Dimensionamento de sistemas de coletores solar para água de banhos em postos de combustível e comparação de custos e eficiências de sistemas elétricos e diesel

Abstract

Este trabalho trata do dimensionamento e comparação de 4 sistemas de coletores solar térmico para o aquecimento de água para banhos em um posto de combustivel no município de São Sepé, próximo a Santa Maria (Latitude 30ºS), Brasil. A demanda de água quente destes banhos é estimada em 2.000L a 50ºC, sendo aquecida por um sistema de acumulação diesel, já disponível no posto, de 1.000L com 50kW. É considerado que este sistema é custo afundado, que os coletores instalados são de classe “A” do Inmetro, a taxa de desconto nas análises é de 7,5% e, por desconhecer o regime tributário em questão, os efeitos de impostos e depreciação não impactam o fluxo de caixa. Os sistemas dimensionados são de acumulação solar em 2.000L com aquecimento elétrico de passagem; coletores solar e queimador diesel ligados no mesmo reservatório de 2000L; dois reservatórios interligados em série, o primeiro com 1.000L, ligado aos coletores, cuja saída é ligada na entrada de um segundo de 1.000L, onde está ligado o queimador diesel. O último sistema é semelhante ao anterior, com a diferença no volume do reservatório ligado aos coletores que aumenta para 2.000L. O primeiro sistema apresenta tempo de retorno superior a 20 anos e uma taxa interna de retorno máxima de 3.7% para 40m2 de área coletora, inferior a taxa mínima de atratividade de 7.5%, devido principalmente a maiores custo de energia elétrica em relação ao diesel. O segundo sistema apresenta baixíssimo rendimento energético com um Fator F de 0,05 para 50m2 contra 0,76 do anterior para uma mesma área coletora; por isso não é feita sua análise financeira. O terceiro e quarto sistemas apresentam taxas de retorno de 18,9% para 15m2, com retorno em 6 anos e 20,4% para 20m2, também em 6 anos.

This study is about the design and comparison of 4 solar thermal collectors systems for heating shower water on a gas stations in the town of São Sepé, near Santa Maria (Latitude: 30oS), Brazil. The hot water load is estimated at 2.000L at 50oC, being heated by a diesel burner accumulating system already available on the station, with 1.000L and 50kW. On the analysis it’s considered that this heating system is a sunk cost, the flat plates collectors are “A” grade according to the Inmetro scale, the discount rate is 7,5% and, as the tax regime is unknown, taxes and depreciation do not impact the cash flow. The designed systems are solar accumulation on a 2.000L reservoir with electrical heating; collectors and diesel burner connected to the same 2.000L reservoir; two reservoirs connected in series: the first with 1.000L, in parallel with the collectors, whose exit is connected to the inlet of the second one with 1.000L, on which is attached the diesel heater. The last system is similar to this previous one; the difference is the solar collector reservoir, which is changed to 2.000L. The first system presents a payback time superior to 20 years with a maximal internal rate of return of 3.7% for 40m2 of collector area, below the hurdle rate; this is mainly due to the higher costs of electrical energy than diesel. The second system presented a very low energetic performance, with an F factor of 0.05 for 50m2 vs. 0.76 for the previous system with the same collector area; for this reason, no financial analysis was made for this system. The third and forth system presented an internal rate of return of 18.9% for 15m2, with a payback time of 6 years and 20.4% for 20m2, also in 6 years.