um único resultado (evento) esperado, mas de acordo com Martins & Assaf Neto (1986), à vários valores possíveis de ocorrer. O raciocínio básico é dividir os fluxos de caixa (elemento de incerteza de decisão) em intervalos de valores possíveis, e identificar, em cada um deles, uma probabilidade de ocorrência.
repetirá. Por exemplo, a probabilidade de que um artigo saia defeituoso do processo produtivo, pode ser obtida historicamente através da relação entre o número de vezes que o produto foi rejeitado pelo controle de qualidade e o número de unidades terminadas em certo período. De outra forma, a probabilidade subjetiva decorre de eventos novos, sobre os quais não se tem nenhuma experiência prévia relevante.
3.4.2 Medidas estatísticas para o estudo do risco
Ilustrativamente, são apresentados por Martins & Assaf Neto (1986), os valores esperados entre dois projetos (A e B). Considerando que é necessário avaliar o risco de implementação entre estas duas alternativas econômicas e baseando-se em experiências anteriores em projeções econômicas, formulou-se a seguinte distribuição de probabilidades dos fluxos de caixa previstos em cada um dos próximos quatro anos:
Quadro 1 – Distribuição de probabilidades dos fluxos de caixa previstos.
____________________________________________________________________________
Alternativa A Alternativa B
Fluxos de Caixa Probabilidades Fluxos de Caixa Probabilidades
R$ 600,00 0,10 R$ 300,00 0,10
R$ 650,00 0,15 R$ 500,00 0,20
R$ 700,00 0,50 R$ 700,00 0,40
R$ 750,00 0,15 R$ 900,00 0,20
R$ 800,00 0,10 R$ 1.100,00 0,10
Tomando por base a demonstração, fruto do estudo de Martins & Assaf Neto (1986), a primeira etapa a ser desenvolvida no estudo do risco é a mensuração do valor esperado de cada distribuição de probabilidades considerada. Essa medida representa uma média dos vários resultados esperados, ponderada pela probabilidade atribuída a cada um desses valores, sendo o seu cálculo processado através da multiplicação das diversas estimativas pelas respectivas porcentagens (probabilidades de ocorrência) associadas:
Onde: R = retorno (valor) esperado;
Pk = probabilidade de ocorrência de cada resultado;
Rk = valor de cada resultado considerado
Substituindo a expressão para os projetos acima, tem-se:
Valor esperado da Alternativa A:
RA = (0,10 x R$ 600,00) + (0,15 x R$ 650,00) + (0,50 x R$ 700,00) +
(0,15 x R$ 750,00) + (0,10 x R$ 800,00)
RA = R$ 60,00 + R$ 97,50 + R$ 350,00 + R$ 112,50 + R$ 80,00
RA = R$ 700,00
∑
=
=
n
k
k
k
R
P
R
1
Valor esperado da Alternativa B:
RB = (0,10 x R$ 300,00) + (0,20 x R$ 500,00) + (0,40 x R$ 700,00) +
(0,20 x R$ 900,00) + (0,10 x R$ 1.100,00)
RB = R$ 30,00 + R$ 100,00 + R$ 280,00 + R$ 180,00 + R$ 110,00
RB = R$ 700,00
A Figura 4, apresentada por Martins & Assaf Neto (1986), demonstra graficamente as distribuições de probabilidades das duas alternativas exemplificadas.
Figura 4 – Distribuições de probabilidades das alternativas de investimentos.
3.5 Os métodos de análise de investimento
aqueles que não levam em conta o valor do dinheiro no tempo, e os que consideram essa variação através do critério do fluxo de caixa descontado. Em função do maior rigor conceitual e da importância para as decisões de longo prazo, dá-se atenção preferencial para os métodos que compõem o segundo grupo. Exceção deve ser feita, no entanto, ao método do tempo de retorno do investimento (período de pay-back), o qual, apesar de ser formalmente enquadrado no primeiro grupo, tem grande importância decisória e permite, ainda, o seu cálculo em termos de valor atualizado.
O método da taxa interna de retorno (TIR) representa, a taxa de desconto que iguala, em determinado momento de tempo (geralmente utiliza-se a data de início do investimento – momento zero), as entradas com as saídas previstas de caixa. Para a avaliação de propostas de investimentos, o cálculo da TIR requer, basicamente, o conhecimento dos montantes de dispêndio de capital (ou dispêndios, se o investimento previr mais de um desembolso de caixa), e dos fluxos de caixa incrementais gerados exclusivamente pela decisão. Considerando que seus valores ocorrem em diferentes momentos, pode-se afirmar que a TIR, ao levar em conta o valor do dinheiro no tempo, representa na verdade a rentabilidade do projeto expressa em termos de uma taxa de juros equivalente periódica .
