CONSUMO ENERGÉTICO E SUSTENTABILIDADE: UM ESTUDO SOBRE AS VANTAGENS DO AQUECEDOR SOLAR DE BAIXO CUSTO.
JOAB SYMON COSTA SANTOS (FIP-Moc) [email protected] ANTONIO AUGUSTO SOARES SILVA (FIP-Moc) [email protected]
O aquecimento solar da água se constitui como uma técnica importante para a economia e sustentabilidade de uma região, pois o menor consumo de energia elétrica gera um menor custo de produção e menos degradações ambientais na construção de novas hidrelétricas e uso de termelétricas de combustível fóssil. Com isso, o aquecedor solar surge como uma solução para o uso exacerbado da energia elétrica. A partir daí, o presente estudo aborda o desenvolvimento e utilização do aquecedor solar de baixo custo para diminuição do consumo energético nas residências. O objetivo da pesquisa foi relacionar a grande incidência solar na região do norte de Minas Gerais com as vantagens econômico-ambientais de implementação do projeto. A metodologia utilizada foi: pesquisa bibliográfica, consultando autores da área de energia e sustentabilidade; pesquisa in loco e documental, com a análise de documentos e relatórios sobre incidência solar. Os resultados mostraram que a aplicação de aquecedores solar diminui de forma significativa o uso da energia elétrica e é um fator de economia para as famílias de baixa e alta renda, sendo totalmente aplicável às condições sócio-econômicas e climáticas do norte de Minas Gerais. Sendo assim, a pesquisa concluiu que o uso do aquecedor solar faz-se necessário para uma região que só tende a aumentar a sua demanda de energia elétrica. As informações que foram adquiridas através do projeto poderão ser úteis para a população da região.
Palavras-chaves: Aquecedor solar; Consumo energético; Incidência solar.
2 1 Introdução
Atualmente, as questões ambientais vêm se destacando cada vez mais no cenário tecnológico e industrial do planeta. Um dos maiores problemas encontrados esta em como substituir fontes energéticas poluidoras e não-renováveis em fontes limpas.
Substituir parte da energia que provém de fontes poluidoras por uma energia limpa e abundante se constitui como um passo inicial para uma maior eficiência no uso da energia, menor dependência da energia provinda das concessionárias e contribuição para a preservação ambiental.
A partir disso, surge a indagação de como relacionar o uso de energias limpas com investimentos de baixo custo.
O presente estudo aborda o desenvolvimento e utilização do aquecedor solar de baixo custo para diminuição do consumo energético nas residências, objetivando relacioná-lo com a grande incidência solar na região do norte de Minas Gerais e apresentação das vantagens econômicas da implantação do projeto.
A importância desse projeto se deve ao fato de a utilização de energias renováveis, apesar de na maioria dos casos requererem grandes investimentos financeiros, pode ser alcançada através de equipamentos de baixo custo material e de montagem, sendo uma opção para as famílias de baixa renda na diminuição da dependência da energia provinda de fontes que impactam no meio ambiente e no custo energético mensal.
2 Referencial teórico
2.1 Uso eficiente da energia elétrica com o aproveitamento da energia solar
Entre os vários processos de aproveitamento da energia solar, os mais usados atualmente são o aquecimento de água e a geração fotovoltaica de energia elétrica. No Brasil, o primeiro é mais encontrado nas regiões Sul e Sudeste, devido a características climáticas [...]. (ANEEL, 2005, p. 29).
Segundo a CRESESB (2000, paud ANEEL, 2005, p. 33):
[...] a radiação solar depende também das condições climáticas e atmosféricas.
Somente parte da radiação solar atinge a superfície terrestre, devido à reflexão e absorção dos raios solares pela atmosfera. Mesmo assim, estima-se que a energia solar incidente sobre a superfície terrestre seja da ordem de 10 mil vezes o consumo energético mundial.
A energia solar em si não tem custo material e é imune às flutuações dos preços das outras formas de energia. Graças à tecnologia atual, ela pode ser convertida e usada de muitas formas diferentes: fornecimento de eletricidade, calefação, resfriamento, transporte, iluminação e potência mecânica. (PENEREIRO et al., 2006, p.19).
