VAMOS CONSTRUIR UM AQUECEDOR SOLAR DE ÁGUA?

            Como funciona um aquecedor solar de água você já sabe pois já tive a oportunidade de dize-lo.    Agora eu vou mostrar como construí-lo, porém antes de tudo eu quero dizer que isto só será possível se você tiver paciência e habilidade manual já que trata-se de um trabalho artesanal.

            É claro que nem tudo você irá fazer pois alguma coisa depende de uma oficina com máquina de furar, máquina de soldar etc, porém uma vez solucionado estes problemas você poderá dar continuidade ao seu projeto montar o seu sistema solar de aquecimento de água.           

            Foi assim que aconteceu comigo!  Mandei furar, cortar e soldar os tubos que formam a grade do coletor.   Depois eu iniciei a montagem e com um pouco de criatividade eu terminei concluindo o meu aquecedor.     Como eu moro no Nordeste, uma única placa coletora de 2 m² foi suficiente para aquecer diariamente 200 litros de água a uma temperatura de 70 ^oC em dias claros e sem nuvens.   Como o coletor trabalha segundo a absorção da radiação solar, ele também é operacional nos dias nublados pois o infravermelho atravessa as nuvens e aquece o coletor, só que com menor intensidade em relação aos dias ensolarados porém o suficiente para produzir água quente.   O sistema solar de aquecimento de água só não é operacional em dias chuvosos.       

            É evidente que um coletor assim construído não terá o acabamento de um coletor fabricado industrialmente, porém no nosso caso o que interessa é que tenhamos água quente  disponível, além da satisfação que sentiremos por termos construído o nosso próprio sistema solar de aquecimento de água.     

            Um sistema solar de aquecimento de água consta basicamente de uma placa plana onde se verifica a captação da energia solar e sua conversão em energia térmica, um reservatório termicamente isolado e as devidas tubulações com os respectivos pontos de consumo de água. 

            PLACA PLANA 

            A placa plana ou o coletor de placa plana como é chamado, consta de uma associação de dois tubos horizontais de maior diâmetro do que os sete tubos verticais, formando uma grade de tubos, cuja grade será recoberta por uma placa metálica solidamente ligada aos respectivos tubos por meio de solda branca ou outra forma de fixação. 

            Os tubos horizontais podem ser de uma polegada ou de uma polegada e um quarto de diâmetro e os tubos verticais podem ser de três oitavos ou de meia polegada de diâmetro.

            Usando tubo horizontal de uma polegada, os tubos verticais serão de três oitavos de polegada de diâmetro.   Usando tubo horizontal de uma  polegada e  um quarto de diâmetro, os tubos verticais serão de meia polegada de diâmetro.

            Os tubos podem ser de ferro galvanizado ou de cobre.   Poderíamos usar tubos de aço inox ou tubo de alumínio porem  o tubo de inox é caro e o de alumínio além de díficil de soldar pode ser atacado pelo cloro da água, danificando-se.  O tubo de ferro galvanizado é mais barato e mais fácil de soldar porem está sujeito ao ataque do óxido de ferro.    O mais indicado é o tubo de cobre. 

Vamos usar tubos de cobre de uma polegada e de três oitavos de diâmetro.      Corte dois pedaços de tubo de uma polegada de diâmetro, com 1,20 metros de comprimento.   Corte agora 7 pedaços de tubo de 3/8 de polegada de diâmetro com 1,96 metros de comprimento.

Com base no desenho número 1, proceda a furação dos dois tubos de  1 polegada de diâmetro, tendo o cuidado de usar uma broca cujo diâmetro seja igual ao diâmetro externo dos tubos de 3/8 de diâmetro.  

A próxima etapa será montar a grade de tubos de modo que ela tenha o aspecto do desenho  2.  Agora preste muita atenção!     Introduza os tubos de 3/8 nos furos feitos nos dois tubos de 1 polegada de tal modo que as extremidades dos tubos de 3/8 de polegada de diâmetro não devam ultrapassar a espessura do tubo de 1 polegada de diâmetro, ver detalhe “A”.   Feito isto vamos agora proceder a soldagem dos tubos de 3/8 de polegada de diâmetro  aos tubos de 1 polegada de diâmetro usando   solda amarela.   Observe o detalhe da figura 3.