Ainda, segundo Martins & Assaf Neto (1986), o valor presente líquido (VPL) é obtido pela diferença entre o valor dos benefícios líquidos de caixa previstos para cada período do horizonte de duração do projeto e o valor presente do investimento.
Porém, algumas características de dados econômicos devem ser consideradas, pois, segundo Hill & Griffiths & Judge (1999), as relações econômicas raramente estão livres de choques ou perturbações e os dados econômicos dificilmente estão isentos de erros de especificação ou mensuração. Em um modelo econométrico, podemos ser bem precisos quanto a definição de nossas variáveis, ajustamento e grau de agregação, mas, infelizmente, é raro haver coerência entre os modelos teóricos e os dados econômicos utilizados em uma análise empírica.
Em uma avaliação social, o projeto é analisado sob o ponto de vista do seu impacto sobre toda a sociedade e não sobre indivíduos em particular. (EHRLICH, 1986)
das mãos de cidadãos nacionais para o governo, não tem valor algum, pois o resultado líquido é nulo.
Somente projetos que adicionam algo à sociedade como um todo é que interessam. A diferença entre avaliações financeiras e econômicas reside em como contabilizar e valorizar os benefícios e os custos correspondentes.
Ao avaliarmos um projeto, mesmo no contexto mais amplo dos objetivos sociais, podemos indagar se ele se justifica a “preços e condições de mercado vigentes”. Se a resposta for positiva, o projeto sustenta sua razão de ser, mesmo que se respeite uma situação existente – quer ela seja desejável, quer não. De fato, se um projeto se sustentar a preços vigentes, os responsáveis pela sua operação não necessitarão pedir constantes subsídios – o que os tornaria vulneráveis do ponto de vista político (em vista desta dependência).
Ainda, segundo Ehrlich (1986), quando se conclui que os valores econômicos não conseguem refletir os verdadeiros objetivos sociais, arbitram-se “preços” com o intuito de avaliar projetos por meio das técnicas tradicionais (valor atual, taxa de retorno, etc...). É, por exemplo, o caso no qual se valorizam mais bens de produção que bens de consumo. Isto reflete uma preferência revelada por um consumo futuro, em detrimento de um consumo no presente.
Segundo Hoji (1999), os riscos e as incertezas incorporam qualquer projeto. O risco existe em todas as atividades. Tudo o que é feito hoje, visando a um resultado no futuro, está sujeito a algum grau de risco.
3.6 As fontes energéticas
O aumento pela demanda, cada vez maior, por abastecimento energético tem-se mostrado como uma constante no mundo moderno. O desafio de suprir as indústrias, meios de transporte, agricultura, comércio, as próprias pessoas de forma direta e o mundo como um todo, tem motivado a busca de fontes alternativas que sejam, ao mesmo tempo, tecnicamente possíveis e economicamente viáveis.
inanimadas, como rodas hidráulicas e moinhos de vento, significaram um importante incremento quantitativo do regime de trabalho – ou potência – mas o salto qualitativo só se produziu a partir dos séculos XVII e XVIII.
Quando se analisa o Quadro 2, verifica-se que, ao longo do tempo, a humanidade sempre buscou aperfeiçoar suas formas de geração de energia, evoluindo para fontes energéticas cada vez mais aperfeiçoadas e que provocasse uma relação custo/benefício cada vez melhor.
Quadro 2 – Fontes energéticas realizadores de trabalho.
____________________________________________________________________________
Fonte energética Potência Observações
Homem 80 W Até 300 W durante período
Burro 180 W
Mula 370 W
Boi 500 W
Cavalo 750 W
Moinho de Água 1,5 – 1,8 kW Roda de alimentação com diâmetro superior a 5 m Moinho de vento 1,5 – 6,0 kW Moinho de vento típico
Máquina a vapor 5,2 – 7,5 kW Tipo estacionário antigo Automóvel de 1000cc 45 – 60 kW
Turbina a vapor até 100 MW
____________________________________________________________________________ Fonte: FERNANDES & GUARONCHI, 2001.
Necessário é, considerar que os combustíveis fósseis, que representam hoje 98% da energia produzida no mundo, nas suas várias formas: carvão, petróleo e gás natural, são limitadas e não renováveis, e considerando o aumento exponencial no consumo de energia, a interrupção no fornecimento é algo impensável.