O uso racional da energia elétrica pode fazer a diferença num quadro de não investimento no Setor Elétrico, contudo, há a exigência de aportes de capital, ainda que de menor porte, para implementação de soluções de economia de energia elétrica. (SOUZA e GUERRA, 2007, p.
09).
Contudo, o aproveitamento da energia solar no Brasil ainda se constitui como um entrave.
Para Pereira (et al. 2006, p. 02), as principais razões que levam à baixa utilização da energia
3 solar no Brasil são a falta de planejamento governamental, regras de construção civil e sobre estudos técnicos sobre a tecnologia.
Do ponto de vista do setor elétrico, o uso eficiente de energia elétrica diminui a necessidade de expansão do parque instalado, postergando investimentos necessários para o atendimento do mercado consumidor: “o custo médio da energia conservada é estimado em 0,024 US$.kWh inferior ao custo de expansão do setor elétrico, situado em 0,047 a 0,1000 US$.kWh” (ALVAREZ e SAIDEL, p.1, 1998, apud SOUZA e GUERRA, 2007, p. 02).
Para o estudo da ANEEL (2005, p. 37):
Somente com aquecimento doméstico de água para banho, são gastos anualmente bilhões de kWh de energia elétrica, os quais poderiam ser supridos com energia solar, com enormes vantagens socioeconômicas e ambientais. Mais grave ainda é o fato de que quase toda essa energia costuma ser consumida em horas específicas do dia, o que gera uma sobrecarga no sistema elétrico. Além disso, há uma enorme demanda em prédios públicos e comerciais, que pode ser devidamente atendida por sistemas de aquecimento solar central.
Sendo assim, o chuveiro elétrico é um dos maiores vilões do consumo energético nas residências. Segundo o relatório do PROCEL (2005, apud PEREIRA et al. 2006, p. 02), calcula-se que o chuveiro consome de 6,2% a 8,7% do total de energia elétrica produzida no país.
2.2 O aquecedor solar
O aquecedor solar é um equipamento utilizado para aquecimento da água a partir da incidência de raios solares, além do armazenamento do calor para uso posterior. É composto por placas coletoras de raios solares, tubulações e um reservatório térmico, onde a água pode ser armazenada para ser utilizada quando preciso.
No relatório da ANEEL (2005, p. 33), foi constatado que o uso de aquecedores solar é predominantemente residencial, mas há uma significativa utilização em hotéis, escolas, hospitais e similares.
Para Souza e Guerra (2007, p. 04):
Dentre as possibilidades em uso alternativo de energia, surgem com vigor novas pesquisas para o uso de aquecimento solar, visto que se trata de recurso natural disponível que devidamente tratado, pode trazer benefícios interessantes a baixos investimento e manutenção.
Para a ANEEL (2005, p. 38): “Um dos principais entraves à difusão da tecnologia de aquecimento solar de água é o custo de aquisição dos equipamentos, particularmente para residências de baixa renda.”
O Coletor Solar de Baixo Custo é um novo conceito para aquecimento de água utilizando apenas materiais termoplásticos, de uso comum na construção civil: forros modulares e tubos de PVC rígido, mas sem a cobertura transparente. (PEREIRA et al., 2006, p. 01).
O processo apresenta como vantagem o baixo custo para pequenas quantidades e, como desvantagem, a baixa estanqueidade das bordas coladas, sendo indicado para produção caseira. (PENEREIRO et al., 2006, p.21).
Abaixo (FIG. 1), é representado um esquema do funcionamento de um aquecedor solar.
4 FIGURA 1: Esquema do funcionamento do aquecedor solar.
Fonte: Autoria própria.
2.2 A região em estudo
O norte de Minas Gerais é uma região com grande incidência solar, com aproximadamente 7 horas diária de exposição aos raios solares (FIG. 2), o que, a princípio, torna-se viável a construção e implementação do sistema de aquecimento solar.
