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Solar Térmico (Tubagens específicas) Um sistema solar térmico encarrega-se de transferir a energia recolhida pelos colectores ao depósito de A.Q.S. sendo o seu elemento principal o permutador. (Termo transferência do colector para o depósito acumulador). Em função do sistema utilizado, podemos classificar as instalações de: 1. Transferência térmica directa - o circuito primário está directamente ligado ao depósito acumulador, e a A.Q.S. (águas quentes sanitárias) passa directamente pelos colectores. É um sistema simples que nos oferece o melhor rendimento possível. O circuito deve conter materiais que não contaminem a água. Como podem surgir vapores em qualquer local do circuito devemos colocar um evacuador de vapor no ponto mais alto. Como o circuito trabalha á pressão da rede temos o problema que nem todos aparelhos suportam essa mesma pressão. Como anti-congelantes não podem ser utilizados podemos ter o problema de congelação no inverno. Uma vez que no circuito primário existe muito ar na rede, o risco de corrosão será alto para além do aparecimento de cal e sujidade. A transferência térmica directa pode ser utilizada em termossifão ou mediante uma bomba circuladora, que deverá possuir um corpo interior de Bronze ou Aço inox. 2. Transferência térmica indirecta: o fluido térmico não está em contacto físico com o depósito acumulador e não mistura A.Q.S., sendo utilizado um permutador térmico. Para que a termo transferência seja viável, temos que garantir que o fluido circule correctamente, quer em termossifão (circulação natural) ou através de uma bomba electrocirculadora (circulação forçada). As condutas, tanto de ida como de retorno, do fluido térmico serão metálicas e estarão bem isoladas. As instalações de transferência térmica indirecta (com permutador) são as mais utilizadas.
Termossifão (circulação natural) Para que este sistema funcione, o depósito terá de ser instalado por cima dos colectores (no mínimo 30 cm). A água é aquecida pelo sol no colector, sobe “empurrando” a água mais fria do depósito, forçando-a a tomar o seu lugar, descendo para subir novamente quando, por sua vez, for aquecida. (A água quente pesa menos, por isso sobe.) Este processo mantém-se enquanto houver diferenças de temperatura entre o colector e o depósito, mas passado um período de tempo as temperaturas igualam-se e a circulação pára, sendo necessário extrair a água quente do depósito para voltar a enchê-lo com água da rede e reiniciar uma outra sequência de funcionamento. A “ carga hidráulica” (energia disponível para a movimentação do fluido térmico) é a diferença de temperaturas entre a água á saída do colector e da água na parte inferior do depósito. Joaquim Ferreira Barbosa
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Neste tipo de circuitos evitaremos a utilização de condutas compridas e estreitas, caminhos sinuosos e mudanças excessivas de secção, já que isto provocará uma redução do caudal e, embora se verifique um “carga hidráulica” elevada haverá uma perda de caudal se colocamos muitas válvulas ou outros acessórios que requerem pressões específicas para serem accionados. Se a conduta for muito larga, a água circula com lentidão, e haverá uma diminuição do calor transferido. As tubagens de instalações que funcionam em termossifão terão um diâmetro maior do que as que funcionam com uma bomba circuladora, sendo o tamanho standard imediatamente superior ao utilizado nas instalações com bomba e nunca inferior a meia polegada. Na seguinte tabela podemos ver os valores mais adequados para sistemas em termossifão. Para área de colectores inferior a 5m quadrados: Altura de carga (m)
Distância horizontal entre colector e depósito (m) Altura menor ou igual a 0.3 Distância menor ou igual a 3 Altura menor ou igual a 0.3 Distância maior ou igual a 3 e menor ou igual a 7 Altura maior ou igual a 0.3 Distância menor ou igual a 7
Diâmetro nominal (mm) 25 32 25
Para uma área de colectores superior a 5 m quadrados: Altura de carga (m)
Distância horizontal entre colector e depósito (m) Altura menor ou igual a 0.3 Distância menor ou igual a 7 Altura maior ou igual a 1.5 Distância menor ou igual a 7 Altura maior ou igual a 3 Distância maior ou igual a 3 e menor ou igual a 7 Altura maior ou igual a 3 Distância menor ou igual a 3
Joaquim Ferreira Barbosa
Diâmetro nominal (mm) 40 32 32 25
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Circulação forçada Normalmente instala-se um comando diferencial de temperatura entre o colector e o depósito que acciona uma bomba circuladora. A bomba funciona quando existe “energia disponível” para introduzir no depósito.