Soma-se a isso a questão de que o petróleo, grande fonte energética, também é importante matéria prima para a indústria química e a sua utilização, reduz a sua oferta e eleva-se os preços.
A sociedade moderna, mais informada e instruída, preocupada com a preservação do meio ambiente e a questão da redução do custo de vida, tem levado a humanidade a refletir melhor sobre a manutenção de nossas reservas esgotáveis de energia e do desenvolvimento tecnológico no setor de aproveitamento de fontes de energias alternativas.
3.6.1 O sol como alternativa econômica
Por mais de 5 bilhões de anos, o sol, brilha e calcula-se que assim se manterá por, pelo menos, mais 6 bilhões de anos, lançando anualmente sobre a terra, 4.000 vezes mais energia do que consumimos. Esta irradiação solar em algumas cidades do Estado de São Paulo, pode ser visualizada no Apêndice 1.
Em um planeta, onde se discutem alternativas energéticas, desprezar esta fonte de energia, seria insensatez. O sol representa a fonte de energia ideal para o mundo moderno, considerando tratar-se de uma energia limpa, inesgotável e gratuita.
A terra recebe energia radiante do Sol a um regime de 173x1015 W, emitindo uma quantidade idêntica. Alguns parâmetros devem ser considerados:
Área projetada da Terra = (6.3 x 106 )2 x 3,14 = 124 x 1012 m2 ; Constante Solar = 1395 W/m2;
Energia recebida = 124x1012 x 1395 = 173x1015 W
Estudos realizados por Ríspoli (2001), revelam que algo em torno de 30% da radiação entrante se reflete sem mudança na amplitude de onda. Cerca de 47% é absorvida pela atmosfera e pela superfície terrestre, provocando um aumento de temperatura, que novamente irradia-se para o espaço. Apenas os 23% restantes penetram no sistema terrestre e provocam os ventos, ondas, correntes, gera o ciclo das águas e define o nosso clima. De forma indireta, também volta a ser irradiado ao espaço.
Uma quantidade muito pequena desta radiação, algo em torno de 0,02% (40x1012 W) através da fotossíntese, penetra no sistema biológico das plantas e em outros organismos.
Desta forma, é perfeitamente possível compreender a formação de nossas reservas de combustíveis fósseis, que representam apenas uma parte pequena de energia armazenada como energia química em plantas e tecidos de corpos animais que, por milhões de anos, sob condições geológicas favoráveis, transformaram-se na forma de carvão e óleos minerais.
Portanto, Szokolay (1978), conclui que se desejarmos evitar um esgotamento de nossas reservas de combustíveis fósseis, em função de que o ritmo de formação de combustíveis é mínimo em comparação com o ritmo de consumo, devemos desviar o fluxo destas importantes quantidades de energia provenientes do sol e fazer com que elas trabalhem para nós, antes que se dissipem e sejam irradiadas novamente ao espaço.
Quando são estudadas as formas possíveis de captação de energia solar, necessário é, classificá-las em três níveis: conversão química, conversão elétrica e térmica.
As formas mais importantes de conversão química da energia solar são os processos foto-bioquímicos. Os organismos biológicos classificados como produtores sintetizam carbohidratos a partir de água e dióxido de carbono, absorvendo energia solar e a armazenando em forma de ligações químicas.
A conversão direta da energia solar em energia elétrica através da conversão termoelétrica e a conversão fotovoltaica, sendo que a mesma pode se apresentar sob várias formas.
emitidos, convertendo-se num ânodo. Se o ânodo se conecta ao cátodo mediante a um circuito que contenha uma carga externa, circulará uma corrente e poderá ser produzida ação. Uma corrente elétrica significativa, no entanto, só se pode produzir a temperaturas muito altas.
Em circuitos que consistam de dois condutores diferentes, se as duas uniões se mantém a temperaturas diferentes, também será gerada uma corrente elétrica, ou uma diferença de potencial, quando uma das uniões permanece aberta. Estes “termopares” podem igualmente ser utilizados para produzir ação útil. Quando vários deles são ligados em série, forma-se a chamada pilha termoelétrica. A união quente pode ser aquecida através de um coletor solar de placa plana.