PLACA
SOLAR H2O
USO DOMÉSTCO RAIOS SOLARES
CALOR
5 FIGURA 2: Média anual de insolação diária no Brasil (horas) – ANEEL, 2005
Fonte: ANEEL 2005 - adaptado: ATLAS Solarimétrico do Brasil. Recife, Editora Universitária da UFPE, 2000-
A média diária anual de insolação é muito importante ao se verificar a viabilidade de implantação de um projeto que depende fundamentalmente do calor da radiação solar.
Além do tempo de incidência, a região também é beneficiada pelo nível de radiação solar, que está em torno de 5700 a 5900 Wh/m2.dia (FIG. 3)
Insolação (horas)
6 FIGURA 3: Radiação solar global diária - média anual típica (Wh/m².dia) - ANEEL, 2005
Fonte: ANEEL 2005 - adaptado: ATLAS Solarimétrico do Brasil. Recife, Editora Universitária da UFPE, 2000-
Através da análise e relação da FIG. 2 e da FIG. 3, pode-se perceber que a região é bastante propícia para implantação do projeto, pois a relação entre a média anual de radiação solar
“µ(R)” e a média anual de insolação “µ(I)” resultará na radiação média por horas no dia (RM) durante o ano, que gira em torno de aproximadamente 830 , como é mostrado na fórmula abaixo.
Na região em estudo, grande parte da população é de baixa renda, fazendo com que o uso do aquecedor solar e consequente diminuição da fatura de energia elétrica seja fundamental para as famílias da região. Em 2010, a incidência de pobreza era maior nos municípios de porte médio (10 mil a 50 mil habitantes), independentemente do indicador de pobreza monetária analisado (IBGE – Censo 2010). Sendo assim, como o norte de Minas Gerais é constituído, em sua grande maioria, de municípios de porte médio, pode-se inferir que a taxa de pobreza na região é grande.
3. Metodologia
7 O procedimentos metodológicos serviram para descrever, verificar e analisar as informações sobre o estudo da energia solar e suas contribuições, a montagem do aquecedor solar e as análises de viabilidade econômica do projeto. Sendo assim, utilizou-se dos métodos de pesquisa descritos a seguir.
3.1 Pesquisa bibliográfica
Coleta de informações em estudos sobre aquecimento solar e artigos científicos sobre a importância da utilização dos coletores solar para a economia energética. A partir do referencial teórico formulado, foi possível analisar os fatores que mais influenciam na implementação do projeto do aquecedor solar.
3.2 Pesquisa in loco
A pesquisa de campo (in loco) foi constituída pela verificação do custo do material utilizado na construção do aquecedor solar, sendo necessária algumas vistorias sobre os tipos de materiais a serem utilizados na confecção do aquecedor em locais de sua comercialização.
3.3 Pesquisa documental
A leitura de documentos da ANEEL (Agência Nacional de Energia Elétrica) e do IBGE (Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística) foi fundamental para se obter dados sobre o clima da região do norte de Minas Gerais e características demográficas.
4 Confecção do aquecedor solar
4.1 Componentes e processo de montagem
A confecção do aquecedor de baixo custo tem início já na compra e no corte dos materiais, são eles: placas, tubos, luvas e tampão de PVC, cola Araldite e uma caixa de polietileno ou poliuretano, o que irá variar de acordo com a necessidade de isolamento térmico ou disposição da caixa.
A montagem do material começa com o corte das placas, dimensionadas da seguinte forma:
0,60m x 1,25m x 0,01m, sendo uma área total de 1,695m².
A extremidade das placas são unidas aos tubos, de dimensões 32mm de diâmetro por 70cm de largura, que por sua vez sofreram um corte de dimensões de 1cm largura por 60cm de comprimento, deixando sempre uma área intacta nas extremidades do tubo.
Após o encaixe das placas coletoras nos tubos onde foram feitos os cortes, passa-se ao processo de vedação e aplicação da cola Araudite do tipo 24 horas de todo o sistema.
