Os reservatórios termossolares para uso doméstico

A tecnologia termossolar apresenta benefícios sociais, como a redução da conta de energia elétrica, a criação de empregos por unidade de energia transformada, a descentralização da geração de energia e a comercialização de certificados de redução de emissões de carbono. É importante que os reservatórios termossolares para uso doméstico e aquecimento solar de água em sistemas com temperatura máxima de 95°C sejam fabricados conforme a norma técnica.

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O aquecimento de água, na maioria das residências brasileiras, é feito por chuveiros elétricos, equipamentos de grande consumo de energia elétrica e geradores de importantes demandas de capital para o setor elétrico. Além disso, o aumento na utilização de aquecedores solares poderia incorporar vantagens para as distribuidoras de energia elétrica, como a diminuição da inadimplência, a melhoria da qualidade do serviço, a melhoria da imagem das empresas e o deslocamento de carga do pico de demanda.

Do ponto de vista ambiental, a utilização da tecnologia termossolar contribui para diminuição do ritmo de aumento da temperatura da camada atmosférica, por meio da redução das emissões de gás carbônico, provenientes das fontes de energia convencionais. Os aquecedores solares são constituídos basicamente de uma placa coletora solar e de um reservatório (boiler).

O coletor é a parte do aquecedor responsável pela captação da energia solar e transformação dela em calor, bem como a transferência do calor para a água de uso. Já o boiler é um tanque termicamente isolado que armazena a água aquecida durante o dia na placa coletora, usado para garantir o suprimento noturno de água quente.

Os aquecedores de água podem ser ativos ou passivos. O sistema passivo, também conhecido como termossifão, é baseado na diferença de densidade da água a temperaturas diferentes. Nesse sistema a vazão é proporcional à radiação solar e a circulação da água só será interrompida quando a intensidade de radiação for insuficiente para manter a temperatura da água a níveis diferentes ou quando for alcançado o equilíbrio térmico entre o coletor e o tanque de estocagem de água quente.

Já a instalação em circulação forçada difere apenas pela introdução de uma bomba elétrica no circuito do coletor para circulação de água no mesmo, permitindo assim instalar o tanque de estocagem de água quente abaixo do coletor. Os coletores solares devem ter alta transmissividade e absortividade da radiação e é desejável que a emitância da superfície seja a mais baixa possível para reduzir as perdas.

Além das propriedades ópticas dos materiais que constituem um coletor, outros fatores também afetam o desempenho do mesmo, como o ângulo de inclinação e layout, a quantidade de energia solar disponível no local e a temperatura da água na entrada do sistema. Os principais componentes de um coletor solar plano convencional para aquecimento de água são: vidro, tubo de cobre, chapa de alumínio enegrecido e isolante térmico (poliuretano expandido ou lã de vidro). Os coletores com placa absorvedora em cobre, que possui alta condutividade térmica, permitem obter temperaturas elevadas (da ordem de 80ºC), quando bem projetados, e têm uma vida útil estimada em 20 anos, mas apresentam um custo de aquisição elevado.

A NBR 16641 de 08/2018 – Requisitos específicos em reservatórios para utilização em sistemas de acumulação de energia térmica solar – Segurança mecânica e elétrica estabelece os requisitos de segurança dos reservatórios termossolares para uso doméstico e aquecimento solar de água em sistemas com temperatura máxima de 95°C, volume máximo de até 1.000 L, pressão máxima de trabalho de 392 kPa e tensão nominal de até 380 V. Aplica-se a equipamentos não destinados ao uso doméstico padrão, mas que, no entanto, podem ser uma fonte de perigo para o público, como um equipamento destinado a ser usado por leigos no comércio, na produção agrícola e industrial.

Não se aplica a: avaliação da perda específica de energia mensal máxima (kW.h/L.mês) por capacidade do reservatório termossolar que deve obedecer as normas e legislações vigentes; equipamentos para ferver água; aquecedores instantâneos de água; equipamentos de distribuição comerciais e máquinas de venda automática; equipamentos destinados exclusivamente para fins industriais; dispositivos destinados a serem utilizados em locais onde prevalecem condições especiais, como a presença de uma atmosfera corrosiva ou explosiva (poeira, vapor ou gás); caixas d’água.

