Projeto aquecedor solar de reciclavéis

Projeto aquecedor solar de reciclavéis

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  1. INTRODUÇÃO

A dinâmica da vida contemporânea nos condiciona à ação de pensar em solucionar vários problemas existentes no nosso cotidiano. O homem desde a sua criação vem procurando uma maneira de facilitar sua vida, com conforto e comodidade.

Logo após a descoberta da eletricidade pelo filósofo grego conhecido como Sr. Tales de Mileto, foram surgindo várias máquinas e aparelhos elétricos, entre eles o chuveiro movido a eletricidade. Este, no entanto, chegou ao Brasil em meados dos anos 40. Mas como era algo novo trazido de fora do país, ”importado”, entrou no país com alto custo de comercialização, beneficiando praticamente só as famílias de mais posses da época. No decorrer do tempo foi ficando acessível a toda população, e hoje em dia é um aparelho comum e indispensável na vida de qualquer pessoa.

Apesar de ser hoje um aparelho elétrico comum em nossas vidas, é considerado um grande vilão no consumo de energia elétrica, há registros de que somente ele é responsável por mais ou menos 60% do consumo de energia elétrica em uma residência com quatro pessoas. Pensando nessa problemática, foi que se criou o aquecedor solar, em registros desde 1948 pelo engenheiro suíço George de Mestral.

Um aquecedor solar convencional gera cerca de 70% de economia de água quente durante o ano e em regiões mais quentes essa porcentagem pode subir até 85%. E consegue aquecer a água cerva de 50ºC ou um pouco mais em dias mais quentes e em dias mais nublados e com temperaturas amenas chega a aquecer por volta de 30ºC.

O tempo de aquecimento da água em um aquecedor solar convencional começa por volta de 4 a 5 horas exposto ao sol. E sua vida útil será por volta de 20 anos, porém já existem no mercado alguns aquecedores mais modernos no qual a durabilidade chega há aproximadamente 100 anos.

O aquecedor solar feito de materiais recicláveis que mostraremos nesse projeto consegue aquecer a água em dias mais quentes aproximadamente 50ºC e no inverno pode chegar a uma temperatura de 38ºC, e essas temperaturas são alcançadas por volta de 6 horas de exposição ao sol. Para o abastecimento de dois banheiros terá um investimento de R$ 83,00 reais podendo economizar cerca de 120 quilowatts de energia elétrica por mês. Em uma conta de energia que gira em torno de R$ 110 a 120 reais, tal aquecedor traria uma economia de aproximadamente R$50,00 reais, a partir do segundo mês de uso, ou seja, uma economia de cerca de 45%.

Já no Brasil é algo bem recente e com bastante expansão, os primeiros aquecedores eram feitos com placas que absorviam a energia solar, entretanto apresentava um alto custo. Então foram desenvolvidos vários métodos de melhorias do equipamento. Com isso, várias pesquisas foram sendo desenvolvidas, gerando diferentes projetos com base no aquecedor solar convencional. Um dos projetos ficou conhecido como aquecedor solar reciclável, que foi desenvolvido em 2004, pelo aposentado José Alcino Alano que reside na cidade de Tubarão em Santa Catarina. Com essa invenção considerada ecológica por usar matérias recicláveis, o aposentado conquistou o prêmio Super Ecologia no mesmo ano, oferecido pela revista Super-Interessante.

1.1Objetvos

1.1.1Objetivo Geral

  • O intuito do projeto é mostrar a economia de energia elétrica e o quanto o meio ambiente será beneficiado. E despertar nas pessoas a consciência de que as embalagens pós-consumo como garrafas pet e embalagens cartonadas longa vida podem transformar em algo útil. Então pensamos não como uma melhoria física mais sim,como um meio de divulgação do aquecedor reciclável e conscientização que o “lixo vira água quente”(ALCINO,2008)

1.1.2Objetivo Específico

  • A substituição da energia elétrica pela energia solar para a geração de água quente será um dos pontos importantes do projeto, pois um dos vilões de maior gasto de energia em residências é o chuveiro elétrico. Sendo um projeto acessível, seria interessante a fabricação em uma grande escala, beneficiando as pessoas de baixa renda e conscientizando que a energia solar(energia natural) pode nos beneficiar muito,e que podemos aos poucos ir descartando meios de energia poluente para a natureza.