Após a secagem da cola, as duas placas interligadas por tubos são unidas por luvas de PVC de 32mm. A parte inferior do sistema tem por finalidade abastecer todo o aquecedor com água fria, já a parte superior terá a saída de água quente. Caso haja algum ponto não fechado, este deve ser lacrado para que, no momento em que a limpeza das placas for feita, poder ser aberto para o auxílio desse procedimento.
Após a confecção dos coletores é preciso ligá-los a uma caixa de polietileno ou poliuretano com capacidade para 250 litros de água, isso é feito através do sistema de tubulação utilizado na confecção do sistema. Caso seja preciso uma caixa de água maior, é recomendado aumentar proporcionalmente a área dos coletores, para que isso não afete a capacidade de aquecer a água.
8 Como a saída de água fria do conjunto de coletores está abaixo do retorno de água quente, no momento em que a caixa de água estiver enchendo evitará a formação de bolhas, que afetam o sistema comprometendo sua eficácia.
Abaixo, segue o desenho esquemático do aquecedor solar (FIG. 4)
FIGURA 4: Aquecedor solar em três dimensões.
Fonte: autores - 2012
4.2 Aplicação da pintura
Para que esse procedimento seja realizado, deve-se limpar toda área a ser pintada, evitando que futuramente a pintura se danifique facilmente.
A secagem da pintura pode variar de acordo com a marca ou aplicação de catalisadores, sendo essa variação entre três estágios: secagem toque, média de 5 minutos, secagem manuseio, média entre 10 e 15 minutos, e secagem total, podendo levar até 2 horas após a aplicação da tinta. Isso levando em consideração a temperatura ambiente (25°C = 298,15k).
Para a pintura, utiliza-se tinta fosca na cor preta, que tem maior grau de absorção de calor, podendo chegar a 98%. Ao absorver grande quantidade de energia solar, essa cor escura contribui para o aumento da temperatura da placa coletora, transmitindo assim mais calor para o interior da placa, de modo a aquecer água.
4.3 Testes
9 Para se chegar a uma eficácia de quase 100%, faz-se necessária a aplicação de todo o sistema a uma bateria de testes e, caso exista comprovação de falhas, estas devem ser sanadas. Assim, começamos aplicando a todo o sistema do aquecedor solar ao teste de estanqueidade.
Caso haja dificuldades para aplicação desse teste utilizando água, pode ser aplicada ao sistema uma corrente de ar com sabão ou detergente, para que, dessa forma, sejam liberadas bolhas nos pontos de vazamento.
Um vazamento no dispositivo pode alterar a vida útil do sistema, já que sem água as placas podem deformar, perder propriedades e até mesmo frustrar o morador na hora em que este for utilizar a água aquecida.
O foco para o teste são as placas e os tubos de distribuição de água quente, dois sistemas são bastante diferentes entre si. Os sistemas de armazenamento constituem-se de recipientes com grandes volumes, no caso, uma caixa de água com 250 litros. Já os sistemas de distribuição consistem em tubos de 32mm que percorrem um caminho predefinido, ligando o sistema à caixa, que por sua vez direciona a água aquecida para o chuveiro.
5 Vantagens
Para saber mais sobre as vantagens de se ter um aquecedor solar, podemos levar em conta a considerável diminuição do valor da fatura de energia elétrica, além da própria preservação do meio ambiente, já que a instalação de apenas 1m² do sistema de coletor solar pode evitar o uso de 215 quilos de lenha por ano, 66 litros de diesel ou ainda 55 quilos de gás natural. Além do mais, a utilização do sistema também contribui na preservação das matas e cursos de rios, tendo em vista que a instalação de 1m² de placas coletoras pode evitar a inundação de aproximadamente 56m² de terras férteis, que seriam utilizadas para plantação e preservação de fauna e flora, além de manter o nicho ecológico intacto.
A planilha de custos abaixo (TAB. 1) demonstra o tipo de material e seu custo para construção do aquecedor solar.