Esta norma trata dos perigos comuns apresentados por equipamentos que são encontrados por qualquer pessoa dentro e fora da casa. No entanto, em geral, não leva em conta: pessoas (incluindo crianças) cujas capacidades físicas, sensoriais ou mentais, ou a falta de experiência e conhecimento, as impedem de utilizar o equipamento com segurança, sem supervisão ou instrução; animais e insetos que possam interferir com os componentes de segurança do sistema. Chama-se a atenção para o fato de que requisitos adicionais podem ser necessários: para equipamentos destinados a serem utilizados em altas altitudes; para equipamentos destinados a serem utilizados em veículos ou a bordo de navios ou aeronaves; quando especificados pelas autoridades de saúde e do trabalho ou similar; quando existem normas para a instalação de equipamentos ligados diretamente à rede de água.

Os equipamentos devem ser construídos de tal forma, que em seu uso normal, operem de forma segura para não causar perigo às pessoas ou ao seu entorno, respeitando as regras de projeto, instalação, acesso e manutenção. Os requisitos para projeto e fabricação devem atender à NBR NM 60335-1. As pressões intermediárias dentro da faixa de classificação devem ser informadas pelo fabricante. Para reservatório com extra baixa pressão com caixa d’água acoplada ou incorporada, a pressão de projeto deve ser de no mínimo, equivalente ao seu diâmetro externo em metros para mca e menor 39,2 kPa (4 mca).

Quanto ao isolamento elétrico, os reservatórios termossolares devem ser no mínimo classe 01, conforme NM 60335-1. Reservatórios termossolares com invólucros elétricos devem ser de no mínimo IP24, conforme a NBR IEC 60529. Os requisitos para proteção contra acesso às partes energizadas devem atender às recomendações da NBR NM 60335-1:2010, Seção 8. O acesso às partes energizadas deve ser protegido, de modo que só possa ser alcançado após a remoção de uma tampa de proteção, cuja remoção seja possível somente com ferramenta.

Os requisitos para potência de entrada e corrente devem estar em conformidade com a NBR 14013. Os requisitos para aquecimento dos componentes elétricos devem atender à NBR NM 60335-1:2010, Seções 11.1 a 11.6 e 11.8, exceto Seção 11.7, substituído pelo requisito a seguir: o equipamento é operado até que as condições estáveis sejam estabelecidas ou até que o termostato interrompa a corrente pela primeira vez após 16 h, o que for menor.

Os requisitos para a corrente de fuga e isolamento elétrico devem atender à NM 60335-1:2010, Seção 16. Quanto à estabilidade e riscos mecânicos, os pés ou apoios devem ser projetados de forma a suportar o peso do produto em condição normal de operação e garantir sua estabilidade. Esta norma reconhece o nível de proteção aceito internacionalmente contra riscos, tais como: elétricos, mecânicos, térmicos e fogo dos equipamentos quando operados em utilização normal, tendo em conta as instruções do fabricante. Abrange também situações anormais que podem ser previstas e levam em conta a maneira pela qual fenômenos eletromagnéticos podem afetar o funcionamento seguro dos equipamentos.

Esta norma atende aos requisitos da NBR 5410, exceto quando especificado nesta norma, de modo que exista compatibilidade com as regras de projeto elétrico, quando o equipamento está ligado ao fornecimento de energia. Se um equipamento do escopo desta norma também incorpora funções que são abrangidas por outra norma, por exemplo, aquecimento a gás ou bomba de calor, deve ser aplicada separadamente em cada uma das funções, atendendo às Normas e legislações vigentes.

Se for o caso, a influência da função de um por outro, deve ser levada em conta. Um equipamento que está em conformidade com o texto da norma não será necessariamente considerado em conformidade com os princípios de segurança da norma que, quando examinados e ensaiados, verifica-se que possui outras características que diminuem o nível de segurança abrangidos por esses requisitos.

Um equipamento empregando materiais ou formas de construção que diferem daqueles detalhados nos requisitos desta norma pode ser examinado e ensaiado em função dos objetivos visado por esses requisitos e, se julgado substancialmente equivalente, pode considerar-se como atendendo aos princípios de segurança desta norma. Os requisitos para os terminais para condutores externos devem atender às NBR NM 60335-1:2010, Seção 26, e a NBR 5410.

As partes metálicas acessíveis que podem tornar-se vivas no caso de uma falha da isolação devem ser permanentemente e seguramente ligadas a um terminal de aterramento no interior do equipamento ou a um contato de aterramento do dispositivo de entrada do equipamento. Os terminais de aterramento e contatos de aterramento não podem ser ligados eletricamente ao terminal de neutro. Os requisitos para parafusos e conexões devem atender à NBR NM 60335-1:2010, Seção 28.

