R P 2 - Grupo 2 - Finalizado

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL 
ESCOLA DE ENGENHARIA - CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA 
ENG03126 – Projeto Integrado II 
 
 
 
 
 
DIMENSIONAMENTO DE UM SISTEMA DE AQUECIMENTO SOLAR DE ÁGUA DE 
BAIXO CUSTO PARA USO RESIDENCIAL NO BAIRRO DO ARQUIPÉLAGO EM 
PORTO ALEGRE 
 
por 
 
 
Moisés de Andrade 
Ricardo José Belibio 
Rodrigo Luft 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Porto Alegre, março de 2025 
 
RESUMO 
 
Este projeto tem como objetivo desenvolver um sistema de aquecimento solar de água de 
baixo custo para uso residencial em áreas de vulnerabilidade socioeconômica, com foco na 
região do Arquipélago, em Porto Alegre. Considerando as baixas temperaturas no inverno e a 
significativa incidência solar na região, a proposta busca oferecer uma alternativa sustentável 
e acessível ao aquecimento elétrico de água. O estudo apresenta os cálculos necessários para 
determinar o volume de água e a energia térmica mínima requerida para o funcionamento 
eficiente do sistema. Além disso, são indicados materiais adequados e seus custos, propondo a 
utilização de um reservatório térmico confeccionado com materiais recicláveis. Por fim, o 
diagrama do sistema hidráulico facilita a compreensão do funcionamento e a visualização dos 
componentes principais. 
 
PALAVRAS-CHAVE: reservatório térmico solar, coletor solar, aquecimento de água, energia 
solar, baixo custo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1. INTRODUÇÃO.....................................................................................................................1 
1.1 PROPOSTA.....................................................................................................................1 
1.2 OBJETIVO......................................................................................................................1 
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA.............................................................................................2 
2.1 SISTEMAS DE AQUECIMENTO RESIDENCIAL SOLAR DE ÁGUA.....................2 
2.1.1 Coletor Solar.......................................................................................................... 2 
2.1.2 Reservatório térmico (boiler)................................................................................. 3 
2.1.3 Automação............................................................................................................. 4 
2.1.4 Materiais.................................................................................................................4 
2.2 IRRADIAÇÃO SOLAR NA REGIÃO EM ESTUDO...................................................5 
3. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA........................................................................................5 
3.1 VOLUME DE ÁGUA.....................................................................................................5 
3.2 CIRCUITO TÉRMICO PARA SISTEMAS RADIAIS............................................................... 6 
3.3 BALANÇO DE ENERGIA EM UM TUBO COM FLUXO TÉRMICO CONSTANTE NA 
SUPERFÍCIE......................................................................................................................................7 
3.4 COMPONENTES NECESSÁRIOS PARA O SISTEMA..............................................8 
3.1.1 Válvula esfera........................................................................................................ 8 
3.1.2 Válvula de retenção................................................................................................8 
3.1.3 Válvula de alívio.................................................................................................... 9 
3.1.4 Termopar.............................................................................................................................9 
3.1.5 Manômetro..........................................................................................................................9 
3.1.6 Tubulações e conexões..................................................................................................... 10 
3.1.7 Controlador Eletrônico Por Temperatura..........................................................................10 
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO.........................................................................................11 
4.1 VOLUME DE ÁGUA...................................................................................................11 
4.2 CÁLCULO DO CALOR MÍNIMO NECESSÁRIO.................................................... 11 
4.3 DIMENSIONAMENTO DO RESERVATÓRIO........................................................................12 
4.4 CÁLCULOS PARA DIMENSIONAMENTO COLETOR SOLAR..........................................14 
4.5 ISOLAMENTO TÉRMICO DAS TUBULAÇÕES...................................................................15 
4.5 DIAGRAMA DO SISTEMA........................................................................................15 
4.4.2 Diagrama 2D........................................................................................................ 15 
4.4.1 Componentes do circuito hidráulico.................................................................... 16 
4.3 CUSTOS DO PROJETO...............................................................................................17 
4.3.1 Tubulação e conexões.......................................................................................... 17 
4.3.2 Válvulas e sistema de controle..........................................................................................18 
4.3.3 Reservatório térmico............................................................................................ 18 
4.3.3 Coletor Solar..................................................................................................................... 19 
4.3.2 Custo total do sistema....................................................................................................... 20 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS..................................................................................21 
 
 
 
 
 
 
 