1.2JUSTIFICATIVA

A pesquisa surgiu da necessidade de progredir uma tecnologia simples e barata em uma estrutura que capta raios solares e converte o calor em água aquecida. Levando-se em consideração a importância de não agredir o meio ambiente através da reciclagem de matérias que são depositados na natureza.

A escolha por esse assunto surgiu do fato do aquecedor solar ser de baixo custo, fácil acesso, por ser sustentável, econômico e viável a curto e em longo prazo. Além do intuito de procurar conscientizar e divulgar quantas vantagens terá a favor do meio ambiente e como poderemos utilizar a energia solar a nosso favor.

Com o desenvolvimento desse projeto a população poderá ser beneficiada com a redução de custos econômicos na conta de energia, visto que o aquecedor solar e voltado para o aquecimento de água que seria utilizado no chuveiro sendo este um dos maiores consumidores de energia elétrica em uma residência.

2. DESENVOLVIMENTO

O uso racional da energia elétrica e a adoção de medidas de redução, reutilização e reciclagem de resíduos sólidos “princípio dos três Rs“, são atitudes pró ativas que, praticadas individualmente ou por grupos de pessoas, trarão um benefício enorme e essencial ao meio ambiente. Tais medidas educativas e de mudança de paradigmas, somadas a um conjunto de medidas globais, terão de ser implementados com urgência para somente assim tentarmos frear ou talvez reverter o ritmo alucinante do processo de destruição, não somente das formas vivas, mas de todos os recursos naturais existentes no Planeta (ESCOLA JERONIMO, 2009).

Somente com a conscientização de que depende da mudança de hábitos e atitudes de cada um, voltados hoje para um consumismo desenfreado, sem a observância do que representa esse consumo em relação à utilização de recursos naturais, tanto em matéria-prima, como em consumo de energia para sua produção e utilização, além de seu descarte após o uso, é que poderemos efetivamente contribuir para termos um ambiente saudável para  viver e garantir uma melhor qualidade de vida para nossa geração e para as gerações futuras.

AMADEU, 2008 destaca ainda o fato de que o Brasil, por se constituir num país localizado na sua maior parte na região inter tropical, possui grande potencial de energia solar durante todo o ano (TIBA, 2000). A utilização da energia solar pode ocasionar benefícios em longo prazo para o país, contribuindo para o desenvolvimento de regiões longínquas, nas quais os custos de eletrificação pela rede convencional são altos com relação ao retorno financeiro do investimento, regulando a oferta de energia em situações de estiagem atenuando a dependência do mercado de petróleo, bem como a redução de emissão de gases poluentes à atmosfera como preconiza a Conferência de Kyoto (COLLE; PEREIRA, 1998).

O aquecedor solar convencional constitui-se basicamente de uma caixa retangular hermeticamente fechada em cujo interior apresenta-se uma chapa plana ou ondulada pintada de preto fosco, apoiada no fundo da caixa, e que tem uma lâmina de vidro plano transparente como cobertura; há ainda, sob a chapa e em contato direto com ela, uma grade de tubos paralelos e ligados nas extremidades por dois outros tubos, contendo água em seu interior (NUNEZ, 2007).

O funcionamento baseia-se na densidade do fluido que circula dentro do coletor; quanto maior a temperatura menor a sua densidade. Mas ele depende da ação da luz solar visível e da respectiva radiação infravermelho, que ao atravessar o vidro de cobertura e encontrar a chapa preta, sofre um aumento do comprimento de onda, tornando-as ondas impotentes de refratar no vidro para o exterior e fazendo com que a emissão resuma-se a vidro/chapa/vidro; este fenômeno é conhecido como efeito estufa, responsável pelo aumento da temperatura da chapa. O calor é transferido para o sistema de tubos e deste para a água que se encontra em seu interior, para depois ser enviada para um tanque termicamente isolado. A água vai sendo aquecida por partes, torna-se mais leve e faz o movimento convectivo ou termo-sifão, ou seja, a água quente sobe e a água fria, mais densa, desce e é aquecido, o que só irá se equilibrar quando toda a massa de água estiver na mesma temperatura. Assim, toda a água é aquecida e armazenada para ser utilizada sem maiores problemas. Este sistema se apresenta como uma alternativa de energia, totalmente limpa e renovável, que pode ser aproveitada sem receios num contexto em que a consciência ecológica tomou conta do pensamento de muitas pessoas (NUNEZ, 2007).