A combinação de alguns materiais semicondutores com outros elementos similares, com um elétron a mais ou um elétron a menos gera a eletricidade.
Define-se como semicondutor tipo N, quando, por exemplo, é combinado silício + arsênio com um elétron a mais, ou semicondutor tipo P, quando, por exemplo se combina silício + boro com um elétron a menos.
A Figura 5 demonstra como se processa a conversão direta da energia solar em energia elétrica.
Envolvendo difusão, absorção de fótons, aceleração de elétrons, múltiplas colisões, condução, convecção, o método de conversão térmica da energia solar se caracteriza pela absorção da energia radiante por uma superfície negra que produz o aquecimento e se transforma em calor. O movimento das moléculas provoca um incremento na temperatura. O coeficiente de absorção de vários tipos de absorventes negros varia entre 0,8 e 0,98, sendo que os 0,2 ou 0,02 restantes se refletem.
Através da condução deste calor, que na verdade nada mais é do que o movimento molecular, se transmite a outras partes do corpo, sendo que uma parte é novamente emitida ao meio ambiente mediante processos convectivos e radiantes. Observa-se uma situação de temperatura de equilíbrio quando o regime de admissão de calor radiante é igualado ao de perda de calor.
3.6.2 Aproveitamento térmico
Quando são utilizados coletores obtendo-se o calor, podemos aproveitar esta forma de energia na aplicação em vários segmentos.
Segundo Ríspoli (2001), os sistemas de aquecimento solar residenciais de água, no Brasil, estão instalados em sua quase totalidade em moradias de classe alta, outra parcela menor em classe média, porém, em número muito insignificante em moradias populares e no meio rural. Na realidade, as classes sociais inferiores ficam restritas aos projetos de estudos e tentativas de buscar um meio mais econômico para fazer o aquecimento de água, utilizando a energia solar.
A técnica empregada é da utilização de placas absorvedoras, usualmente pintadas de preto fosco, cujo objetivo é concentrar o calor. Combinado com vidro ou material similar que auxilia a retenção e recupera parte da radiação emitida pela superfície negra, consegue-se converter a energia radiante em energia térmica no coletor.
A utilização de materiais alternativos na confecção dos componentes destes equipamentos, pode propiciar uma redução significativa dos custos de fabricação.
Vários estudos estão sendo realizados, com o objetivo de desenvolver alternativas técnicas que possam também ser economicamente viáveis.
A Figura 6, apresenta um modelo simplificado, onde pode ser observada a utilização de tubos, combinado com cobertura de vidro mais a chapa de absorção e a câmara térmica, fazendo a conversão da energia solar em calor, para o fim específico de aquecimento de líquido.
Ha que se observar que o modelo trabalha com materiais convencionais que possuem um bom rendimento e eficiência.
Figura 6 – Placa coletora.
Para aplicação nas quais se deseja obter temperaturas da ordem de 60ºC, o custo do sistema solar já é bastante competitivo.
nuvens e de céu claro, a radiação solar que atinge a terra, é basicamente (90%), de radiação direta. De outra forma, nos dias nublados e chuvosos, a claridade vem apenas da radiação difusa. De qualquer forma o sol emite radiação como um corpo negro cuja temperatura superficial esta por volta de 5700o C.
3.6.3 O efeito estufa
Considera-se que um efeito estufa eficiente é possível apenas abaixo de 500oC. Porém, a menos que a concentração da radiação solar esteja combinada com o efeito de estufa, as temperaturas de equilíbrio são muito inferiores porque na prática, a temperatura de equilíbrio é ainda mais reduzida por perdas de calor da chapa negra, devido a condutividade térmica e convecção no ar. (FERNANDES & GUARONGHI, 2001)
A utilização do plástico substitui o vidro, quanto a emissão infravermelha que é absorvida pela colméia e parcialmente irradiada de volta. A eficiência do sistema está diretamente proporcional ao diâmetro das células da colméia e com sua altura. A Figura 7, desenvolvida por Fernandes & Guaronghi (2001), apresenta uma variante do efeito estufa.
Outro tipo de efeito de estufa existe, e pode ser usado independentemente ou combinado com a estufa do tipo de chapa negra / vidro comum.
Este efeito se baseia em superfícies seletivas. Tais superfícies têm um elevado coeficiente de absorção na parte visível e infravermelha do espectro.