A bomba arranca quando; a tª no colector menos a tª no depósito é igual ou maior a 6º C. A bomba pára quando; a tª no colector menos a tª no depósito e igual ou menor que 2ºC. Fluido Térmico O fluido térmico atravessa o colector (absorvedor), transferindo para o depósito a energia térmica absorvida. Há 4 tipos de fluidos térmicos: 1.Àgua natural. 2.Àgua com adição de anticongelante. (È normalmente a mais utilizada, mas nunca mais de 63% de anticongelante). O calor específico da mistura da água com anticongelante é inferior ao da água pelo que deveremos ter cuidado com a determinação do caudal, já que poderá ter consequências nas dimensões das condutas e da bomba circuladora. 3.Liquidos orgânicos sintéticos ou derivados do petróleo. 4.Òleos de silicone. (São de maior qualidade mas são muito caros, não são tóxicos nem inflamáveis).
Condutas para o Fluido térmico Para a obtenção de A.Q.S. através da energia solar, as condutas utilizadas não são muito diferente das utilizadas no aquecimento e canalização geral. Os materiais mais utilizados são: o cobre, o ferro galvanizado, o ferro preto e plásticos. O cobre È um material muito utilizado em todo o tipo de instalações, sendo o mais aconselhável para as instalações de energia solar, já que é o melhor do ponto de vista técnico e muito competitivo a nível de preço. É resistente á corrosão (tanto produzida pelos líquidos que circulam no seu interior, como pelos agentes ambientais exteriores), maleável e dúctil. A quantidade de fósforo que ele contém irá facilitar o processo de soldadura. Joaquim Ferreira Barbosa
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Quando esta em contacto com a agua, fica coberto por uma fina película de óxido de cobre que o protege. O cobre é um material muito flexível que nos permite manipulá-lo á vontade. Também é capaz de suportar sem rebentar uma ou varias congelações, pelo que é igualmente muito seguro. A perda de carga para o cobre é inferior ao resto dos materiais, assim podemos utilizar diâmetros mais pequenos para transportarmos a mesma quantidade de líquido. As condutas para as grandes instalações deverão possuir diâmetros superiores a 54mm, e neste caso o preço dos acessórios é muito elevado. Aço galvanizado È muito utilizado nas canalizações para transportar A.Q.S. embora não devemos utilizar este material nos circuitos primários (do colector ao acumulador), pois a protecção de zinco deteriora-se muito a temperaturas superiores a 65ºC. Condutas de plástico No que diz respeito às suas características, podemos afirmar que são semelhantes ás de cobre e que são cada vez mais utilizadas. O mais inconveniente deste tipo de material é que existe uma grande diversidade no mercado e em muitos casos não sabemos com certeza os seus limites de aplicação. Se o fabricante nos garantir o facto de podemos utilizar esse cano de plástico por cima dos 120ºC, então poderemos utilizar condutas de polietileno reticulado. Para os diâmetros pequenos são tão económicos como os de cobre e trabalha-se muito bem com eles. Armaflex Duo solar Consiste de uma dupla tubagem pré-isolada, para sistemas de água quente para energia solar, que economiza tempo e dinheiro. Suas vantagens: Armaflex Duo solar, e um sistema de pré-isolamento para as tubagens de alimentação e retorno das instalações de água quente sanitárias por energia solar Armaflex Duo solar, utiliza-se para, de uma forma profissional, conectar o colector solar ao acumulador de água. Este sistema permite optimizar a eficiência energética e incrementar o tempo de vida útil das instalações térmicas solares. Graças ao sistema “jointsplit” das tubagens de alimentação e retorno pré-isolado e á integração de um cabo sensor, economiza-se tempo e custos na instalação. A Armaflex Duo solar apresenta-se em rolos contínuos de 25 m, conta além disso com uma gama de acessórios que assegura uma fácil e correcta instalação. As tubagens são em cobre recozido e sem costura, com as seguintes diâmetros 12, 15, e 18 mm. Também estão disponíveis em lasiflex (Inox). As tubagens têm um isolamento elastomérico de célula fechada com um revestimento negro com protecção mecânica e aos raios UVA (P.E. negro).
Cálculo para determinar o diâmetro mínimo de um a conduta Joaquim Ferreira Barbosa
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Um liquido no circuito primário deverá circular á uma velocidade máxima de 1.3 a 1.5 m/Seg. Se o fizer em intervalos como acontece nos circuitos secundários (circuito de consumo), então essa velocidade será de 2.5 m/Seg. Uma vez conhecido o caudal, deveremos estabelecer o diâmetro mínimo do tubo, isto é, o mais barato, de maneira a que as perdas de carga não ultrapassem um limite razoável para não ter de se utilizar uma bomba de maior potência, e assim não desperdiçar energia. A perda de carga por cada metro linear de tubo não deverá ultrapassar os 40 mm c.a. Os valores de carga térmica e a velocidade irão estabelecer o limite do tubo que iremos instalar. A seguinte equação aproxima-se ao diâmetro mínimo que deverá possuir o tubo: D = j C 0.35 Onde: D – Diâmetro em cm. C- Caudal em m3/h. J -2.2 para canos metálicos e 2.4 para tubos de plástico.