Os requisitos para espaços livres, distância de isolação e isolamento sólido devem atender à NBR NM 60335-1:2010, Seção 29. O dispositivo de limitação de temperatura e pressão deve ser projetado para proteger o recipiente também em situações de queda de energia elétrica.

A posição da válvula de alívio de temperatura e pressão ou do sensor de temperatura de água do reservatório deve ser próxima da linha d’água superior dentro do reservatório termossolar. O bulbo de temperatura da válvula de alívio de temperatura e pressão deve entrar na água em uma profundidade mínima em acordo com a especificação do fornecedor da válvula. A posição do ponto da leitura deve ser entre 5 cm e 15 cm abaixo da linha d’água.

A vazão mínima da válvula de alívio de temperatura e pressão deve ser suficiente para descartar o fluido (energia) fornecido pelo coletor solar. Cada reservatório termossolar fechado à atmosfera deve possuir um dispositivo de limitação de temperatura e pressão, As estruturas de sustentação devem ser projetadas de forma que mantenham suas características operacionais pelo período mínimo de cinco anos sob condições normais de sua aplicação.

O orifício de drenagem deve ser compatível com o volume do reservatório ou dimensões do sistema de respiro, de modo que a água possa escoar sem prejudicar a integridade física do equipamento, quando existente. O dreno pode ou não ser integrado ao reservatório. O respiro do reservatório do tipo aberto deve ser compatível com o volume, construído de forma que o fluxo de água não seja restringido em sua extensão e o reservatório submetido a uma pressão significativa. O respiro pode ou não ser integrado ao reservatório.

Os elementos de aquecimento e sensores de controle térmico, em contato com a superfície externa do recipiente, devem ser protegidos e mantidos em posição segura, quando existentes. Os requisitos para fiação interna devem atender à NBR NM 60335-1:2010 Seção 23. O dimensionamento da fiação deve atender à NBR 5410.

Os componentes elétricos citados na NBR NM 60335-1:2010, Seção 24, devem estar em conformidade com os requisitos de segurança, complementados pelos critérios especificados em 4.11.1 e 4.11.2. Os protetores térmicos podem ser de rearme automático ou manual. A operação do protetor térmico de um reservatório termossolar solar fechado deve assegurar que a temperatura da água não ultrapasse a 99°C. O ponto de instalação deve assegurar que a resistência elétrica esteja sempre imersa em água. Para reservatórios em nível, deve ser considerado o nível mínimo de água.

Os requisitos para o ponto de alimentação e cabos flexíveis externos devem atender às NBR NM 60335-1:2010, Seção 25, e ABNT NBR 5410. Os equipamentos devem ser ligados permanentemente à fiação fixa, não possuindo ligações intermediárias. Os reservatórios fechados devem conter adicionalmente as seguintes informações: a água pode eventualmente escoar do tubo de descarga do dispositivo de alívio de pressão, neste caso o tubo deve ser aberto para a atmosfera; dispositivo de alívio de pressão deve ser verificado regularmente quanto ao seu funcionamento e remover depósitos de calcário, se necessário, confirmando que não está bloqueado.

As instruções de instalação devem indicar as seguintes informações: o tipo e as características do dispositivo de alívio de pressão recomendado pelo fabricante e como conectá-lo, de acordo com as recomendações do fabricante, a menos que sejam incorporados no equipamento; o tubo de descarga ligado ao dispositivo de alívio de pressão deve ser instalado em uma inclinação decrescente e em um ambiente livre de congelamento.

Os reservatórios abertos devem conter adicionalmente as seguintes informações: não conectar qualquer dispositivo de alívio de pressão no tubo de respiro; o nível máximo do respiro deve ser sempre maior que o nível da caixa de água que abastece o sistema de aquecimento solar; não instalar registros ou válvulas antes do tubo de respiro, pois ele deve estar livre para a atmosfera. As instruções de transporte, armazenagem, instalação, utilização e manutenção devem constar em um manual do produto para orientar o usuário final das condições mínimas necessárias e requeridas pelo fabricante para o produto adquirido. Um manual deve acompanhar sempre o produto, e estar no idioma português do Brasil.

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O manual deve conter as seguintes informações: informações do fabricante nacional ou fornecedor (importador ou representante legal); as partes, características e funções do reservatório; como funciona o sistema completo e quais são os cuidados que o usuário deve ter com o produto; especificações técnicas do produto, instrução de transporte, armazenagem, instalação, utilização, manutenção e drenagem do produto; avisos, orientações e alertas de cuidados; sistema de aquecimento auxiliar, o que é e como funciona, se aplicável; termo de garantia legal e contratual do produto, e exceções (se aplicável); informações referentes ao serviço de atendimento ao consumidor (SAC); assistência técnica; medidas de contenção ou drenagem do local de instalação; dicas de economia ou benefícios ao usuário (opcional), possíveis problemas e soluções; orientações para descarte e reciclagem do produto.