Diferente do corpo negro, porém, têm um baixo coeficiente de emissão,
ε = 0,02 para o infravermelho, além de um comprimento de onda de 2 µ m, aproximadamente. Logo, uma superfície seletiva sozinha, sem uma chapa de vidro aquecer-se-á à luz do Sol como uma estufa de chapa negra / vidro comum.
Os revestimentos seletivos são obtidos pela deposição de películas de vários metais, por exemplo níquel negro eletrólito ou berílio; óxidos metálicos, como óxido de cobre obtido quimicamente, sobre alumínio polido, óxido de cobalto ou óxido de níquel, ou camadas de: Fe2O3, MgF2,SiO,SiN, depositadas a vapor, de modo a obter um efeito de
interferência na luz.
O silício e outros semicondutores, com sua alta absortância na faixa visível e transmitância no infravermelho, são também materiais seletivos.
É importante combinar uma alta absortividade com uma elevada relação de absortância/emitância.
No quadro a seguir, são mostrados alguns tipos de películas que podem ser utilizados para melhorar a relação de absortância/emitância, tornando o sistema mais eficiente.
Quadro 3 – Propriedades de alguns revestimentos seletivos.
___________________________________________________________________________
Película Absortância
Solar α Emitância Solar ε Fator de Desempenho α / ε
Tungstênio dentítrico 0,96 0,26 3,7
Silício sobre Prata
0,76 0,06 (773 K) 12
Níquel Negro 0,90 0,08 (573 K) 11
Cromo Negro 0,98 0,19 (573 K) 5,1
Cromo Negro sobre níquel prateado
0,93 0,19 (573 K) 4,8
Zr Ny sobre prata
0,85 0,03 (600 K) 24
___________________________________________________________________________ Fonte: FERNANDES & GUARONGHI, 2001.
3.7 Os coletores solar
O sistema utilizado nos coletores solar pode ser entendido da seguinte forma: os tubos são fixados e passam a integrar a chapa receptora. Por estes tubos um líquido circula , transportando o calor ao consumidor. Esta montagem (chapa receptora + tubos) é feita sobre um material com baixa condutividade térmica.
Uma chapa de vidro ou material similar deve ser utilizada, porque a sua colocação no sistema, não só irradia de volta metade da radiação térmica, mas também isola a chapa aquecida da convecção aérea.
Figura 8 – Coletor solar.
A eficiência deste processo pode ser aumentada, significativamente, se for reduzida a perda de calor, devida a convecção aérea. Isto é possível se a quantidade de ar entre a chapa de vidro e a de absorção for reduzida ou evacuada. Este procedimento permite a elevação da temperatura do regime de forma significativa.
3.7.1 O rendimento global
Como o sol é a principal fonte de energia para o bom funcionamento deste mecanismo, a posição geográfica e a localização são determinantes para a apuração de seu rendimento.
Portanto, para se determinar o rendimento/eficiência do mecanismo, necessário se faz um estudo detalhado do local, além de uma análise cuidadosa, das condições climáticas onde o mesmo será instalado.
3.7.2 A aplicação doméstica
A circulação de água através do coletor é garantida pelo efeito de termo-sifão, provocado pela convecção por gravidade, ou seja, havendo sol, o fluído aquecido no coletor se desloca para cima, pois sua densidade é inferior à do fluído não aquecido. O circuito estando fechado, o fluído quente por sua vez é substituído pelo frio que, então, é aquecido no coletor e se desloca para cima. A circulação continuará esquentando o coletor que continua sob a ação da radiação do sol. A velocidade com que ocorre a circulação do líquido está diretamente proporcional a intensidade da insolação.
A Figura 9, apresentada em Comptons Interactive Encyclopedia (1995), apresenta um sistema doméstico de aquecimento.
Para que seja possível compreender a dinâmica do processo de aquecimento do líquido, A Figura 10, mostra o fluxo do líquido provocado pela convecção por gravidade, configurando o efeito do termo-sifão.
Figura 10 – Efeito do termo-sifão.
Para compensar os períodos “sem sol”, mantendo a produção permanente de água quente, é possível agregar ao mecanismo um sistema de aquecimento auxiliar, convencional.
3.8 A análise econômico-financeira da alternativa
3.8.1 Métodos de análise de investimentos
atenção preferencial para os métodos que compõem o segundo grupo. (MARTINS & ASSAF NETO, 1986)
3.8.1.1 Prazo de retorno (pay-back)
Este método consiste na determinação do tempo necessário para que o dispêndio de capital (valor do investimento) seja recuperado através dos benefícios líquidos (fluxos de caixa) promovidos pelo investimento.