1 
1. INTRODUÇÃO 
 
1.1 PROPOSTA 
 O acesso à água quente é uma necessidade básica em virtude das suas diversas 
aplicações, que vão desde o conforto em atividades domésticas, como higiene pessoal e 
limpeza, até sua utilização em contextos comerciais e industriais. Entretanto, muitas pessoas 
enfrentam dificuldades no acesso a sistemas de aquecimento convencionais, que, além de 
dependerem de energia elétrica ou gás, ambos com custos elevados, podem ser de difícil 
acesso em áreas isoladas. 
Uma das maiores demandas de energia elétrica em uma residência provém do 
chuveiro elétrico, com picos de uso ocorrendo entre as primeiras horas do dia e o início da 
noite (JOHANN et al, 2017). Nesse contexto, a instalação de um reservatório térmico, ou 
boiler, solar, pode ser uma alternativa eficaz para reduzir o consumo de energia elétrica, 
proporcionando economia e sustentabilidade. Utilizando a energia do sol, fonte renovável e 
abundante, o sistema faz uso de coletores que captam a radiação solar para aquecer a água, 
que é armazenada em um reservatório térmico. 
O sistema é especialmente vantajoso em países com alta incidência solar, como o 
Brasil, contribuindo para diminuir a dependência de eletricidade em momentos de maior 
demanda, de forma a reduzir significativamente os gastos com energia e, consequentemente, o 
impacto financeiro sobre as famílias de baixa renda, promovendo a inclusão energética. 
Entretanto, segundo a Empresa de Pesquisa Energética (2022), a energia solar térmica para 
aquecimento de água está presente em apenas 5% dos lares brasileiros, assim sendo, 
considerando a tendência nacional é provável que a adoção dessa tecnologia ainda seja 
limitada, mas com potencial de crescimento, especialmente em novas construções e projetos 
habitacionais sustentáveis. 
Neste estudo, a região do Arquipélago, em Porto Alegre,será utilizada como base, 
considerando as seguintes características do local: 
● Situação de vulnerabilidade socioeconômica: de acordo com o censo demográfico de 
2022, a região escolhida possui uma população estimada em 6.411 pessoas (IBGE, 
2022), com uma renda média domiciliar de 1,85 salários mínimos (PROCEMPA, 
2017). A dificuldade financeira nessa localidade é histórica (MARTINI, 2008), e foi 
intensificada pela enchente de 2024 (BORTOLON, 2024); 
● Baixas temperaturas no inverno: durante o inverno, as temperaturas podem atingir 
mínimas próximas de 5 °C durante a noite, enquanto durante o dia os valores mais 
baixos ficam em torno de 13 °C. Esses períodos mais frios são comuns entre junho e 
agosto, trazendo sensação de frio acentuada, especialmente nas áreas próximas à água 
(WEATHERSPARK, 2024); 
● Considerável incidência solar: segundo Haag (2022), a média anual de radiação global 
horizontal em Porto Alegre é de 4,25 kWh/m², tendo valores na ordem de 3 kWh/m² 
no inverno, com outras variações sazonais que podem ser classificadas entre 
moderadas e altas (ENERGYPEDIA, 2018). 
 
1.2 OBJETIVO 
 Este trabalho tem como finalidade desenvolver um projeto de boiler solar de baixo 
custo. Para isso, será realizada uma análise do volume de água a ser aquecido, considerando 
famílias com um tamanho superior à média de Porto Alegre, de 2,37 pessoas por domicílio 
(IBGE, 2022). Essa abordagem reconhece a necessidade de parâmetros adequados para 
grupos familiares maiores, garantindo uma inclusão mais abrangente na determinação da 
 
2 
demanda energética para o aquecimento da água, que também será vista ao longo deste 
estudo. Será feito, ainda, um levantamento dos materiais fundamentais para a construção dos 
componentes e do sistema como um todo, além de uma análise de custos levando em 
consideração a maximização da eficiência com baixo custo, comparando com as opções 
disponíveis no mercado. Por fim, será apresentado o dimensionamento com base na literatura, 
do reservatório, coletor solar e tubulações. 
 
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 
2.1 SISTEMAS DE AQUECIMENTO RESIDENCIAL SOLAR DE ÁGUA 
O sistema de aquecimento solar é composto por três partes principais: captação, 
armazenamento e consumo. O subsistema de captação, composto pelos coletores solares, é 
instalado na parte externa da edificação, em local que permita o melhor aproveitamento da 
radiação solar. O reservatório térmico, que armazena a água fria proveniente da rede, deve 
estar posicionado abaixo do coletor, conforme ilustrado na Figura 2.1. 
 
Figura 2.1 - Desenho esquemático de um sistema de aquecimento solar residencial. 
 
Fonte: MADEIRA, (2013). 
 
O sistema de captação aquece a água através da irradiação solar e, pelo efeito termossifão, 
a água aquecida se desloca até o reservatório térmico, devido à diferença de densidade entre a 
água aquecida e a água fria. Esse ciclo ocorre continuamente até que se atinja o equilíbrio 
entre a água aquecida no reservatório e a capacidade de aquecimento dos coletores solares. 
Caso a água quente do reservatório seja consumida, haverá nova entrada de água fria, 
reiniciando o ciclo do termossifão. O reservatório térmico, por sua vez, funciona como um 
armazenador de energia térmica para utilização no sistema de consumo. 
 