TABELA 1: Planilha de custos – março/2012
Descrição do material Especificidade Quantidade Valor unitário Valor total
Forro PVC espessura 10 mm 8m R$ 2,70 R$ 21,60
Caixa d'água 250 litros 1 un. R$ 98,00 R$ 98,00
Tubo PVC diâmetro 32 mm 6m R$ 3,00 R$ 18,00
Tubo PVC diâmetro 1/2" 6m R$ 1,25 R$ 7,50
União PVC diâmetro 32mm 2 un. R$ 12,00 R$ 24,00
Joelho 90° PVC diâmetro 32mm 4 un R$ 1,20 R$ 4,80
Flange diâmetro 32mm 2 un R$ 12,00 R$ 24,00
Flange diâmetro 1/2" 2 un R$ 5,70 R$ 11,40
Boia diâmetro 1/2" 1 un R$ 5,20 R$ 5,20
Tampão diâmetro 32mm 2 un R$ 0,90 R$ 1,80
Tinta Preta Fosca 0,9 litro 2 latas R$ 12,20 R$ 24,40
10
Cola PVC tubo médio 1 un R$ 2,80 R$ 2,80
Cola Araldite tipo 24 Horas 1 un R$ 16,00 R$ 16,00
Eletroduto diâmetro 3/4" 1 un R$ 3,20 R$ 3,20
Registro de esfera diâmetro 32mm 1 un R$ 16,00 R$ 16,00
Fita Terflon 50 m 1 un R$ 5,00 R$ 5,00
Total: R$
283,70
O custo total do projeto realmente é baixo em relação a projeto parecidos, sendo uma vantagem orçamentária para o público alvo: as famílias de baixa renda.
6 Conclusão
As pesquisas estudadas mostraram que o aproveitamento da energia solar no Brasil, apesar de viável, ainda é pouco devido aos baixos incentivos do governo. É necessário que haja uma cooperação entre o Estado e as iniciativa privada para a produção de aparelhos como o estudado nesse trabalho.
O aquecedor solar não se constitui apenas como uma forma de diminuição dos custos energéticos residenciais, mas também como uma opção a mais para a preservação do meio ambiente, o que o torna mais importante.
A região estudada mostrou-se apta para a implantação do projeto. Sua grande incidência solar anual se constitui como um fator determinante para a viabilidade de funcionamento do aquecedor utilizando-o com o máximo de eficiência. Além disso, o uso do aquecedor solar faz-se necessário para uma região que só tende a aumentar a sua demanda de energia elétrica.
Com um custo baixo e de fácil aplicação, pôde-se constatar que o aquecedor solar é viável a todas as classes sociais da região, sendo de significativa importância para a diminuição dos altos custos com energia elétrica.
Para implantação do projeto em larga escala, é preciso ter uma iniciativa dos governos da união no sentido de incentivar o uso de tais aparelhos. Só assim poderemos atingir uma gama maior de residências, obtendo uma diminuição significativa no consumo de energia elétrica em todo o país.
REFERÊNCIAS
ANEEL – AGÊNCIA NACIONAL DE ENERGIA ELÉTRICA. Atlas de energia elétrica do Brasil. 2ª ed., Brasília – 2005.
IBGE – INSTITUTO BRASILEIRO DE GEOGRAFIA E ESTATÍSTICA. Censo Demográfico 2010. Indicadores Sociais Municipais: Uma análise dos resultados do universo do Censo Demográfico. Disponível em:
http://www.ibge.gov.br/home/presidencia/noticias/noticia_visualiza.php?id_noticia=2019&id _pagina=1 (acesso em: 19 abr. 2012).
11 PENEREIRO, Júlio César; MELO, Liliane Pimenta de; CORADI, Thiago Bilatto.
Construção de um aquecedor solar de baixo custo sem cobertura: análise experimental da eficiência térmica para vários ensaios. Centro de Ciências Exatas, Ambientais e de Tecnologias – CEATEC Pontifícia Universidade Católica de Campinas – PUC-Campinas.
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Tecnologia de Polímeros - Faculdade de Engenharia Química da UNICAMP – 2006.
SOUZA, Andrea de; GUERRA, Jorge Carlos Correa. Sustentabilidade e economia usando energia solar: aquecimento da piscina da UTFPR. XXVII Encontro Nacional de
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