A estimativa inicial poderá ser corrigida, tendo em conta a perda de carga específica para o tipo de cano metálico ou para o tubo de plástico.
Tubagens e condutas O cálculo dos diâmetros das tubagens poderá ser efectuado a partir da Tabela 1 que se encontra a seguir sempre que cumprir a condição de que a velocidade estabelecida para o fluido térmico está dentro dos limites tolerados, tendo em conta tanto o caudal requerido como a conveniência de não ultrapassar os valores máximos recomendados para a velocidade do fluido (1.5 m/s no primeiro circuito), além de verificar que a perda da carga linear é lógica, já que se fosse grande demais seriamos obrigados a escolher o diâmetro superior imediatamente a seguir ao que tínhamos em função da tabela. Não deveremos aceitar perdas totais que ultrapassamos 7 m.c.a. (metro de coluna d`àgua), quer no circuito primário quer no secundário. Ao instalar as tubagens temos que permitir a livre contracção e dilatação das mesmas, montando-as todas paralelas entre si e relativamente aos 3 eixos que constituem as 3 dimensões. As tubagens ficarão no mínimo 5cm entre si deixando assim espaço suficiente para o isolamento. Os suportes serão de materiais inoxidáveis (latão ou cobre) e serão colocados a uma distância de metro ou metro e meio, colocaremos 2 suportes por andar. Com condutas embutidas utilizaremos tubos como os usados numa instalação eléctrica, com um diâmetro superior ao do cano para que não fiquem coladas ao betão.
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As condutas de água fria ficarão por baixo, separadas 40mm no mínimo das redes de A.Q.S e aquecimento. Não deveremos misturar condutas de cobre com outros metais galvanizados, pois criamos o “efeito bateria” que ajuda na deterioração das condutas.
Tabela1.Diâmetros mínimos em mm., recomendados para condutas de instalações solares. Tabela 1. Caudal (l/h)
Caudal (l/h) Caudal (l/h) Caudal (l/h) Caudal (l/h) Caudal (l/h) Caudal (l/h) Caudal (l/h)
Distância entre colectores e o depósito. Menos ou igual a 50 m. Menos de 800 De 801 a 1500 De 1501 a 2200 De 2201 a 4500 De 4501 a 8500 De 8501 a 14000 De 14001 a 25000
Distância entre Aço (em mm) colectores e o depósito. Mais que 50 m. Menos de 500 De 501 a 1000 DE 1001 a 1800 De 1801 a 5600 De 5601 a 11000 De 11001 a 17000 De 17001 a 25000
Cobre (em mm)
20 25 32
18 22 28
50
42
65
50
80
80
100
100
Isolamento das tubagens Nas tubagens será aplicado um isolamento térmico, cuja espessura será determinada de acordo com as hipóteses seguintes: - Temperatura do fluido em circulação: 60ºC - Temperatura ambiente exterior de: 10º C - Queda máxima de temperatura do fluido circulante ao longo de toda a tubagem inferior a 0,5º C. A espessura do isolamento mínimo recomendado nas tubagens para um material com um coeficiente de condutividade térmica K = 0,04 W / (m2 ºC), será o apresentado na tabela seguinte:
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Diâmetro do tubo / espessura do isolamento Nominal de aço D < 1/4"
Interior de edifícios 30 mm.
Exterior de cobre D < 35 mm
Interior de edifícios 20 mm.
1 1/4"< D < 2"
30 mm.
36 < D < 50mm
20 mm.
2" < D < 3"
40 mm.
51 < D < 80mm
30 mm.
3" < D < 5"
40 mm.
81 < D < 125mm
30 mm.
5" < D
50 mm.
126 < Dmm
40 mm.
Tubagens dos esgotos Teremos que instalar esgotos sifonados onde estão instaladas válvulas de segurança. Também teremos que instalar esgotos perto da unidade de “quick fill”, porque é nesta unidade que nos enchemos e esvaziamos o primeiro circuito. As condutas utilizadas são as mesmas que são utilizadas na canalização em geral (PPR , multicamada etc.).Para esvaziar o depósito durante os trabalhos de manutenção e reparação uma torneira de drenagem deve ser instalada no ponto mais baixo da linha da alimentação de água fria.
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