O aquecedor solar com recicláveis tem um sistema semelhante ao aquecedor convencional. É formado por colunas compostas de tubos PVC e revestidas por garrafas PET e caixas de leite longa vida, ambos pós-consumo, e seu funcionamento também se baseia no termo-sifão, pois este método é o que melhor se adapta a aparelhos simples. À medida que a água esquenta sobe pelas colunas do aquecedor/coletor, seguindo a tubulação, e regressa à parte superior do reservatório, enquanto que a água fria por ser mais pesada flui para a parte inferior do coletor mantendo o aquecedor sempre cheio de água e fechando o ciclo de aquecimento. Assim, cada vez que a água deixa a caixa de água e percorre o aquecedor, ela aquece 10 ºC, o que permite que uma exposição das 10h00min às 16h00min horas atinja uma temperatura de 52 ºC no verão e 38 ºC no inverno (ALANO, 2008).

A única diferença dos aquecedores convencionais representa-se pelos materiais utilizados na fabricação. O aquecedor solar de recicláveis também apresenta outras vantagens, que vai além do baixo custo de sua construção e de sua facilidade de montagem. Um aquecedor convencional custa em torno de 2.000 a 2.500 reais, pois inclui materiais mais sofisticados e eficientes e mão de obra especializada para sua instalação; já o aquecedor com recicláveis necessita apenas de R$ 300, 00 para ser montado, posto que os materiais básicos sejam garrafas PET de 2 litros, caixas de leite longa vida, obtidas após o consumo de refrigerantes e leite, e tubos de PVC, únicos materiais realmente a serem comprados. A reciclagem representa outra vantagem sobre o outro aquecedor, pois é feita sem o envolvimento de qualquer processo industrial, reduzindo a quantidade de lixo a ser depositada nos lixões e gerando emprego e renda para os catadores; conseqüentemente, adiciona valor de mercado às matérias-primas que seriam descartados e são utilizados para a montagem desse aquecedor (NUNEZ, 2007).

Demonstra que é possível através da criatividade e da reutilização de materiais recicláveis produzir um aquecedor solar, onde além de evitar o descarte desses resíduos, proporciona a economia de energia elétrica para aquecer água, obtendo um ganho econômico, social e ambiental, como consta nos objetivos do desenvolvimento sustentável. (ALANO, 2008)

Para a construção dos painéis solares serão necessários os seguintes materiais devendo-se ressaltar que o material especificado é para a construção de painéis para uma pessoa. Para mais pessoas, basta multiplicar a quantidade de material pelo número de pessoas que utilizarem a água aquecida.

  • 60 garrafas PET cristal de 2 litros (transparentes);

  • 50 embalagens longa vida de 1 litro pós-consumo;

  • 11 metros de canos de PVC de 20 mm;

  • 20 conexões T em PVC de 20 mm;

  • 04 conexões L (luva) em PVC de 20 mm;

  • 02 tampões em PVC de 20 mm;

Esses materiais independem do número de pessoas que utilizarão o aquecedor.

  • 01 fita de auto fusão ou borracha de câmara de ar;

  • 01 litro de tinta fosca preta;

  • 01 rolo ou pincel para pintura

  • 01 luva para proteção das mãos;

  • 01 estilete;

  • 01 cano de PVC de 100 mm com 70 cm de comprimento;

  • 01 martelo de borracha;

  • 01 lixa d’água 100;

  • 01 cola para tubos de PVC com pincel em pote;

  • 01 arco de serra;

  • 01 tábua de madeira com no mínimo 120 mm de comprimento;

  • 05 pregos;

  • 01 ripa pequena (+-) 15 cm de comprimento;

  • 01 fita crepe com largura de 19 mm;

 Preparação do reservatório de água:

  • 01 caixa d’água de 500 litros (família com quatro pessoas);

  • 01 bóia para controle da entrada de água na caixa;

  • Tubos e conexões diversas para entrada e saída da água na caixa e ligação desta com o aquecedor;

  • 02 pedaços de tubos: um com 50 mm de diâmetro e outro com 100 mm de diâmetro para confecção do redutor de turbulência.

    1. Como funciona o Aquecedor Solar:

* Circulação por termo sifão :

O principio de funcionamento por termo sifão é o que melhor se adapta á sistemas simples, como ao nosso projeto. Desde que, tenhamos a possibilidade de instalarmos o coletor solar com a barra superior do coletor, ligada ao retorno de água quente, sempre abaixo do nível inferior (fundo) da caixa ou reservatório, como indica o diagrama nº1, sendo o ideal 30 cm o mínimo e no máximo 3 m essa diferença.