2.1.1 Coletor Solar 
Existem diversos tipos de coletores solares comerciais que podem ser utilizados para o 
aquecimento termossolar e na Figura 2.2 são mostradas as curvas de eficiência dos três tipos 
mais utilizados. Observa-se que os coletores apresentam diferentes faixas de eficiência 
dependendo da temperatura de operação. O coletor aberto exibe alta eficiência para baixas 
temperaturas (até cerca de 40°C). No entanto, sua eficiência cai rapidamente à medida que a 
temperatura aumenta. O coletor fechado tem um desempenho intermediário, sendo mais 
eficiente em temperaturas médias (entre 40°C e 80°C), o que o torna viável para aquecimento 
de banhos e ambientes. Já o coletor de tubo a vácuo apresenta a maior eficiência em 
temperaturas elevadas (acima de 80°C), sendo mais adequado para processos industriais e 
aquecimento de alta demanda térmica. Dessa forma, a escolha do coletor ideal para uso 
residencial dependerá da demanda térmica específica, do clima da região e do custo-benefício 
de cada tecnologia. 
 
3 
 
Figura 2.2 - Curva de rendimento para coletores solares de baixa e média temperatura. 
 
Fonte: SOUZA (2017). 
 
O coletor solar plano fechado é uma evolução do modelo aberto, apresentando uma 
cobertura transparente, geralmente de vidro temperado, que protege a superfície absorvedora e 
reduz as perdas térmicas por convecção e radiação. Internamente, conforme a Figura 2.3, o 
coletor conta com uma placa absorvedora metálica, revestida com materiais seletivos para 
maximizar a absorção da radiação solar e minimizar a emissão de calor (TONDT, 2012). A 
água ou um fluido térmico circula por tubulações acopladas à placa absorvedora, transferindo 
o calor captado para um reservatório térmico. Esse tipo de coletor é amplamente utilizado em 
sistemas de aquecimento solar residencial e comercial, pois proporciona maior eficiência 
energética em comparação ao coletor plano aberto, especialmente em regiões de temperaturas 
mais baixas (NIEMEZEWSKI, 2013). 
Figura 2.3 - Coletor solar plano fechado. 
 
Fonte: HELIOTEK, (2006). 
 
2.1.2 Reservatório térmico (boiler) 
De acordo com o dicionário Merriam Webster, um boiler pode ser definido como um 
tanque utilizado para aquecer e/ou armazenar água aquecida de alguma maneira. Enquanto 
isso, a definição geral para um boiler é a de que este é um tipo de receptáculo fechado onde 
um fluido, usualmente água, é aquecido (STEINGRESS, 2001), conforme ilustrado na Figura 
2.4. 
 
 
 
 
 
4 
Figura 2.4 - Composição de um sistema térmico com resistência. 
 
Fonte: MADEIRA, (2013). 
 
2.1.3 Automação 
O chuveiro inteligente combina um chuveiro elétrico convencional com um sistema de 
controle de potência que se baseia na temperatura medida. Ele regula a potência fornecida à 
resistência para atingir a temperatura desejada, diferente dos chuveiros convencionais que 
possuem regulagem limitada (geralmente "verão" ou "inverno"). 
Na Figura 2.5b é visto o chuveiro inteligente, que ajusta automaticamente a potência 
necessária a ser adicionada, com base na regulagem do controlador visualizado na Figura 
2.5a. 
 
Figura 2.5a) Controlador. Figura 2.5b) Chuveiro inteligente. 
 
Fonte: MADEIRA, (2013). 
 
Com base em um estudo conduzido por Naspolini (2012) em um conjunto residencial 
de 90 moradias situado em Florianópolis, no Sul do Brasil, constatou-se que a adoção de 
chuveiros inteligentes, em conjunto com um sistema de boiler solar equipado com coletores 
solares fechados, resultou em uma diminuição de 38% no consumo médio, e de 42% na 
demanda de ponta em 60 dessas residências. Tal redução foi observada em comparação com 
as 30 residências restantes, as quais utilizavam apenas chuveiros convencionais com ajuste de 
inverno/verão e desligamento (GIMENES, 2011). 
 
2.1.4 Materiais 
De acordo com a NBR 15569 (2020), que estabelece os requisitos técnicos para o 
projeto e a instalação de sistemas de aquecimento solar de água em circuito direto, alguns dos 
componentes essenciais em um sistema de aquecimento solar, ou SAS, são: 
a) Coletor solar, cuja função é captar a energia do sol e transformá-la em calor, 
que será transferido para a água; 
b) Isolamento térmico, para reduzir a taxa de perda de calor, mantendo a 
temperatura da água em níveis aceitáveis por mais tempo; 
 
5 
c) Reservatório termossolar, ou boiler, responsável pelo armazenamento da água 
a ser utilizada posteriormente; 
d) Sensor de temperatura, para determinar se a água se encontra em uma 
temperatura utilizável no chuveiro; 
e) Tubos e conexões, para realizar a ligação hidráulica entre o reservatório, 
coletor e chuveiro; 
f) Válvulas para regular a circulação da água no sistema. 
 
2.2 IRRADIAÇÃO SOLAR NA REGIÃOEM ESTUDO 
 A região escolhida para a aplicação do projeto é atingida por uma irradiação solar no 
valor de 1080 (ANEXO A). Este dado será utilizado como base para o cálculo da 𝑊/𝑚2
capacidade de aquecimento do boiler. A irradiação solar é caracterizada pela radiação solar 
que alcança a superfície da terra em um ponto específico medida em (TRENBERTH, 𝑊/𝑚2
2004). 
 