Depois de soldados todos os tubos formando o que se chama de grade de tubos, vamos proceder a um teste de vazamento para termos certeza de que as soldas forem bem executadas pois qualquer vazamento existente (uma vez que a água a ser aquecida irá circular pelo interior desta grade de tubos),  ira prejudicar o isolamento térmico do coletor solar.

Para proceder o teste de vazamento faça uma vedação em três das extremidades do tubo de 1 polegada de diâmetro e pela extremidade não vedada introduza água sob pressão ou ar comprimido.    Utilizando ar comprimido coloque espuma de sabão nas soldas dos tubos e veja se aparecem bolhas de ar o que é sinal de vazamento.   Utilizando no teste água sob pressão, examine para ver se não existe vazamento nas soldas entre os tubos de 1 e 3/8 de polegada de diâmetro.

 Muito bem!  Você acabou de concluir um dos componente do coletor plano que é a grade de tubos.   A próxima etapa será fazer a chapa plana que ira captar  a radiação solar e transforma-la em energia térmica, a qual será transferida à grade de tubos e daí para a água que irá circular em seu interior.

Mas antes de começar a trabalhar na chapa plana proceda uma limpeza na grade de tubos, eliminando toda a gordura ou sujeira por acaso existente.

 A chapa plana é geralmente do mesmo material dos tubos.  Como nós estamos usando cobre, este deverá ser o material da chapa.   Existe no entanto coletores fabricados com tubos de cobre e chapa de alumínio e neste caso a chapa de alumínio será fixada à grade de tubos por pressão ou por braçadeiras.

Eu particularmente utilizaria chapa de cobre ou em último caso chapa de ferro galvanizado para formar a chapa de captação da radiação solar e a fixação desta na grade de tubos seria feita com solda branca corrida ao longo dos tubos de 3/8 de polegada de diâmetro e em ambos os lados, pois isto garantiria um contato perfeito entre a grade e a respectiva chapa.    É possível que  em uma fabricação em escala industrial o contato chapa/grade seja por pressão pois a indústria disporá de meios para que este contato seja o mais perfeito possível, além de reduzir custos.

 A chapa de absorção da radiação solar irá cobrir toda a grade de tubos.    Isto poderá ser feito de duas maneiras!    

  1 – Cortar a chapa plana nas dimensões de 1,94 metro comprimento por 1 metro de largura, coloca-la sobre a grade de tubos fixando-a à referida grade por meio de braçadeiras, à razão de 5 braçadeiras por metro linear o que no total representaria umas 70 braçadeiras fixadas por meio de rebite pop.   Este procedimento não é contudo o ideal pois por melhor que seja esta fixação haverá sempre a possibilidade de um mal contado em determinadas áreas prejudicando a transferência de energia térmica para a água, o que não significa dizer que não haja aquecimento.    Ver desenho 4.

 2 – Preparar a referida chapa de absorção da radiação solar em forma de canaletas com abas laterais.     Este procedimento é no entanto impraticável de fazer de forma artesanal com a chapa em seu comprimento total, o  que não significa dizer que não possamos executa-lo por etapas. 

O procedimento é o seguinte:

 Divida a chapa em  quatro segmentos de 49 centímetros de altura .   Em seguida divida agora cada segmentos em pedaços de 17 centímetros de largura, o que significa dizer que ficaremos com retângulos de 17 cm de largura por 49 centímetros de altura.   Se você verificar que 17 centímetros é pouco, aumente mais meio centímetro.  O objetivo é fazer com que não fique espaço entre as chapas depois de colocadas sobre a grade de tubos.

Agora pegue cada segmento de 17 cm x 49 cm de chapa e dê a forma mostrada no desenho número 5.

E agora?   Como é que vamos fazer isto de forma artesanal?   Mãos à obra!  Ative a sua imaginação que logo você encontrará a solução.   Não vale desanimar e nem se render diante do primeiro obstáculo que surgir.    Coragem pois sem trabalho não se faz nada !

