PT103300A - Sistema solar para aquecimento de águas domésticas - Google Patents

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Abstract

A OPTIMIZAÇÃO DESTE SISTEMA SOLAR PARA AQUECIMENTO DE ÁGUAS DOMÉSTICAS TEM COMO BASE O PERCURSO DA ÁGUA NO CIRCUITO PRIMÁRIO. A ÁGUA FRIA QUE SAÍ DO DEPÓSITO DEIXA DE TER NECESSIDADE DE ENTRAR POR FORA DOS PAINÉIS, EVITANDO PERCAS. A NÃO LIGAÇÃO DOS DOIS PAINÉIS NA PARTE INFERIOR, OBRIGA A QUE A MESMA ÁGUA VOLTE A SER AQUECIDA NO OUTRO PAINEL. OS DOIS DEPÓSITOS TÊM COMO OBJECTIVO EVITAR O CHOQUE TÉRMICO ENTRE A ÁGUA QUENTE QUE SAI PARA O CONSUMO E A ÁGUA FRIA QUE ENTRA. OS OBJECTIVOS FORAM CONSEGUIDOS, POIS TEMOS OS SISTEMAS TIPO KIT COM MELHOR RENDIMENTO DO MERCADO QUE SE TRADUZ EM TEMPERATURAS SIGNIFICATIVAMENTE MAIS ALTAS PODENDO AQUECER MAIS ÁGUA PARA UMA MESMA RADIAÇÃO SOLAR.