Essa diferença de altura é necessária para garantir a circulação da água no coletor, pela diferença de densidade entre a água quente e a fria, sendo que á medida que a água esquenta nas colunas do coletor, ela sobe para a parte superior da caixa ou reservatório, pressionada pela água fria, que por ser mais pesada flui para a parte inferior do coletor empurrando á água quente para a parte de cima da caixa ou reservatório.

Esse processo permanece enquanto houver radiação solar.Efeito idêntico aos aquecedores convencionais do mercado com sistema termo sifão, diferenciando-se apenas nos materiais aplicados na sua fabricação.

1.3Especificação:

A montagem do aquecedor solar de recicláveis se mostra simples, porque a partir do manual (ALANO, 2008) qualquer pessoa pode fazer seu próprio aquecedor solar e instalá-lo em sua residência ou estabelecimento comercial, o que pode ser feito num final de semana; nesse processo inclui cortar as garrafas PET, dobra e pintura das caixas de leite longa vida, corte e pintura dos canos e adaptação da caixa de água para receber a água aquecida pelo sistema.

Os recursos necessários para a construção do aquecedor solar segundo (ALANO, 2008) estão dispostos a seguir.

1.3.1Como escolher as garrafas pet,qual o tamanho e como cortá-las:

  • Três são os tipos de garrafas que utilizamos na construção do mesmo, dando preferência às garrafas transparentes (cristal) lisas (retas), cinturadas de Coca e de Pepsi.

  • Para facilitar o corte  das garrafas, sugerimos um gabarito simples, ou seja, corte  2 pedaços de tubos em PVC de 100mm: 1 com 29cm e o outro com  31cm . Em seguida faça um corte longitudinal nos 2 tubos, possibilitando a introdução da garrafa no mesmo, definindo o tamanho da garrafa a ser cortada. Sugestão : cortem com estilete.

  • O tubo de 29cm servirá de medida para o corte das garrafas lisas e as de Pepsi e o  tubo de 31cm, apenas para o corte das garrafas de

Coca. 

Sugestões: após o consumo do refrigerante, lavem a garrafa e deixe escorrer a água.  Leve à geladeira por 2min sem a tampa e ao retirar da geladeira, tampe-a rapidamente.

  • O ar frio no interior da garrafa voltando à temperatura ambiente, causará o aumento do volume, pressurizando a mesma e eliminando o risco de auto-amassar-se quando guardada em lugar frio, até a sua aplicação no coletor solar.

  • Adicionem 100 ml de água fria, tampe-a e aqueça-a no microondas por 45 segundos. Ao retira-la do forno, gire a mesma na horizontal por uns 10 segundos, deixe-a em pé e só depois com cuidado desenrosque a tampa lentamente para liberar o vapor.Joguem a água fora e deixe a garrafa esfriar sem a tampa.O porque não usar água quente? - Porque a garrafa sem a pressão do vapor como sustentação, ao receber a água quente deforma-se ainda mais. 

Obs.:

  • Mesmo as garrafas de Pepsi e de Coca apresentam tamanhos diferentes por região,  em razão das matrizes onde são sopradas.

  • Por testes com garrafas verdes, os resultados alcançados são semelhantes ás do tipo cristal. Como a cor verde absorve calor, supostamente causará a degradação da garrafa mais rapidamente, comprometendo a sua transparência. Mas deixando claro que não temos a confirmação de tal degradação, pois foi utilizada por pouco tempo.

  • Nota-se que as mesmas apresentam dilatações entre as garrafas, prejudicando a vedação entre elas, o que não ocorreu com o outro coletor feito á três anos, com garrafas cinturadas (Coca, Pepsi, Sukita).

1.3.2Caixas tetra pak de 1 litro (de leite, sucos, etc.)

A aplicação delas em nosso projeto oferece excelentes resultados, pois a combinação dos três materiais evita que se deformem na temperatura a que serão submetidas, dentro das garrafas, ao contrário se optássemos por papel comum. As caixas tetra pak têm em sua composição, 5% de alumínio, 20% de polietileno e 75% de celulose, o que dificulta sua coleta como apenas papel, exigindo portanto equipamentos especiais na separação desses três materiais.São poucas as empresas especializadas em tal processamento, o que desestimula os catadores, apesar de campanhas do principal fabricante (Revista Superinteressante Julho/2004, página 79).

