|
|
 |
|
|
|
|
Você
sabe como funciona um Aquecedor Solar de
Água?
Você poderá perguntar o que tem a ver um carro com um aquecedor solar?
A comparação não terá o mínimo sentido se visualizar-mos o carro e o
aquecedor solar pelo prisma da forma geométrica e da utilidade que ambos possam
ter ! Mas se
levarmos em consideração o efeito térmico que ocorre entre ambos, esta
estranha comparação faz sentido, realmente.
Vamos inicialmente imaginar uma caixa de forma geométrica retangular,
hermeticamente fechada, tendo dentro dela uma chapa plana ou ondulada pintada de
preto fosco, apoiada no fundo da caixa, tendo esta como cobertura uma lâmina de
vidro plano transparente. Figura
1.
Coloquemos agora esta caixa sob a ação da luz solar visível e da
respectiva radiação infravermelho as quais podem atuar juntas ou
separadamente, dependendo das condições atmosféricas locais.
O que ocorrerá então?
A radiação solar atravessará o vidro de cobertura e ao encontrar a
chapa preta sofre uma alteração no seu comprimento de onda
(um aumento), o que a torna impotente para atravessar, de
volta, o vidro e a partir daí
tem origem uma re-emissão desta radiação no sentido vidro/chapa/vidro.
Como a caixa se encontra hermeticamente fechada ocorre um fenômeno
conhecido por efeito estufa,
portanto responsável pelo aumento progressivo da temperatura da chapa pintada
de preto fosco enquanto durar a ação da radiação solar.
Você poderá perguntar, por que a chapa deverá ser pintada de preto
fosco e não de outra cor qualquer?
Ora, nada impede que a pintura da chapa tenha outra cor qualquer dentro
da escala cromática, porém sabe-se que a cor preta é a que
praticamente absorve toda a radiação nela incidente nos mais diferentes
comprimentos de onda do espectro solar, a exceção das superfícies seletivas,
cuja absorção é quase que
total.
Você deverá estar estranhando todo este “papo” de chapa
preta, efeito estufa etc, mas como isto poderá aquecer a água que é o
principal objetivo do coletor solar? É
muito simples!
Imagine agora que sob esta chapa e em contato direto com ela, tenhamos
colocado uma grade de tubos paralelos ligados nas extremidades por dois tubos de
maior diâmetro, contendo água em seu interior conforme a figura 2.
O
que ocorrerá então? Como
a chapa preta está sendo aquecida pela radiação solar e estando a grade de
tubos em contato direto com a respectiva chapa, verifica-se uma transferência
de calor (temperatura da chapa), para a grade de tubos e desta para a água que
se encontra em seu interior. Simples
não é? Será
mesmo? Mas isto não é tudo!
Numa aplicação residencial a necessidade de água quente é bem maior do que o volume de água existente no interior da grade de tubos já referida! Então como fazer para aquecer diariamente por exemplo, 200 litros de água que é basicamente a necessidade de água quente de uma residência de 5 pessoas?
Para que isto possa ser possível vamos ligar, por meio de tubos, o
coletor solar a um tanque termicamente, isolado o qual contém os 200 litros de
água a ser aquecida. Figura 3.
Você poderá agora indagar: Se
é na chapa preta do coletor solar que ocorre a conversão da energia
solar em energia térmica, como
pode a água contida no reservatório termicamente isolado ser aquecida ?
Para responder a esta pergunta vamos antes imaginar o que ocorre dentro
de uma chaleira quando a colocamos, com água, na chama do fogão para obter a
água quente para fazer o nosso café da manhã!
Ao aquecermos água em uma chaleira as moléculas da água em contato
direto com o fundo da chaleira vão paulatinamente sendo aquecidas tornando-se
mais leves e por conseqüência tendem a subir na massa líquida ao tempo em que
as moléculas de água das camadas superiores ( de maior densidade), vão
tomando o lugar das moléculas mais aquecidas dando origem ao que se chama de movimento
convectivo, movimento este que só é interrompido quando toda a massa líquida
atinge a mesma temperatura, isto é 100oC, (na pressão atmosférica).
O calor transferido à água até que ela chegue aos 100oC é o que
se chama de calor sensível.
Voltemos agora ao caso do aquecedor solar!.
Assim como ocorre no interior da chaleira o calor coletado pela chapa
preta devido a ação da radiação solar, e transferido à
grade de tubos a qual por sua vez o transfere para a água existente no
interior da citada grade tornando-a
mais leve, ( menos densa), dando início a convecção
natural, exatamente como ocorre com a chaleira, ajudada ainda pela pressão
da coluna de água existente no reservatório térmico, já que este está em
posição superior em relação ao coletor solar.
Este movimento convectivo ou convecção
natural é também conhecido como termo-sifão
e ele só será interrompido quando toda a massa de água entrar em equilíbrio
térmico.
No caso da convecção natural
o deslocamento das moléculas de água se faz com menor intensidade , portanto
com baixa velocidade de deslocamento das respectivas moléculas, razão pela
qual demanda algum tempo até que toda a água contida no reservatório térmico
atinja a temperatura desejada.
No caso do coletor solar o calor sensível é de no máximo 80oC
em um dia ensolarado e sem nuvens, condição esta normalmente observada nas
regiões Norte e Nordeste brasileiros.
Vamos admitir agora que toda a água existente no sistema solar de
aquecimento (coletor e reservatório termicamente isolado), esteja a uma mesma
temperatura, portanto em equilíbrio térmico.
Se nesta situação um certo volume de água quente é retirado para
consumo, imediatamente igual volume de água, à temperatura ambiente, entra no
reservatório termicamente isolado, já que este está diretamente ligado à
caixa de água da residência.
Nesta situação o equilíbrio térmico é desfeito restabelecendo o
movimento convectivo, ou seja a convecção natural, e assim por diante.
Fácil, não é? Aquecer
água com o emprego da energia solar não tem nenhum mistério e nem é “bicho
de sete cabeças”com apregoam alguns.
O que é preciso é que alguns cuidados sejam tomados ao se construir um
sistema solar de aquecimento de água com base na conversão térmica desta
radiação onde a absorção desta radiação se faz por meio de uma superfície
enegrecida. Na
literatura especializada este tipo de conversão
térmica é obtida com o emprego de coletores conhecidos como coletores
de baixa concentração, já que a conversão térmica da radiação solar
em níveis mais elevados de temperatura (entre 1.000 e 3600oC), é
possível porém nestes casos empregam-se sistemas que operam segundo a reflexão
desta radiação.
Logo um sistema solar de aquecimento de água é composto basicamente de
um coletor solar onde se verifica a
conversão desta energia em energia térmica, um reservatório
termicamente isolado e respectiva tubulação
de alimentação do sistema e distribuição de água quente revestida com
isolamento térmico. Um
esquema de montagem de um sistema solar de aquecimento de água empregado em uma
residência pode ser mostrado na figura 4 onde as linhas em negrito representam
as tubulações onde circulam a água aquecida.
Observe que no reservatório de água quente existe um tubo vertical cuja
extremidade superior deverá ficar acima do nível de água da caixa d
e água da residência.
A finalidade deste tubo é a de evitar o transbordamento já que os
reservatórios de água fria e de água quente funcionam como vasos
comunicantes, ligados por um tubo onde existe uma válvula de retenção (11).
Esta válvula tem por finalidade evitar que a água quente existente no
reservatório de água quente entre em contato com a água da caixa de água da
residência.
Figura 4 1
– Caixa de água fria |