Dê uma olhada no desenho 6 e logo você verá que não é tão difícil dar à chapa a forma mostrada no desenho 5.     Entendeu?      Se não entendeu eu vou explicar!  Pegue um pedaço de tábua de 20 mm de espessura por 60 cm de comprimento e 20 cm de largura, cuja tábua irá servir de base para construir o gabarito.      Agora prenda nesta tábua dois sarrafos de madeira pesada tipo sucupira, com 5 mm de espessura e aproximadamente 10 centímetros de largura por 60 cm de comprimento e  distantes um do outro de exatamente o diâmetro externo do tubo de 3/8 de polegada de diâmetro mais duas vezes a espessura da chapa número 28.

         Agora pegue cada retângulo de 17 cm de largura por 49 cm de comprimento e coloque-o,  de um a um, centrado sobre os dois sarrafos de sucupira.  Utilize agora um pedaço de tubo de 3/8 de polegada de diâmetro com 60 cm de comprimento ou um pedaço de varão de ferro de mesmo diâmetro  e coloque-o sobre o retângulo de chapa já posicionado sobre os sarrafos  de sucupira de tal modo que o tubo fique exatamente entre os dois sarrafos ao longo de seu comprimento.     Agora é só exercer uma pressão sobre o tubo e você verá que a chapa vai tomando a forma desejada.  Não esqueça de horizontalizar as duas abas fazendo uma pressão nelas de cima para baixo!      Deu para entender?

  Com os segmentos de chapa na forma desejada vamos agora solda-los com solda branca na proporção de 50% de estanho e 50% de chumbo à grade de tubos, até que toda a grade esteja por eles recoberta, ver desenho 7.

Feito isto a próxima etapa será pintar de preto fosco esta chapa porém antes faça uma limpeza rigorosa para eliminar sujeiras e gorduras por acaso aderidas à chapa.

Use, de preferência uma pintura com pistola em camada fina.   Se não dispor de uma pistola de pintura use o pincel porém tendo o cuidado de depositar sobre a chapa uma camada fina de tinta pois a tinta em camada muito grossa funciona como  mau condutor de calor.

Bom!   Chegando neste estágio do trabalho você construiu o elemento mais importante de um sistema solar de aquecimento de água que é o que se chama de placa plana, exatamente onde se dá a conversão da energia luminosa do sol em energia térmica. 

Agora preste bem atenção!   Se você vai usar apenas uma placa plana, uma das extremidades diametralmente opostas de cada  tubo de 1 polegada de diâmetro será vedada. Para concluir o coletor plano propriamente dito nos falta fazer a estrutura onde a palca plana será colocada, isto é a caixa do coletor.        

CAIXA DO COLETOR

 Esta caixa poderá ser feita em perfíl de alumínio em forma de “U” de aproximadamente 9 centímetros de altura empregado pelas industrias de coletores solares, ou poderá ser feito em madeira, de preferência madeira de lei, conforme mostra o desenho número 8.

O fundo da caixa poderá ser feito em chapa de ferro galvanizado ou compensado naval de madeira de 4 mm de espessura.   As laterais da caixa serão furadas com um furo de diâmetro igual ao diâmetro externo do tubo de 1 polegada de diâmetro cujos furos servirão de apoio para a grade de tubos.

 A próxima etapa será a preparação do isolamento térmico.   O isolamento térmico poderá ser de fibra de vidro ou ainda de raspa de madeira bem seca, ambos com 5 centímetros de espessura.    Usando raspa de madeira esta deverá ser acondicionada em saco plástico de 100 litros,  desses que usamos para colocar lixo.  Um outro  isolante térmico que está sendo bastante usado é o poliuretano expandido.

 Para concluir o nosso trabalho do coletor plano resta apenas a cobertura transparente.  Esta cobertura é feita com uma lâmina de vidro plano transparente de 4 mm de espessura, de preferência vidro antí-refletivo.