  • O corte nas caixas tetra pak, adotamos um único tamanho para os diversos tipos de garrafas, ou seja com 22,5cm de comprimento (Fig.1), e com mais 1 corte de 7cm na parte de baixo da caixa  (Fig.2), que servirá de encaixe do gargalo da próxima garrafa.

  • Devemos dobrá-las aproveitando os vincos das laterais da mesma (Fig.3), e com mais duas dobras em diagonal na parte de cima (Fig.4), se amolda à curvatura superior interna da garrafa, dando também sustentação à caixa, mantendo-a reta e encostada no tubo de PVC.

  • Façam todos os cortes e dobras antes da pintura.

  • Devemos pintá-la com tinta esmalte sintético preto fosco, secagem rápida para exteriores e interiores, usada para ferro, madeira, etc. Mas evitem a compra em spray, torna a pintura muito mais cara. Dêem preferência a latas de 1kg, utilizem na aplicação da tinta um rolo de pintura ou pincel. Para um melhor aproveitamento da tinta, espalhem as caixas devidamente planificadas lado a lado, pintando várias de uma só vez.

Fig.1   Fig. 2  

 Fig. 3 

Fig. 4 Fig.5 

Obs.:

  • Não usem tinta com brilho, pois comprometerá o desempenho do coletor, uma vez que os raios solares serão em parte refletidos.

  • Quando vazias as caixas devem ser abertas na parte de cima, lavadas e deixadas a escorrer a água, caso contrário, teremos a formação de microorganismos e forte mau cheiro.

  • Para guardá-las, devem ser planificadas, ou seja, achatadas, para tanto basta descolar as orelhas laterais em seus quatro cantos e apertar no corpo da embalagem, deixando-a pronta para os cortes e dobras, diminuindo assim o volume e ocupando menos espaço na estocagem.

  • Devido á umidade nas caixinhas, é normal a formação de condensação (umidade) no interior das garrafas, nas primeiras horas de exposição ao sol do coletor solar.

1.3.3Corte,  pintura dos tubos, e  montagem do coletor:

Os tubos das colunas do coletor solar, devem ser cortados de acordo com os tipos de garrafas disponíveis. Vejam abaixo à medida que melhor se enquadra:      

    100 cm - para colunas com 5 garrafas cinturadas (Pepsi,Sukita)
     105 cm - para colunas com 5 garrafas de Coca
                   .          
  • Antes de pintarmos os tubos das colunas com a mesma tinta aplicada nas caixas, devemos isolar com fita crepe de 19 mm as 2 extremidades, onde depois de pintados e a tinta seca, retira-se á fita para o devido encaixe nas conexões tipo te.

  • Os tubos de 20 mm (1/2) de distanciamento entre colunas, devem ser cortados com 8,5cm e sem pintura.

  • Medida padrão a todos coletores, não importando os tipos de garrafas

  • Mas, caso queira fazer os barramentos superior e inferior mais reforçados do coletor solar e com melhor circulação, apliquem conexões do tipo te com redução de 25 mm(3/4) para 20 mm(1/2), e os distanciadores entre colunas com tubos de 25mm(3/4) cortados com  8cm. 

  • A montagem é muito simples, mas é importante ter o cuidado na hora de usar o adesivo, somente nos tubos e conexões da parte superior do coletor onde circula a água quente. 

  • Na parte inferior devemos apenas encaixá-los com a ajuda de um martelo de borracha, tornando a manutenção, se necessário, simplesmente desencaixando a barra inferior sem comprometer o tamanho das colunas, pois caso fossem coladas teriam de ser cortadas, e  com  a  perca  de  todas  as  conexões  e dos tubos  de  distanciamento.

  • Ao iniciar a montagem do coletor solar, devemos proceder à colagem  das três peças da (Fig.1), repetindo a operação no número de colunas do coletor solar. 

  • Colem um conjuntinho ao outro até formar 5 colunas. 

  • Em seguida insira as garrafas e as caixas tetra pak (fig.2) nas 5 colunas, não esquecendo de fechar a última garrafa de cada coluna, cortando outra garrafa, mas na parte de cima, do lado da tampa.

  • Com o barramento inferior previamente montado (Fig.4), é só encaixar e fechar esse módulo.

  • A 1ª garrafa de cada coluna deve ser vedada, com tiras de borracha (ex.: câmaras de ar) ou fita auto-fusão, pois evita a fuga de calor do interior da coluna e impede que o vento gire as garrafas, tirando as caixas tetra pak da posição voltada para o Sol, comprometendo o rendimento do coletor solar.  

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