Description

Descrição "Sistema solar para aquecimento de águas domésticas" 1.Enquadramento histórico
Desde cedo houve da minha parte um interesse na utilização da energia solar, como forma alternativa para o aquecimento de águas.
Comecei então por vender alguns sistemas solares que havia no mercado português. 0 fraco rendimento dos sistemas fez com que as pessoas começassem a queixar-se, pois era grande o consumo de energia eléctrica de apoio.
Procurei no estrangeiro soluções que fossem mais eficientes daquelas que havia no mercado português.
Todo esse trabalho revelou-se inútil, pois os sistemas que importava poucas melhorias trouxeram.
Assim surge da minha parte um desejo enorme de poder rentabilizar ao máximo esta energia inesgotável.
Depois de pensar no problema surgiram algumas ideias.
Os resultados foram surpreendentes em relação aos outros sistemas. 0 elevado rendimento resulta da associação entre painéis, bem como a utilização de um depósito de elevada estratificação (em que a água fria que entra não se mistura com água quente que sai e que só depois dos primeiros 150 litros estarem bem quentes é que aquece os outros 150 litros).
Assim conseguimos um rendimento bastante superior, que se traduz em água muito mais quente para a mesma radiação solar. É neste contexto actual, em que o mercado está a ser "invadido" por sistemas solares, alguns estrangeiros e de pouco rendimento, que urge patentear as minhas ideias.
Vou então, de seguida explicar o modo de funcionamento do resto dos sistemas do mercado (que funcionam em termo-sifão) e confrontar com o meu sistema (funcionamento em termo-sifão com painéis associados em série). 1/4
Os sistemas solares para o aquecimento de águas domésticas são constituídos por um circuito primário, que é responsável por aquecer a água destinada ao consumo. 0 circuito primário que pode variar na média dos quinze litros funciona apenas por gravidade e por alteração da densidade da água devido às variações de temperatura (funcionamento em termo-sifão).
Assim, caso haja radiação solar, a água que está no circuito primário está constantemente a fazer o percurso dos painéis (5) (6) para o depósito (3) (4), onde vai haver transferência de calor da água do circuito primário para a água da rede através de permutadores de calor (9) (10), e depois do depósito para os painéis (5) (6) para voltar a ser aquecida.
Os referidos painéis são constituídos pela tubagem onde circula a água do circuito primário (20; 21;15;16;24;25;26;27), pela chapa que absorve o calor e que une os tubos para lhes direccionar o calor (29) e ainda pelo isolamento (28) e um vidro (30). 2.Modo de funcionamento dos outros sistemas solares para aquecimento de águas
Nos outros sistemas o percurso da água no primário é o seguinte: a) A água, menos quente, que sai do depósito (C) desce por um tubo exterior, fora da zona de aquecimento (A), tubo esse que o nosso sistema não tem e em que pelo facto de estar no exterior traz também perda de rendimento. b) A água ao entrar nos painéis, e supondo que cada painel tem dois metros de altura e um de largura, vai percorrer 4 metros dentro da zona de aquecimento (Ver fig.3), seja qual for o caminho dela dentro das tubagens, e dois metros exteriores sujeitos a arrefecimento. c) A água quando regressa ao depósito transfere todo o seu calor para a totalidade do depósito (C), o que em dias com pouca radiação solar, torna difícil elevação da temperatura dos 300 litros não permitindo a sua utilização. Enquanto que no nosso sistema ela aquece primeiro 150 litros e só depois de estes estarem bem quentes é que vai aquecer os outros 150 litros. 2/4 d) Nos depósitos dos outros sistemas a água fria que entra mistura-se directamente com a água quente que sai provocando logo à partida uma mistura bastante desfavorável. 3. Modo de funcionamento do nosso sistema solar para aquecimento de águas
No nosso sistema o percurso do circuito primário é completamente diferente pois o termo-fluido (água com anticongelante) tem que percorrer dez metros no interior dos painéis e como tal está sempre sujeita a aquecimento. a) A questão que se impõe é saber como é que a água ao sair do depósito desce, sabendo que ela ao entrar nos painéis vai aquecer e como tal quer subir.
Isso consegue-se através do tamponamento 1-1'
Assim para cada painel de dez tubos, em nove tubos a água ao querer subir vai ter força suficiente para que haja sucção no tubo 15 onde a água mesmo aquecendo vai ser forçada a descer. b) Como não há ligação entre os painéis (5) e (6) na parte inferior, a água entra no segundo painel (5) por cima (17), e da mesma forma que no primeiro painel (6), aquela é obrigada a descer no primeiro tubo (16) . c) Assim o percurso deste circuito primário tem a extensão de 10 metros, todos em zona de aquecimento, bastante superior aos 4 metros dos outros sistemas.
Fazendo naturalmente que a temperatura da água neste circuito seja significativamente superior. d) Ao entrar no depósito este circuito vai ter dois permutadores (9) e (10) nos respectivos depósitos (3) e (4) .
Assim o termo-fluido (água com anti-congelante) que sai dos painéis e que de seguida entra no depósito da esquerda (3) vai começar por aquecer a água deste, e 3/4 quando a água passa para o segundo permutador (10) (que está no interior do depósito da direita (4) ), já vai com uma temperatura muito inferior (temperatura mínima do primeiro depósito).
Ou seja, por exemplo, se a água chega ao primeiro permutador (9) a 80° pode fazer com que a temperatura no primeiro depósito esteja rapidamente nos 50° na parte superior e 30° na parte inferior (mas para que tal aconteça já houve muita transferência de energia).
Assim a temperatura que vai para o segundo permutador (10) será sensivelmente 30°, não aquecendo significativamente o segundo depósito. À medida que a temperatura no primeiro depósito que água do primário encontra (3) vai subindo, maior é a transferência de calor para o segundo depósito (4).
Assim, se tivermos a água do primeiro depósito na parte superior a 70° e na parte inferior a 50°, a água do circuito primário que vai para o segundo permutador já está sensivelmente a 50° e começa a aquecer a água do outro depósito para temperaturas de consumo. e) A água do consumo que passa da parte mais alta do depósito do lado direito (4) para o lado esquerdo (3) é ainda obrigada a descer para o fundo (12) do depósito do lado esquerdo (3) para o mesmo objectivo, ou seja, retardar ao máximo o "contacto" da água da rede que entra (11) (que ao longo do todo o seu percurso vai sendo progressivamente aquecida) com a água que sai (13) . f) A água fria da rede que entra do lado direito (11), ou seja no depósito que tem água menos quente (4), não se vai misturar directamente com a água quente que sai (13) no depósito de água mais quente, não provocando quebras bruscas da temperatura da água que vai para o consumo.
Lisboa, 15 de Março de 2006 4/4

Claims (8)