A fixação da lâmina de vidro será feita com silicone em pasta, tendo-se o cuidado de eliminar toda e qualquer brecha para que a água de chuva não entre na caixa.

Fazendo a caixa do coletor em madeira, deve-se proceder uma pintura externa com tinta a óleo (esmalte sintético),   na cor branca ou alumínio, para proteção da citada caixa.

 Puxa!  Eu pensei que a descrição de como construir um coletor plano não fosse tão cansativa... quanto mais construi-lo!   Mas é assim mesmo, nada se faz sem trabalho.   O importante é que depois de tudo concluído e o coletor instalado fornecendo água quente, certamente iremos nos orgulhar do nosso trabalho e incentivar os nossos amigos a fazer o que nós fizemos!

 Mas somente a placa plana ou o coletor de placa plana não é suficiente para que tenhamos água quente em nossa casa.   Precisamos ainda de um tanque para acumular a água aquecida para podermos usa-la na falta do sol.

 RESERVATÓRIO TERMICAMENTE ISOLADO 

Este tanque é o que chamamos de reservatório termicamente isolado e a sua capacidade de acumulação de água depende do número de usuários e dos pontos de utilização de água.   Se a água quente é  para o asseio corporal e também para a cozinha o volume do tanque seria maior  do que se a água fosse apenas utilizada no asseio corporal, o que em última análise significa também um aumento da área de captação da radiação solar.

 Como fazer então este reservatório térmico?      Este reservatório pode ser feito com os seguintes materiais:

1 – Aço inox

2 -  Ferro galvanizado

3 – Cobre

4 – Fibra de vidro

 Dos materiais acima relacionados o aço inox é o mais empregado muito embora seja o mais caro de todos.

Estes reservatórios assim como a placa coletora já referida, podem ser encontrados no comercio porém o preço é bastante alto.    Na verdade o nosso objetivo é mostrar como construir artesanalmente  um sistema solar de aquecimento de água razão pela qual estamos descrevendo o processo de construção. 

Uma solução econômica seria utilizar um tambor de 200 litros, desses usados para transportar óleo lubrificante, para  constituir o reservatório térmico.     Claro que esta alternativa é uma tentativa de obter o reservatório termicamente isolado a baixo custo, porém a sua durabilidade dificilmente será superior a 10 anos. 

A construção do reservatório térmico obedece o desenho 9, cujo reservatório tem capacidade para 200 litros.

De acordo com o desenho podemos observar que na verdade o reservatório térmico é formado por dois cilindros concêntricos sendo o de menor diâmetro (que pode ser de aço inox, ferro galvanizado, cobre etc),  o que armazenará a água aquecida e o de maior diâmetro (que pode ser construído em chapa fina de alumínio), tem por finalidade proteger o isolamento térmico de 5 cm de espessura,  existente entre as laterais dos dois cilindros concêntricos e nos tôpos.

 Observe que sendo a água que irá ser aquecida pelo coletor  solar alimentada pela água da caixa de água da residência, deve-se ter o cuidado de dotar o reservatório termicamente isolado de um tubo de equilíbrio o qual tem a finalidade de evitar o transbordamento e manter o sistema de aquecimento na pressão atmosférica.

 Construído o reservatório térmico a próxima etapa será montar o sistema e proceder as ligações entre o coletor plano e o reservatório térmico, isto é, ligar as tubulações e leva-las até os pontos de utilização de água quente.

 Estas ligações entre o coletor plano e o reservatório térmico podem ser feitas com solda branca, no caso das tubulações de cobre, ou podem ser feitas com o emprego de mangotes de borracha lonada  e braçadeiras.

    MONTAGEM DO SISTEMA SOLAR DE AQUECIMENTO 

O sistema solar de aquecimento de água será montado segundo a direção Norte Sul e voltado para o Norte verdadeiro, inclinado de um ângulo igual ao da latitude do lugar onde será instalado, acrescido de 10^o, isto é,  (ângulo da latitude +10^o S).   Se o ângulo da latitude do lugar for por exemplo 12^oS,  o angulo de inclinação do coletor será de 22^oS.