 
3. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 
 
3.1 VOLUME DE ÁGUA 
Para determinar o volume de água consumido por um chuveiro em uma residência, é 
necessário considerar três fatores principais: a frequência diária de uso, a duração média de 
cada banho e a vazão do equipamento. O cálculo é feito multiplicando-se o número de 
utilizações do chuveiro por dia (N) pela duração média de cada banho em minutos (t) e pela 
vazão do chuveiro (Qv), medida em litros por minuto (L/min). Dessa forma, o volume diário 
de consumo de água, representado por , é dado por 𝑉
𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜
 
 (Eq. 3.1) 𝑉
𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜
= 𝑁 · 𝑄
𝑣
· 𝑡
 
Assim, por exemplo, se um chuveiro é utilizado duas vezes ao dia (N = 2), com 
banhos de 10 minutos cada (t = 10), e a vazão do equipamento é de 10 L/min (Qv = 10), o 
volume diário de água consumido será de 200 litros. 
Além disso, para dimensionar adequadamente o sistema de aquecimento de água, 
especialmente em sistemas que utilizam reservatórios térmicos, é necessário calcular o 
volume de água que deve ser armazenado para garantir conforto térmico. Segundo a norma 
NBR 15569 (2020), esse volume, é determinado a partir do volume diário de consumo (
) e de uma relação entre as temperaturas envolvidas: a temperatura desejada na saída 𝑉
𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜
do chuveiro ( ), a temperatura ambiente ( ) e a temperatura da água no 𝑉
𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜
𝑇
𝑎𝑚𝑏
reservatório térmico ( ). A equação que expressa esse cálculo é: 𝑇
𝑎𝑟𝑚𝑎𝑧
 Ainda de acordo com a NBR 15569 (2020), o cálculo para o volume de água no 
reservatório é dado por 
 
 (Eq. 3.2) 𝑉
𝑎𝑟𝑚𝑎𝑧𝑒𝑛𝑎𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜
=
𝑉
𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜
×(𝑇
𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜
−𝑇
𝑎𝑚𝑏
)
𝑇
𝑎𝑟𝑚𝑎𝑧
−𝑇
𝑎𝑚𝑏
 
 
6 
 Essa relação leva em conta o fato de que, para alcançar a temperatura desejada no 
banho, é necessário misturar a água quente do reservatório com a água fria disponível, 
considerando as diferenças de temperatura entre elas. O resultado indica o volume de água 
quente que precisa ser mantido no reservatório para suprir a demanda diária com eficiência. 
 
 
3.2 CIRCUITO TÉRMICO PARA SISTEMAS RADIAIS 
 Sistemas radiais são comuns em geometrias cilíndricas ou esféricas, nas quais a 
transferência de calor ocorre na direção radial. Esta seção trata da condução de calor em 
regime permanente em sólidos com simetria radial, considerando as coordenadas cilíndricas e, 
assumindo condução unidimensional, ausência de geração interna de calor e condutividade 
térmica constante. 
Para uma parede cilíndrica (Figura 3.1), a taxa de transferência de calor é obtida 
aplicando-se a lei de Fourier em coordenadas cilíndricas. A expressão geral para o fluxo de 
calor radial através de uma parede cilíndrica de comprimento L, raio interno e raio externo 𝑟
1
, coeficiente linear de transferência de calor k, com temperaturas nas superfícies interna e 𝑟
2
externa e , respectivamente, é dada por: 𝑇
𝑠,1
𝑇
𝑠,2
 (Eq. 3.3) 𝑞
𝑟
=
2π𝐿𝑘(𝑇
𝑠,1
−𝑇
𝑠,2
)
𝑙𝑛(𝑟
1
/𝑟
2
)
Em consideração para uma parede esférica, a expressão correspondente para a 
resistência de térmica assume a forma: 
 (Eq. 3.4) 𝑅
𝑡, 𝑐𝑜𝑛𝑑
=
𝑙𝑛(𝑟
1
/𝑟
2
)
2π𝐿𝑘
 
 
Figura 3.1 - Cilindro oco com condições convectivas nas superfícies 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: INCROPERA, (2018). 
 
 
 
Para uma parede cilíndrica multicamadas (Figura 3.2). A expressão para a taxa de 
transferência de calor do sistema composto, desprezando as resistências de contato interfacial, 
 
7 
pode ser representada por L, os raios ( ), coeficiente linear de transferência de calor 𝑟
1
,𝑟
2
, 𝑟
3
, 𝑟
4
( ) de cada material, com temperaturas nas superfícies interna e externa e , 𝑘
𝐴
,𝑘
𝐵
, 𝑘
𝐶
𝑇
∞,1
𝑇
∞,4
respectivamente, é dada por 
 (Eq. 3.3) 𝑞
𝑟
=
𝑇
∞,1
−𝑇
∞,4
1
2π𝑟
1
𝐿ℎ
1
+ 
𝑙𝑛(𝑟
1
/𝑟
2
)
2π𝑘
𝐴
𝐿 + 
𝑙𝑛(𝑟
3
/𝑟
2
)
2π𝑘
𝐵
𝐿 + 
𝑙𝑛(𝑟
4
/𝑟
3
)
2π𝑘
𝐶
𝐿 + 1
2π𝑟
4
𝐿ℎ
4
 
 
Figura 3.2 - Distribuição de temperaturas em uma parede cilíndrica composta. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: INCROPERA, (2018). 
 