Resumidamente, existem duas metodologias de cálculo do período de pay-back: médio e efetivo.
Ha que se considerar que ambos os métodos não contemplam a variável tempo de forma eficiente, sendo que no primeiro método (pay-back médio) o valor encontrado distorce ainda mais a realidade.
Esta observação é pertinente, pois se a composição do fluxo de caixa concentrar valores maiores no final do mesmo, pelo critério da média, poder-se-ia concluir por um retorno do investimento muito antes do que na prática se observaria.
De outra forma, o pay-back efetivo contempla, ainda que de forma parcial a variável valor/tempo no fluxo de caixa. Porém, no fluxo de caixa anual, quando se determina a fração do ano necessário para amortizar o investimento inicial, o problema se torna idêntico ao método anterior, pois trabalha-se novamente com a média (fluxo de caixa ano/12). Evidente está que, quanto mais diminuta a fração do tempo apresentada no fluxo de caixa, menor a possibilidade de distorções nos resultados neste segundo método.
Em termos de decisão de aceitar ou rejeitar determinado investimento, o período de pay-back obtido deve ser confrontado com o padrão-limite estabelecido pela empresa. Para exemplificar, pode-se definir em três anos o tempo de retorno máximo de seus investimentos, a empresa não deverá acionar determinado projeto se o período de pay-back exceder o limite considerado aceitável.
3.8.1.2 Taxa interna de retorno (TIR)
inicial), as entradas com as saídas previstas de caixa. Para a avaliação de propostas de investimentos, o cálculo da taxa interna de retorno (TIR) requer, basicamente, o conhecimento dos montantes de dispêndio de capital e dos fluxos de caixa incrementais gerados exclusivamente pela decisão. (MARTINS & ASSAF NETO, 1986)
Necessário é definir que a taxa interna de retorno (TIR) quando encontrada, reflete apenas um resultado com base nos fluxos de caixa esperados pela alternativa econômica escolhida.
A aceitação ou rejeição de determinada proposta de investimento é decidida em função do processo de comparação da taxa interna de retorno obtida com a rentabilidade mínima exigida pela empresa para seus investimentos.
Esta rentabilidade mínima, também definida como taxa mínima de atratividade (TMA), deve contemplar algumas variáveis a serem consideradas quando do estudo de uma determinada alternativa econômica.
Esta taxa mínima de atratividade deve contemplar a correção monetária esperada no período analisado, além do custo de oportunidade, do risco pela implementação do projeto e do lucro desejado para a aceitação desta alternativa, ou mesmo defini-la como sendo a taxa de juros média reinante no mercado.
A Figura 11, apresentada por Martins & Assaf Neto (1986), mostra como pode ser expressa a metodologia de cálculo da taxa interna de retorno (TIR).
3.8.1.3 Valor presente líquido (VPL)
Martins & Assaf Neto (1986), definem que o valor presente líquido (VPL) é obtido pela diferença entre o valor presente dos benefícios líquidos de caixa, previstos para cada período do horizonte de duração do projeto, e o valor presente do investimento.
A Figura 12, montada por Martins & Assaf Neto (1986), demonstra a fórmula de cálculo do valor presente líquido:
Figura 12 – Metodologia de cálculo do valor presente líquido (VPL)
Onde FCj representa o fluxo de caixa (benefício e/ou custo) do período;
I0 o investimento processado no momento zero; Ij o valor do investimento previsto em cada
período subseqüente; K a taxa de desconto do projeto, sendo representada pela rentabilidade mínima – taxa mínima de atratividade (TMA) .
4. MATERIAL E METODOS
4.1 Material
Para o presente estudo, foram utilizados como materiais para análise, dois modelos de aquecedores solar de baixo custo. O primeiro, produzido por uma indústria nacional do interior do estado de São Paulo e que é uma das pioneiras na fabricação de aquecedor de água por energia solar em plástico; e o segundo, trata-se de uma alternativa de aquecedor solar de baixo custo (ASBC) desenvolvido por uma organização, denominada Sociedade do Sol, mantida pela USP, através do CIETEC (Centro Incubador de Empresas Tecnológicas)..
Estes equipamentos estão dimensionados para atender a uma residência com quatro pessoas para uma média de um banho de 8 a 9 minutos cada (considerando uma vazão de 3,0 a 3,5 litros por minuto, conforme NBR 12089 – Norma Brasileira conferida pela ABNT- Associação Brasileira de Normas Técnicas).
