Aquecedor Solar

Benefícios

Além da criação de leis de obrigatoriedade do uso dos aquecedores solares, há outros dois tópicos essenciais que fazem a diferença na hora de investir no produto: a preservação do meio ambiente e a economia.

O primeiro quesito é de fundamental importância, visto que é com base nele que as leis de incentivo foram criadas. De acordo com um levantamento da DASOL (Departamento Nacional de Aquecimento Solar da Associação Brasileira de Refrigeração, Ar condicionado, Ventilação e Aquecimento – ABRAVA), cada 1 m² de coletor instalado permite os seguintes benefícios para o meio ambiente:

• Evitar a inundação de 56 m² para geração de energia elétrica;
• Economizar 66 litros de diesel por ano;
• Economizar 55 kg de gás de cozinha por ano;
• Evitar o uso de usinas termo elétricas e de energia nuclear;
• Economizar 73 litros de gasolina por ano;
• Eliminar a queima de 220 kg de lenha por ano;
• Proporcionar a economia com gasto de energia elétrica.

Quanto ao critério econômico, o aquecedor solar também proporciona benefícios. Segundo o mesmo levantamento, a economia nos gastos com a conta de luz pode chegar a 70%, o que propicia um retorno rápido do investimento. Além disso, a instalação de sistemas de aquecedor solar valoriza o imóvel.

Como funciona

Os componentes principais do sistema de aquecimento solar são: coletor solar de alto desempenho e reservatório térmico. No primeiro ocorre a transmissão do calor por meio de três processos: condução, convecção e radiação. A energia solar que incide por radiação é absorvida pelas placas coletoras. Estas transmitem essa energia para a água que circula no interior de suas tubulações de cobre. Uma pequena parte da energia é refletida para o ar que envolve a chapa. A eficiência do coletor é dada pela proporção dessas três parcelas de energia (absorvida, transmitida e refletida) em relação à quantidade total de energia incidente.

O segundo dispositivo é o que armazena e mantém a água quente por longos períodos. O reservatório é termicamente isolado, abastecido por uma caixa de água fria e deve ser mantido sempre cheio. Pode ser equipado com apoio elétrico que garante água quente em períodos chuvosos.

Nos sistemas convencionais, a água circula entre os coletores e o reservatório térmico por meio de um sistema chamado termossifão ou circulação natural. Nesse sistema, a circulação faz-se por convecção natural, em que o fluido térmico aquece tornando-se menos denso, e sobe do coletor para o depósito, esfria, e desce novamente para o coletor. O processo é contínuo desde que haja radiação solar disponível e a temperatura no coletor seja superior à do acumulador.

A circulação da água também pode ser feita por meio de motobombas em um processo chamado de circulação forçada ou bombeado, normalmente instalados em piscinas e sistemas de grandes volumes. A bomba força o transporte do fluido térmico entre os coletores e o acumulador. Esta bomba é comandada por uma unidade de controle, que em sistemas simples, reage à diferença de temperatura entre o fluido térmico à saída dos coletores e a temperatura da água na parte mais baixa do depósito. O acumulador geralmente é colocado no interior do edifício e a bomba consome em média 9 kWh por mês.

Tipos

No mercado, há dois tipos básicos: os planos e os evacuados.

Aquecedores Planos

Caracterizam-se por terem coletores do tipo planos: placas de absorção comumente chamadas de placa solar. Aquecem a água a uma temperatura de até 70^o C e são mais usados em residências.  São normalmente feitos a partir da montagem de uma tubulação de cobre soldado a uma chapa  também de cobre. O topo da superfície de absorção é revestido com placas pintadas com tintas escuras, já que a superfície escura absorve a maior parte da radiação solar incidente. Assim que a radiação solar atinge esta superfície,  é automaticamente convertida em energia térmica (calor). Para minimizar a perda do calor absorvido pela placa, o conjunto é geralmente alojado em um invólucro feito de alumínio, capaz de suportar muitos anos de exposição exterior. As paredes laterais e traseira do conjunto são isoladas com materiais capazes de resistir a temperaturas superiores a 200^o C. A superfície do conjunto é geralmente de vidro temperado, com baixo teor de óxido de ferro, a fim de interferir minimamente na passagem dos raios solares. A escolha se dá devido a esse tipo de vidro poder suportar altas temperaturas e suas variações.

Esquema de coletor plano
(clique na imagem para ampliar)

1. Placa de absorção: chapa de cobre texturizada (aumento da superfície de contato) soldada por sobre a tubulação de cobre
2. Revestimento: fluoropolímeros (PTFE) para maximizar a absorção da energia.
3. Isolamento:  espuma rígida de Poliuretano e Poliisocianurato  para a máxima retenção de calor.
4. Vidro: Vidro temperado de alta performance é indispensável para reduzir reflexos, permitindo alta transmissão da luz solar.
5. Moldura: Alumínio para  durabilidade, resistência à corrosão e boa aparência.
6. Tubulação: de cobre para obter fluxo otimizado da condução de calor e durabilidade.
7. Conexão de saída para o cabeçote ou tanque de armazenamento.
8. Fundo: Chapa de alumínio 
9. Chapa intermediária: Folha de alumínio atua como barreira contra fluxo de ar quente para o segundo isolante.

Aquecedores Evacuados

O sistema evacuado recebe esse nome por causa dos coletores com tubo de vácuo. Podem ser encontrados em versões de fluxo direto ou com reservatório acoplado. O envelopamento de sua estrutura dentro de um tubo de vácuo minimiza a perda de calor. Os tubos são compostos de dois tubos de vidro concêntricos que são esfericamente fechados de forma separada em uma extremidade e fundidos na outra. O espaço entre os tubos é esvaziado e fechado hermeticamente, criando um isolamento a vácuo. No interior dos tubos encontramos três camadas de deposição seletiva de componentes, promovendo absorção plena da luz visível e do infravermelho.  São elas: cobre metálico, aço inoxidável e nitreto de alumínio. O tubo de vácuo garante ao coletor grande durabilidade, estabilidade e alto desempenho: alcança temperaturas acima de 100^o C e por isso são utilizados em escala industrial.