3.3 BALANÇO DE ENERGIA EM UM TUBO COM FLUXO TÉRMICO 
CONSTANTE NA SUPERFÍCIE 
 
Para uma situação onde existe um fluido escoando no interior de um tubo a uma vazão 
mássica constante, onde só está sendo considerada a transferência de calor por meio de 
convecção, pode ser utilizado um balanço de energia para encontrar a equação 
 
. (Eq. 3.4) 𝑞
𝑐𝑜𝑛𝑣
= ṁ𝐶
𝑝
(𝑇
𝑚, 𝑠𝑎𝑖
− 𝑇
𝑚, 𝑒𝑛𝑡
)
 
Esta equação pode ser modificada, considerando um fluxo térmico de superfície 
constante, para chegar na relação 
 
 , (Eq. 3.5) 𝑇
𝑚
(𝑥) = 𝑇
𝑚, 𝑒𝑛𝑡
+
𝑞
𝑠
''𝑃
ṁ𝐶
𝑝
𝑥
 
desse modo possibilitando o cálculo da temperatura na saída do tubo, por exemplo 
(INCROPERA; DEWITT, 2017). 
 
 
 
 
 
8 
 
 
3.4 COMPONENTES NECESSÁRIOS PARA O SISTEMA 
 3.1.1 Válvula esfera 
A válvula esfera (Figura 3.3) é um dispositivo utilizado para controle de fluxo em 
sistemas hidráulicos. Sua operação é simples: uma esfera perfurada gira no interior da válvula, 
permitindo ou bloqueando a passagem do fluido. Esse tipo de válvula é muito empregada em 
instalações residenciais devido à sua durabilidade, estanqueidade e facilidade de manuseio 
(ABNT NBR 15705:2018). 
Figura 3.3 - Registro de esfera roscável em PVC. 
 
 
 
 
 
 
Fonte: TIGRE CONEXÕES, (2025). 
 
 3.1.2 Válvula de retenção 
A válvula de retenção (Figura 3.4), também conhecida como válvula de retenção de 
fluxo ou válvula "check", permite o fluxo de água em apenas uma direção, impedindo o 
refluxo no sistema. Isso é fundamental para proteger componentes como bombas e 
reservatórios de possíveis danos causados pela inversão de fluxo (ABNT NBR 5626, 2020). 
Figura 3.4 - Válvula de retenção soldável em PVC . 
 
 
 
 
 
 
Fonte: TIGRE CONEXÕES, (2025). 
 
 
9 
3.1.3 Válvula de alívio 
A válvula de alívio (Figura 3.5) é projetada para liberar pressão excessiva do sistema, 
prevenindo acidentes e danos a componentes do aquecedor solar. Quando a pressão interna 
atinge um valor predefinido, a válvula se abre automaticamente para aliviar o excesso, 
restabelecendo condições seguras de operação (ABNT NBR 12957:1993). 
Figura 3.5 - Válvula de alívio roscável em PVC. 
 
 
 
 
 
Fonte: TIGRE CONEXÕES, (2025). 
 
3.1.4 Termopar 
O termopar (Figura 3.6) é um sensor de temperatura que opera por meio da junção de 
dois metais distintos, gerando uma tensão elétrica proporcional à temperatura. É amplamente 
utilizado pela sua robustez, baixo custo e resposta rápida, sendo ideal para medir a 
temperatura da água em sistemas de aquecimento solar (MORAN; SHAPIRO, 2010). 
Figura 3.6 - Sensor de temperatura tipo J. 
 
 
 
 
 
Fonte: AUTOCORE, (2025). 
 
 3.1.5 Manômetro 
O manômetro (Figura 3.7) é um instrumento destinado à medição da pressão de 
fluidos no interior de tubulações ou reservatórios. No contexto de aquecedores solares, sua 
função é monitorar a pressão da água, garantindo que o sistema opere dentro dos limites 
seguros (ABNT NBR 14100:1998). 
 
 
 
10 
Figura 3.7 - Manômetro vertical 200 Psi/Lbs. 
 
 
 
 
 
 
Fonte: ESHOP, (2025). 
 
3.1.6 Tubulaçõese conexões 
As tubulações e conexões em PVC (policloreto de vinila) (Figura 3.8) são amplamente 
utilizadas em instalações hidráulicas residenciais devido à sua resistência à corrosão, leveza, 
fácil montagem e custo acessível. No sistema de aquecimento solar, são utilizadas nas linhas 
de água fria e quente, respeitando as especificações de pressão e temperatura (ABNT NBR 
5648:2012). 
Entretanto, as conexões em CPVC (policloreto de vinila clorado) (Figura 3.8)são 
amplamente utilizadas em sistemas de água quente devido à sua resistência térmica superior 
ao PVC comum. O CPVC suporta temperaturas mais elevadas, sendo ideal para conduzir 
água aquecida em instalações residenciais como as de aquecedores solares. Além disso, 
apresenta boa resistência à corrosão, facilidade de instalação e longa vida útil, sendo uma 
alternativa segura e eficiente para sistemas hidráulicos pressurizados (ABNT NBR 
15884:2010 
Figura 3.8 - Tubulações e conexões em PVC e CPVC. 
 