Na fabricação destes equipamentos são utilizados materiais alternativos que permitem uma redução, substancial, no custo final.
4.1.1 Aquecedor de água por energia solar em plástico
A primeira alternativa é produzida 100% em termoplástico de engenharia, aditivado com anti U.V., e monobloco, ou seja, coletor, reservatório, serpentina e suas interligações em uma única peça.
A capacidade do reservatório térmico é de 110 litros, pintados na cor cerâmica, que permite uma maior integração visual às telhas de barro, convencionais na cobertura de residências.
Este sistema permite a popularização da utilização da energia solar como fonte alternativa para o aquecimento de água, fazendo com que o sistema deixe de ser privilégio de poucos em função do custo de aquisição.
Esta proposta permite que se economize energia elétrica em um país que recebe grande incidência solar; paralelamente, também há que se considerar que esta fonte energética é gratuita, renovável e fundamental na preservação do meio ambiente, e o mais importante, nos permite transformá-la em benefícios para as pessoas que estão afastadas dos grandes centros e privadas da utilização de equipamentos que permitam um maior conforto térmico , desta forma propiciando uma melhor qualidade de vida.
4.1.1.1 Característica técnicas do equipamento
O produto é fabricado com plástico especial de engenharia, possuindo um reservatório térmico com capacidade de 110 litros e com peso de 38 Kg sem água e 148 Kg com água, além de possuir dois sistemas de entrada de água fria (tipo bóia), sendo um mecânico e outro com controlador eletrônico de nível.
Figura 13 – Características técnicas do equipamento.
Onde:
A = 32 cm (altura máxima do equipamento) B = 1,05 m (largura máxima do equipamento) C = 2,30 m (comprimento máximo do equipamento)
4.1.1.2 Funcionamento
4.1.1.3 Abastecimento
O abastecimento do reservatório térmico é possível através da rede pública de abastecimento de água ou através de uma caixa d’água quando elevada. A pressão de entrada deve estar numa faixa de 0,50 a 40 m.c.a (metros de coluna d’água).
A Figura 14 mostra como se processa o abastecimento de água no equipamento, através de reservatório auxiliar (caixa d’água).
Figura 14 – Sistema de abastecimento do equipamento.
4.1.1.4 Instalação do equipamento
A correta instalação do equipamento é observada quando o mesmo está fixado em um ponto onde exista maior exposição aos raios solares, ou seja, voltada para a face norte. O posicionamento em outro ponto diminui a eficiência do sistema.
Recomenda-se, para um maior aproveitamento dos raios solar, considerando que seu comprimento é de 2,30 metros, que o equipamento tenha uma inclinação do pé até o topo do aquecedor de:
REGIÕES SUDESTE, CENTRO-OESTE, NORTE E NORDESTE De 0,80 a 1,10 metros
REGIÃO SUL
De 1,10 a 1,40 metros
Esta inclinação deve bucar, considerando o local do estudo, uma latitude de 15o. A Figura 15 demonstra o posicionamento quanto a inclinação a ser observada, onde “X” depende da região onde o equipamento está sendo instalado.
4.1.1.5 Um sistema convencional
A Figura 16 apresenta um modelo de instalação convencional, aonde se observa a utilização do sistema de alimentação de água para o reservatório térmico feito através do abastecimento da rede pública.
Figura 16 – Modelo de instalação convencional.
4.1.1.6 Detalhamento dos componentes do equipamento
Este equipamento se compõe de materiais alternativos, dispostos em um monobloco.
Figura 17 – Componentes do aquecedor de água por energia solar em plástico.
Onde:
01 – corpo do aquecedor 11 – Isolante inferior 02 – cobertura transparente 12 – Cabo de aço 3/16”
03 – isolamento superior 13 – Grampo p/ cabo de aço 3/16” 04 – capa do aquecedor 14 – Eletrodo de nível
05 – abraçadeiras 15 – Válvula solenóide 06 – bico conector 16 – Módulo eletrônico de nível 07 – conexão de saída p/ água quente 17 – Bóia mecânica (opcional) 08 – Mangueira conectora
4.1.1.7 Custo de aquisição do equipamento
Através de pesquisa de mercado, foi apurado o custo de aquisição do equipamento para aquecimento de água, através da energia solar, apresentado no Quadro 9.
