Dimensionamento de sistema solar para AQS

[Red_Soul]

gostaria de saber a fórmula para dimensionar o vaso de expansão?
gostava também de saber como é que para um dado sistema se dimensiona o permutador externo de calor, ou seja, potência, caudal no primário e secundário.

[jcn.jnunes]

o vaso de expansão terá que absorver a variação de volume, delta_v da água com uma variação de temperatura desde 4ºc até à temperatura mais alta que o sistema permitir, tmáx.
como o circuito é enchido com a água acima de 4ºc, o vaso deverá ficar logo no início com a água necessária para repor o volume diminuído quando esta baixar da temperatura inicial até aos 4ºc.
o delta_v depende, não só do tmax, mas também do volume total, vt, de água da tubagem+painéis e do coeficiente de dilatação térmica da água, alfa (que depende da pressão de serviço).
estes últimos dados (coeficiente de dilatação da água em função da pressão de serviço) podem ser encontrados na net.
assim, o volume do vaso:
vv = delta_v = vt.(tmax-4).alfa

se permitirmos que a água nos colectores evapore abaixo da pressão máxima admissível, portanto antes da válvula de segurança de pressão abrir, deveremos adicionar a vv, o volume de vapor de água resultante da evaporação total da água nos painéis à pressão máxima admissível (após esta pressão, abre a válvula de segurança obrigatoriamente senão o sistema rebenta).
é necessário saber o volume de 1kg de vapor de água à pressão máxima e quantos kg de água líquida existem nos painéis, à temperatura de evaporação (note-se que a densidade da água varia com a temperatura e 20 litros de volume do painel não correspondem 20kg de água à temperatura de evaporação que é, por sua vez, dependente da pressão de serviço).
atenção que este volume de vapor de água, embora dependa da pressão, é muito superior ao da correspondente água líquida que enche o interior dos painéis.
considera-se que só a água nos painéis pode evaporar pois, após isto, os painéis ficam "a seco" e não aquecem mais água nenhuma.
esta situação implica, no entanto, um vaso de expansão enorme.

o volume de água inicial a colocar no vaso:
vi = vt.(tinicial-4).alfa

então, o volume total de água a colocar no circuito será vt+vi (tubagem+painéis+inicio do vaso de expansão)


quanto ao permutador e caudais, o melhor é dimensionar com software pois é um processo iterativo. o ineti tem uma folha de cálculo para isso, mas perdi o cd do curso.

podemos dizer, no entanto, que a capacidade de transporte do secundário deve ser igual à energia que lhe é disponibilizada e que esta energia é igual à capacidade de transporte do primário multiplicada pelo rendimento do permutador.
a potência do permutador será igual à capacidade de transporte que o secundário efectivamente consegue atingir, que pode ser mais baixa que a energia disponibilizada se o depósito estiver bem quente (se o delta_t do secundário no permutador for baixo).

a capacidade de transporte é igual ao caudal (em kg) x poder calorífico do líquido do circuito x delta_t, em j/h ou cal/h

o problema é trabalhar com 5 variáveis iterativas: 2 caudais, 2 delta_t e um rendimento.
podemos começar por fixar os delta_t requeridos (abaixo destes, o controlador desliga as bombas), atribuir um rendimento ao permutador e determinar os caudais em cada circuito.
ou fixar os delta_t e os caudais e determinar o rendimento mínimo exigido ao permutador

simular o sistema, só com software.

[FranzLiszt]

para facilitar o dimensionamento do vaso de expansão solar, em painéis planos pode-se assumir 3,5 litros por m^2 de área de colectores. note-se q é uma aproximação mt rudimentar...

em relação ao cálculo proposto, falta considerar aí a diferença de altura entre painéis e válvula de segurança (normalmente junto ao vaso), visto q a pressão estática no circuito varia com a altura. o coeficiente de dilatação da mistura água-glicol pode assumir-se 0,09 por uma questão de segurança. no handbook ashrae fundamentals há um ábaco interessante para verificar esse coeficiente.


qt ao permutador externo, vamos assumir 25% de glicol na mistura, uma temp. média de 65ºc no circuito, e 45 l/h/m^2 de caudal para os painéis solares (este valor é uma aproximação para painéis planos selectivos, mas varia bastante consoante as características técnicas do painel)

poder calorífico = 3970 j/kg.ºc
diferença temp. = 12 ºc
caudal = 45/1000/3600*990= 0,0124 kg/s

potência por cada m^2 de painel solar instalado:
0,0124*3970*12 = 0,6 kw

considerando uma eficiência térmica de 75% no permutador externo:
0,6/75% = 0,8 kw

se tivermos 10m^2 de área de painéis, fica:
0,8*10 = 8 kw