 
 
 
 
Fonte: TIGRE CONEXÕES, (2025). 
 
 
3.1.7 Controlador Eletrônico Por Temperatura 
O controlador universal é um dispositivo eletrônico que atua na automação do sistema 
de aquecimento de água, lendo a temperatura por sensores (como termopares) e controlando a 
atuação de equipamentos como resistências elétricas ou misturadores. Em aquecedores 
solares, seu uso garante que a temperatura da água na saída (ex.: chuveiro) permaneça 
constante e segura para o usuário (FARIA; MÜLLER, 2016). 
 
11 
Figura 3.9 - Controlador Eletrônico Por Temperatura Mmz1195n - Tholz. 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: THOLZ, (2025). 
 
 
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO 
 
4.1 VOLUME DE ÁGUA 
 Considerando as equações 3.1 e 3.2, pode-se definir os valores para volume de 
consumo e de armazenamento. Para uma família com quatro pessoas, onde cada uma utiliza o 
chuveiro uma vez ao dia, e considerando-se um tempo médio de uso de 10 minutos em um 
chuveiro com vazão de 7 L/min (AA GÁS, s.d.), determina-se pela Equação 2.1 que o volume 
de consumo é de 280 L. Com o valor obtido, e considerando, ainda, uma temperatura de 
consumo recomendada de 40 ºC, temperatura de armazenamento de 55 ºC (CRUZ, 2022), e 
um caso extremo de temperatura ambiente de 5 ºC (INMET, 2022), conclui-se pela Equação 
3.2 que o volume mínimo do reservatório deve ser de 196 L. 
 
4.2 CÁLCULO DO CALOR MÍNIMO NECESSÁRIO 
Como a temperatura de armazenamento ideal é de 55 ºC, como detalhado 
anteriormente, será utilizado um cálculo simplificado formulado pela utilização de equações 
encontradas no livro Fundamentos da Termodinâmica Clássica (SONNTAG; BORGNAKKE, 
2013) e no livro Fundamentos de Transferência de Calor e Massa (INCROPERA; DEWITT, 
2017). O cálculo considera uma transferência de calor uniforme e assume que a temperatura 
de toda a água deve ser a mesma, além de admitir que a variação de pressão pode ser 
negligenciada. A quantidade de calor (Q), expressa em watts (W), que a água, inicialmente a 
uma temperatura ambiente de 5 ºC, necessita para alcançar o patamar idealizado de 
temperatura de armazenamento é calculada por meio da equação 
 
 (Eq. 4.1) 𝑄 = ṁ · 𝐶
𝑝
(𝑇
𝐴𝑟𝑚
− 𝑇
𝐴𝑚𝑏
)
 
Nessa equação, ṁ representa a vazão mássica da água, em quilogramas por segundo 
(kg/s), Cp é o calor específico da água a pressão constante, em joules por quilograma por 
kelvin (J/kg·K), TArm é a temperatura de armazenamento, em kelvin (K), e é a 𝑇
𝐴𝑚𝑏
temperatura do ambiente, também em Kelvin (K). Essa formulação permite estimar a energia 
térmica necessária para elevar a temperatura da água até o valor desejado de forma prática e 
direta, dentro das premissas adotadas. 
 
12 
 Para fins de generalização e aplicação independente da vazão mássica, a equação pode 
ser simplificada, resultando na seguinte expressão para o calor por unidade de massa de água, 
de forma que 
 
 (Eq. 4.2) 𝑞 = 𝐶
𝑝
(𝑇
𝐴𝑟𝑚
− 𝑇
𝐴𝑚𝑏
)
Onde, q representa o calor por quilograma de água (J/kg), mantendo Cp, Tₐᵣ e Tₐ b 
com os mesmos significados. Utilizando o valor tabelado do calor específico da água a 
pressão constante, Cp = 4184 J/(kg·K), conforme encontrado na literatura (WYLEN, 1995), e 
a diferença de temperatura entre 55 ºC e 5 ºC (convertidas para Kelvin, mas com a diferença 
numérica equivalente a 50 K), obtém-se um valor de . 209, 2 𝑘𝐽/𝑘𝑔 
 Contudo, esse valor assume condições ideais, sem perdas no sistema. Para assegurar 
um funcionamento mais realista e robusto do sistema de aquecimento solar, opta-se por uma 
estimativa mais conservadora. Considerando uma perda de calor diária da ordem de 10% 
(NPRO, s.d.), somada a perdas associadas à ineficiência do coletor solar e da tubulação, 
estimadas em cerca de 20% (ABNT, 2020), chega-se a uma eficiência total reduzida em 30%. 
Assim, para compensar essas perdas e garantir a entrega de água quente nas condições 
desejadas, adota-se um valor corrigido de calor por quilograma de água igual a 280 kJ/kg. 
Esse valor passa a ser utilizado como referência no desenvolvimento e dimensionamento do 
sistema. 
 