  1. REIVINDICAÇÕES 1. Sistema solar para aquecimento de águas domésticas que compreende painéis solares que funcionam em série nos quais se encontra estabelecido um circuito primário de um fluido entre permutadores de calor (9 e 10) montados em depósitos (3 e 4) de água da rede a aquecer e os tubos (15, 25, 20 e 24 ) e (16, 26, 21 e 27) dos painéis (6 e 5), caracterizado por o referido fluido do circuito primário circular por efeito termossifão, sendo que o fluido do circuito primário proveniente do permutador (10) entra directamente no interior do painel (6) através do tubo (15) sendo desde logo sujeito a aquecimento embora descendo.
  2. 2. Sistema solar para aquecimento de águas domésticas, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o efeito termossifão nos painel (6 e 5) ser possível graças ao tamponamento total (1-1') no tubo superior (24) que obriga o fluido a ter um percurso (18), descendo pelo tubo (15), mesmo estando a ser aquecido, circula para o tubo (25) e subindo pelos tubos (20) até ao tubo (24), donde passa ao painel adjacente (5), e devido ao tamponamento parcial (2-2') do tubo (27) o fluido é obrigado percorrer (18) descendo pelo tubo (16), circula para o tubo (26) e subindo pelos tubos (21) até ao tubo (27) cuja extremidade se encontra ligada ao permutador (9) do depósito (3). 1/4
  3. 3. Sistema solar para aquecimento de águas domésticas, de acordo com as reivindicações anteriores caracterizado por o percurso descendente do fluido do circuito primário nos tubos verticais (15 e 16) ser garantido pela sucção provocada pelo fluido ascendente nos tubos (20 e 21) devido a estes serem em maior número do que o (15 e 16) nos respectivos painéis.
  4. 4. Sistema solar para aquecimento de águas domésticas, de acordo com as reivindicações anteriores caracterizado por o tamponamento parcial (2-2') permitir a passagem de ar de modo a possibilitar a circulação do fluido o enchimento dos painéis, ou seja se enchermos o circuito primário pelo tubo (7) a água vai chegar ao tubo (25) e começa a encher os tubos (20), desce pelo tubo 16 passando a encher o tubo (26) e quando isto acontece o ar que fica nos tubos (16, 20 e 24) vai sair pelo referido tampão parcial (2-2') evitando assim bolsas de ar que impediriam o funcionamento do termossifão e caso enchemos o circuito primário pelo o outro tubo (8) a água enche os tubos (21 e 16 e 26) e ao chegar ao tubo (25) o ar dos tubos (20 e 24) só poderá sair pelo espaço reservado para passar o ar no tampão (2-2') concluindo que se o tamponamento (2-2') fosse total o termossifão não funcionava. 2/4
  5. 5. Sistema solar para aquecimento de águas domésticas, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por o tamponamento parcial (2-2') permitir a passagem de ar e uma passagem de fluido do circuito primário insignificante e como tal aquele fluído desce na sua quase totalidade pelo tubo (16), tendo para esse efeito uma passagem de ar de reduzidas dimensões.
  6. 6. Sistema solar para aquecimento de águas domésticas, de acordo com as reivindicações anteriores caracterizado por o percurso (22) do fluido no circuito primário nos permutadores (9 e 10) que em conjugação com o percurso (19) da água da rede a ser aquecida nos depósitos (3 e 4), permitir que os referidos depósitos (3 e 4) tenham uma elevada estratificação e funcionem com temperaturas diferentes pois quanto maior for a diferença de temperatura entre o fluido primário que chega ao permutador de calor (9) vinda do painel (5) e a água do rede no depósito (3) maior irá ser a transferência de calor adquirido nos painéis (5 e 6) para a água da rede no referido depósito (3) . 3/4
  7. 7. Sistema solar para aquecimento de águas domésticas, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por a água fria da rede que entra do depósito (4) do lado direito pela tubuladura (11) não se misturar directamente com a água quente que sai no topo do depósito (3) do lado esquerdo pela tubuladura (13), o que permite que a água seja progressivamente aquecida no depósito do lado direito (4), passando pelo tubo (12) para a parte inferior do depósito do lado esquerdo (3) para que seja ainda mais aquecida no depósito (3).
  8. 8. Sistema solar para aquecimento de águas domésticas, de acordo com as reivindicações anteriores caracterizado pelo facto dos tubos (7 e 8) de enchimento do circuito primário entrarem alguns centímetros dentro dos respectivos permutadores (10 e 9), com o objectivo de obrigar a haver sempre algum ar no circuito primário para deixar espaço para o aumento de volume do fluido que acontece a temperaturas altas, dado que o referido circuito tem de ser tamponado (23) para que o fluido não evapore dadas as temperaturas altas que atinge. Lisboa, 19 de Maio de 2006 4/4
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