Estudo de viabilidade técnica e econômica da instalação de um sistema de aquecimento de água utilizando energia solar

Abstract

Este trabalho visa a realizar um estudo de viabilidade técnica e econômica da instalação de um sistema solar termodinâmico – para aquecimento de água- em uma residência na cidade do Rio de Janeiro. Este tipo de estudo é importante na medida em que a utilização de energias alternativas em substituição aos modelos tradicionais, denominadas “energia limpa”, vem crescendo fortemente devido à pressão que os Governos mundiais estão sofrendo para dimi-nuir os impactos ambientais. O sistema proposto opera utilizando o princípio conhecido como bomba de calor, onde um fluido refrigerante – R134a – circula dentro do painel solar, que atua como um evaporador. Utilizando as equações de transferência de calor por radiação e convecção; e equações do balanço de energia, chega-se que o total de calor incidindo no pai-nel solar é de 2223,47W. O calor a ser transferido para aquecer o volume (300l) de água con-tido no reservatório de 19°C até 40°C é de 4200,55W. Parte-se então para o cálculo da dimen-são do trocador de calor necessário para fornecer essa quantidade de energia. O trocador ado-tado é o de placas planas, no formato cúbico. Sendo assim, o trocador deve possuir 77cm de comprimento. Através da utilização dos métodos TIR e payback verifica-se a viabilidade eco-nômica da instalação do equipamento. A TIR encontrada é de 22,42% para um tempo de re-torno de 6 anos e 3 meses.

This work aims at studying the technical and economic feasibility of installing a solar ther-modynamic system - for water heating, at a residence in the city of Rio de Janeiro. This type of study is important considering that the use of alternative energy to, nowadays called "clean energy”, has been growing due to the immense pressure that governments worldwide are fac-ing to reduce environmental impacts. The proposed system operates using the principle known as heat pump, where a refrigerant - R134a - circulates within the solar panel, which acts as an evaporator. Using the equations of heat transfer by radiation and convection, and energy balance equations, one arrives at the total heat focusing on the solar panel is 2223.47 W. The energy to be transferred to heat the volume (300l) of water in the tank from 19 ° C to 40 ° C is 3652.25 W. The next step is calculating the size of the heat exchanger required to provide this amount of energy. The exchanger used is the flat plate in cubic format. Thus, the exchanger must have about 77cm of length. Through the use of IRR and payback methods one can analyze economic the feasibility of installing the equipment. The IRR of 22.42% is found for a turnaround time of 6 years and 3 months.