4.3 DIMENSIONAMENTO DO RESERVATÓRIO 
 4.3.1 Reservatório térmico 
O reservatório utilizado consiste em um tambor de óleo reciclado, fabricado em aço, 
com altura aproximada de 85 cm e diâmetro de 59 cm (EMPLASUL), totalizando uma área 
superficial de cerca de 2 m². Levantamentos em lojas online indicam que esses tambores têm 
preços variando entre R$ 100,00 e R$ 160,00, sendo estimado um custo médio de R$ 130,00 
por unidade. 
Para garantir o funcionamento eficiente do termossifão, o reservatório deve ser 
posicionado acima dos coletores, permitindo a circulação natural da água quente para cima e 
da água fria para baixo. Além disso, aproveitando as aberturas existentes nos tambores de 
modelos “tampa fixa” (como ilustrado na Figura 4.1), é conveniente posicioná-lo de forma 
que a abertura de maior diâmetro, destinada à entrada de água fria, fique na parte inferior, 
enquanto a menor abertura, utilizada para o escoamento de água quente, esteja na parte 
superior. Como os diâmetros dessas aberturas não são padronizados, pode ser necessário 
ampliá-los para adequação aos tubos escolhidos. 
Deve ser conectado um tubo de respiro na parte mais alta do reservatório, permitindo a 
equalização das pressões positivas e negativas do sistema, além de possibilitar a saída de 
vapor. O tubo, com diâmetro de 15 mm, que é o valor mínimo aceito para sistemas de 
aquecimento solar, é instalado na parte mais alta do reservatório, com uma posição horizontal 
arbitrada em um dos extremos de seu comprimento. O comprimento total do tubo depende da 
altura da caixa d’água da residência onde o sistema será instalado e deve ultrapassar seu nível 
máximo em, no mínimo, 30 cm (NBR 15569, 2020). Para estimativa de custos, considera-se 
uma caixa d’água genérica com altura de 0,54 m (modelo de 310 L encontrado no mercado) e 
um espaçamento vertical de 0,5 m entre ela e o reservatório térmico. Assim, o comprimento 
necessário para o tubo de respiro é calculado como 0,54 + 0,5 + 0,3 = 1,34 m. 
 
 
13 
Figura 4.1 - Visualização da parte superior de um tambor de óleo comum, onde se 
observa os furos que este já possui de fábrica. 
 
Fonte: adaptado de Mercado Livre. 
 
4.3.2 Conexões com o reservatório 
Todas as conexões com a tubulação serão realizadas por meio de flanges roscadas de 
PVC, soldáveis e equipadas com anel, garantindo uma vedação eficiente. Levantamentos em 
lojas online de materiais para construção indicam que o preço médio por peça varia em torno 
de R$ 10,00. 
 
4.3.3 Isolamento térmico e proteção 
Para o isolamento térmico, optou-se por uma camada de espuma de poliuretano com 
espessura arbitrada em 3 cm, devido à sua baixa condutividade térmica e capacidade de 
adaptação a superfícies curvas, como a do cilindro (INCROPERA, 2017). No mercado, uma 
lata de 700 ml desse material, na forma de spray, apresenta um rendimento de 
aproximadamente 1 m² (PENOSIL, 2023) e custa cerca de R$ 50,00. Considerando a área 
totaldo reservatório de 2 m², são necessárias duas unidades do produto para garantir a 
espessura estipulada. No futuro, será realizado um cálculo para determinação da espessura 
ideal do isolamento térmico, visando otimizar o uso do material e reduzir custos. 
Como o reservatório ficará exposto ao ar livre e sujeito a diversas condições 
climáticas, é essencial proteger o isolamento térmico contra intempéries. Uma solução viável 
e de baixo custo é a aplicação de uma manta de polietileno expandido com filme aluminizado, 
cuja utilização é mais econômica em comparação com chapas flexíveis de alumínio. Além de 
proteger, esse material funciona como uma camada adicional de isolamento térmico, 
reduzindo ainda mais a perda de calor do reservatório. Um rolo com 3 m x 1,2 m custa 
aproximadamente R$ 50,00 e cobre toda a superfície necessária. Para fixação das camadas 
laterais, será utilizada fita asfáltica, cujo rolo de 1 m custa menos de R$ 10,00. 
Adicionalmente, para manter a manta aderida ao isolamento interno, serão empregadas três 
fitas de aço inoxidável (ou cintas), distribuídas nas extremidades do reservatório e no centro. 
O perímetro aproximado do reservatório é de 1,85 m, arredondado para 2 m para fins de 
estimativa de custos. Um rolo com 25 m de fita de aço custa cerca de R$ 40,00, mas apenas 6 
m serão necessários, resultando em um custo estimado de R$ 10,00 para três fitas de 2 m 
cada. As fitas podem ser tensionadas e unidas por rebites, cujo custo é considerado 
insignificante, dado que são comercializados em grandes lotes. 
 