                Este acrescímo no ângulo da latitude tem por objetivo fazer com que a incidência solar sobre o coletor seja a mais perpendicular possível durante todo o ano pois como sabemos, o sol está sempre mudando de posição em função da declinação solar.

              Geralmente o coletor solar e o respectivo tanque ficam instalados sobre o telhado da residência no entanto, se o telhado tem inclinação suficiente e estrutura arquitetônica que permita posicionar o reservatório de modo que ele não fique aparente, nada impede de faze-lo.   Quer o reservatório seja ou não aparente, ele deve estar sempre em uma cota superior ao coletor (desenho 10) uma vez que estamos tratando de convecção natural.   A cota entre o reservatório e o coletor deverá ser de no mínimo 30 centímetros muito embora eu recomende um mínimo de 60 centímetros pois sendo o sistema em convecção natural, a coluna de água existente entre o tanque e a entrada de água no coletor, irá facilitar o movimento convectivo, isto é a circulação da água em termosifão entre a placa coletora e o reservatório térmico.

            No caso da impossibilidade de instalação do reservatório em cota superior em relação à placa plana, o sistema será em circulação forçada o que exigirá uma bomba para fazer circular a água dentro do circuito de aquecimento.

 De um modo geral o sistema solar de aquecimento de água ( coletor e reservatório térmico) é instalado sobre o telhado da residência onde se encontra também a caixa de água fria que recebe a água diretamente da rede público.

  Em algumas casos, quando a caixa de água fria se encontra instalado abaixo do telhado da residência, nada impede que o reservatório termicamente isolado  seja também instalado sob o telhado pois isto facilitará a alimentação do sistema solar além de ser mais esteticamente recomendável, ficando apenas sobre o telhado o coletor plano.

 Esta instalação, para que o sistema possa trabalhar em termosifão, exige que o reservatório termicamente isolado fique a uma cota superior a extremidade superior da placa plana de no mínimo 30 cm, ou se preferir 60 cm, conforme mostrado no desenho 10.

            O desenho 11 e é uma representação esquemática de uma instalação solar onde o reservatório térmico e a caixa de água fria se encontram abaixo do telhado.

              O desenho 12  a seguir é uma representação esquemática de uma instalação de um sistema solar de aquecimento de água de uma residência .

             Observe que as linhas em azul representam as tubulações de água fria,  as linhas em vermelho as tubulações de água quente e as linhas vermelho e azul as tubulações de água morna, ou somente fria, ou somente quente, o que ocorre nas tubulações que vão ter  ao chuveiro.

            Partindo do reservatório  termicamente isolado verificamos que a tubulação de saída de água quente ( em vermelho), vai alimentar  a pia da sozinha e por meio de uma derivação vai também até o chuveiro.  Nesta derivação encontra-se um pequeno circulo preto cortado por uma reta e ao lado dele na tubulação em azul (água fria),  outro ponto semelhante os quais representam as respectivamente as torneiras ou registros que permitirão dosar os volumes de água quente e fria para que tenhamos a água a uma temperatura agradável para o banho.

             Com base no que dissemos e mostramos aquí  de forma esquemática por meio dos desenhos, acreditamos que seja possível construir um sistema solar domiciliar de aquecimento de água,  de forma artesanal.

             É evidente que tal construção exige uma certa habilidade manual, um pouco de criatividade e acima de tudo algum trabalho, trabalho este que será compensado com o resultado obtido.

            Para aqueles que, por não terem habilidade manual ou mesmo alguma criatividade ou mesmo por serem comodistas, só resta comprar um sistema já industrializado e mandar instala-lo.  De qualquer modo, quer fazendo ou comprando o tal sistema, deve-se ter o cuidado de posicionar corretamente o coletor de modo que o ganho energético durante o ano seja o maior possível. 

            O dimensionamento do sistema de aquecimento solar isto é o cálculo baseado no número de usuários, incidência solar, rendimento térmico, volume de água a ser aquecido, ângulo de inclinação do coletor, finalidade do aquecimento etc, será objeto de um trabalho futuro.