Os reservatórios fechados devem conter adicionalmente as seguintes informações: a água pode eventualmente escoar do tubo de descarga do dispositivo de alívio de pressão, neste caso o tubo deve ser aberto para a atmosfera; o dispositivo de alívio de pressão deve ser verificado regularmente quanto ao seu funcionamento e remover depósitos de calcário, se necessário, confirmando que não está bloqueado.

As instruções de instalação devem indicar as seguintes informações: o tipo e as características do dispositivo de alívio de pressão recomendado pelo fabricante e como conectá-lo, de acordo com as recomendações do fabricante, a menos que sejam incorporados no equipamento; e o tubo de descarga ligado ao dispositivo de alívio de pressão deve ser instalado em uma inclinação decrescente e em um ambiente livre de congelamento.

Crescimento

Em 2018, o Brasil ultrapassou a marca histórica de 2 mil MW de potência operacional da fonte solar fotovoltaica conectados na matriz elétrica nacional. E a trajetória de crescimento seguirá em ritmo acelerado em 2019. Segundo projeções da Associação Brasileira de Energia Solar Fotovoltaica (Absolar), o setor solar fotovoltaico ultrapassará a marca de 3 mil MW até o final do ano, atraindo ao país mais de R$ 5,2 bilhões em novos investimentos privados, com a instalação de mais de 1 mil MW adicionais em sistemas de pequeno, médio e grande porte. Com isso, o crescimento anual do mercado será de 88,3% frente ao crescimento do ano de 2018, ajudando a acelerar a economia nacional.

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Para o presidente da associação, o mito de que a energia solar fotovoltaica era cara já caiu por terra. “Já é uma das fontes renováveis mais competitivas do Brasil, com retornos sobre investimento entre 3 e 7 anos na geração distribuída. Com isso, a energia solar fotovoltaica crescerá mais de 80% em 2019 e será uma grande locomotiva de prosperidade, contribuindo para o progresso e desenvolvimento econômico, social e ambiental do Brasil. Este será mais um ano radiante para o mercado solar fotovoltaico brasileiro, repleto de boas oportunidades, novos negócios, atração de investimentos e geração de mais empregos”.

No segmento de microgeração e minigeração distribuída solar fotovoltaica, composto por sistemas de pequeno e médio porte instalados em residências, comércios, indústrias, produtores rurais, prédios públicos e pequenos terrenos, projeta-se um crescimento do mercado de mais de 97% frente ao total adicionado em 2018, com a entrada em operação de 628,5 MW em 2019, totalizando 1.130,4 MW até o final do período. Com este avanço a participação do segmento de geração distribuída no mercado solar fotovoltaico brasileiro subirá de 21,9% até 2018 para 34,2% até o final de 2019, demonstrando a relevância cada vez maior deste mercado para o setor.

Já no segmento de geração centralizada solar fotovoltaica, composto por usinas de grande porte, as projeções indicam a adição de mais de 380 MW, número muito inferior às expectativas do mercado. O pequeno volume é resultado do cancelamento, pelo Ministério de Minas e Energia, de dois leilões de energia solar fotovoltaica que seriam realizados em 2016.

A situação diminuirá a participação do segmento de geração centralizada no mercado solar fotovoltaico brasileiro de 78,1% até 2018 para 65,8% até o final de 2019, evidenciando o impacto negativo do cancelamento dos leilões de energia de 2016. O setor solar fotovoltaico possui mais de 20.021 MW em estoque de projetos não-contratados de usinas solares fotovoltaicas, disponíveis e preparados para participar de novos leilões de energia do governo.

Em suma, o tempo de retorno do investimento em energia solar térmica tende a variar, acontecendo geralmente em um intervalo que vai de 18 a 36 meses. A vida útil de um aquecedor solar é estimada por volta de 240 meses, fazendo com que o sistema seja bastante vantajoso e econômico. Por utilizar pouca ou muitas vezes dispensar a utilização da energia elétrica para o aquecimento da água, o sistema é econômico, além de ambientalmente amigável por não gerar resíduos para além das placas e não causar danos ao meio ambiente.

Hayrton Rodrigues do Prado Filho

hayrton@hayrtonprado.jor.br



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