Os modelos disponíveis no mercado estão apresentados no Quadro 4, onde é possível determinar as características técnicas básicas de cada um deles.
Quadro 4 – Modelos disponíveis de aquecedor de água por energia solar em plástico.
_________________________________________________________ __________________
modelo capacidade tipo de bóia acessório
1 110 litros .. mecânica sem misturador 2 110 litros mecânica com misturador 3 110 litros eletrônica sem misturador 4 110 litros eletrônica com misturador ____________________________________________________________________________
O modelo escolhido é aquele que apresenta um menor custo de aquisição (modelo 1 – capacidade de 110 litros – com bóia mecânica – sem misturador), tendo em vista o objetivo de analisar alternativas para popularizar o sistema.
4.1.2 Aquecedor solar de baixo custo (ASBC)
4.1.2.1 Características do equipamento
Por coletores solar se entende o coração do aquecedor. Cada coletor é manufaturado a partir de forro alveolar branco de PVC, aquele que se usa em escritórios e tetos de postos de gasolina. Os condutores de entrada e saída de água são dutos de PVC de água fria. A união dos condutores as chapas de forro são feitas com o uso de adesivos especiais. O enegrecimento do coletor é realizado com esmalte preto sintético fosco diretamente aplicado ao PVC. O fundo do coletor pode ser reforçado e/ou isolado termicamente para atender a situações especiais. A capacidade de sobrevida as intempéries é reforçada pelos aditivos brancos do PVC somados à proteção dada pela cobertura negra.
O reservatório térmico pode ser manufaturado a partir de grande número de caixas de água existentes no mercado. Nunca pressurizado, exige isolamentos térmicos que podem incluir as econômicas folhas de jornal, sapé, e outros, terminando nos isolamentos tradicionais como lã de vidro, polietileno expandido, chapas de isopor, etc.
A opção de grandes caixas de isopor é boa, pois evita a aplicação adicional de isolamentos térmicos, conforme pode ser visualizado na Figura 18.
O sistema hidráulico é sempre montado em dutos de PVC. Os dutos expostos à intempéries são cobertos com o esmalte usado nos coletores, reforçando a resistência aos raios ultravioletas.
4.1.2.2 Funcionamento
A eficiência do aproveitamento da energia solar incidente no aquecedor solar de baixo custo (ASBC) depende quase que exclusivamente da temperatura da água no início do dia e da temperatura máxima ambiente deste mesmo dia. Admitindo, só para efeito de demonstração de temperatura da água no início do dia de 20º Celsius, temperatura final, 53º Celsius, temperatura máxima do dia de 30º Celsius, volume 200 litros, 2 m2 de coletores solar, irradiação solar de 5,5 KWh / m2 / dia. Após os cálculos, encontraremos uma eficiência, relacionando a energia adicionada á água com a irradiação incidente nos coletores, de 69,7%.
Mantendo as variáveis acima, mas iniciando com uma temperatura de água de 30º Celsius, a eficiência baixa para 48,6% uma redução de 30,3%. Fica transparente que a eficiência do aquecedor solar tipo baixo custo, tem uma relação pouco significativa com a energia solar irradiada. O que viabiliza o aquecedor solar de baixo custo é a alta temperatura ambiente presente no momento da máxima irradiação solar.
O funcionamento do ASBC se inicia quando a energia solar irradiante, luz e infravermelho, incide sobre a superfície preta dos coletores. A energia absorvida transforma-se em calor e aquece a água que está no interior dos coletores. A água aquecida diminui a densidade começa a se movimentar em direção a caixa, dando início a um processo natural de circulação da água, chamado de termo-sifão. Para tanto o reservatório deve estar mais alto que os coletores. Esse processo é contínuo, enquanto houver uma boa irradiação solar ou até quando toda água do circuito atingir a mesma temperatura.
reservatório e o chuveiro elétrico pode ser montada com os dutos tradicionais de PVC utilizados normalmente em instalações hidráulicas residenciais.
A operação do sistema ASBC pode ser explicada com maior facilidade dividindo-se todo o sistema em quatro partes fundamentais, que podem ser visualizados através da Figura 19:
1- Reservatório 2- Coletores
3- Chuveiro elétrico com misturador e dimmer para apoio térmico 4- Sistema geral de dutos
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Figura 19 – Operação de um ASBC (aquecedor solar de baixo custo) residencial.
4.1.2.2.1 Reservatório