4.3.4 Película anticorrosão 
Como nem todos os tambores adquiridos estarão previamente pintados, e visando 
aumentar a durabilidade do material, é seguro considerar a aplicação de uma camada de tinta 
epóxi para prevenir a corrosão do metal. Considerando que a área superficial de cada tambor é 
de aproximadamente 2 m², um esmalte epóxi com rendimento estimado de 15,5 m² por demão 
para uma lata de 0,81 L (RESICOLOR) permite a pintura de mais de 7 unidades. 
 
14 
Levantamentos em mecanismos de pesquisa indicam que uma lata de 900 ml desse esmalte 
pode ser encontrada no mercado por cerca de R$ 70,00, resultando em um custo estimado 
inferior a R$ 10,00 para a pintura de um único tambor. 
 
 
4.4 CÁLCULOS PARA DIMENSIONAMENTO COLETOR SOLAR 
 Utilizando o valor de 280 kJ/kg, é possível utilizar a vazão mássica típica em uma 
aplicação de termossifão, para calcular a taxa em Watts necessária. Com esse valor sendo 
igual a 0,040kg/s (MALDONADO, 2013), a taxa encontrada é de 11,2 kW. 
O balanço de energia na superfície do tubo pode ser representado pela Equação 4.4, 
onde o calor que será transferido para a água é calculado utilizando a irradiação após a 
passagem por uma placa de vidro de 3,2 milímetros, que reduz a seção do espectro de 
radiação transmitida. 
 
 , (Eq. 4.4) 𝑄
á𝑔𝑢𝑎
= 𝑄
𝑎𝑏𝑠𝑜𝑟𝑣𝑖𝑑𝑜
 
O valor de calor absorvido é representado por uma parte transmitida pelo vidro da 
incidência solar que atinge a localidade, 1080 W/m², como citado anteriormente. O valor da 
transmissividade de um vidro temperado com espessura de 3,2 milímetros é de 0,79 
(INCROPERA; DEWITT, 2017) e, utilizando este valor, é possível encontrar o valor de 853 
W/m² da taxa de transferência de calor transmitida até os tubos do coletor. 
 A temperatura da superfície externa do tubo pode ser encontrada por meio do uso da 
Equação 4.4, utilizando como base para o sistema um tubo de PVC de 20 milímetros de 
diâmetro, mostrado na Tabela 4.2, com 3 metros de comprimento. Considerando isso, a 
equação torna-se 
 
 , (Eq. 4.5) 11, 2 𝑘𝑊/𝑁 = 𝝅 · 3 𝑚 · 0, 02 𝑚 · 853 /𝑚2
 
 com N sendo o número de tubos no coletor. Este cálculo indica que a quantidade 
mínima de tubos necessária é de 70. Para confirmar que este valor está condizente com a 
realidade, foi utilizada também a Equação 3.5, como modo de confirmar que a taxa de 
transferência de calor alcançada em cada um dos tubos é suficiente para aquecer a água para a 
temperatura desejada. Substituindo os valores do projeto a equação torna-se 
 
, (Eq. 4.6) 55 = 5 +
𝑞
𝑠
''·π·0,02
0,04
70 ·4186
· 4
 
Assim encontrando um valor de, aproximadamente, 476 W/m2. Este valor seria o 
mínimo necessário para alcançar os 55 ºC almejados pelo projeto em um dos tubos, o que 
confirma que o sistema possui capacidade de operar nestas dimensões. 
 Ao longo da continuação do desenvolvimento deste sistema, serão considerados 
efeitos de perdas mais específicas, além de serem refinados os modelos térmicos. A 
quantidade de tubos calculada é relativamente elevada, embora as dimensões de seção serem 
diminutas, o que pode justificar a aplicação deste sistema para mais de uma residência, já que 
a vazão de 0,04 kg/s é alta o suficiente para abastecer um reservatório maior do que o 
dimensionado até este ponto. Isto pode ser extrapolado a partir do fato de que, nas 8 horas 
 
15 
com maior incidência solar, este coletor possui a capacidade teórica de aquecer 
aproximadamente 1000 litros de água. 
 Como afirmado anteriormente, o coletor possuirá uma cobertura de vidro com 3,2 mm 
de espessura, que possibilita o isolamento dos tubos, assim diminuindo as taxas de convecção 
com a atmosfera. Além disso, o coletor será disposto em uma placa de 3,5 por 2 metros, 
possibilitando um espaçamento entre os tubos. Os lados do coletor e a superfície inferior 
serão protegidos por chapas de aço de 1,2 mm revestidas com tinta cinza claro, para que uma 
porcentagem alta da radiação solar que alcança elas seja refletida para as tubulações de 
aquecimento. 
 
4.5 ISOLAMENTO TÉRMICO DAS TUBULAÇÕES 
Com o intuito de minimizar as perdas térmicas das tubulações de transporte de água 
quente, foi concebido um sistema de isolamento alternativo aos comerciais, visando 
minimizar os custos de instalação do sistema, já que os isolamentos térmicos comerciais 
tendem a possuir um alto valor agregado em muitos casos. 
Exemplificado na Tabela 4.1 , o isolamento utiliza 3 camadas isolantes: 
1° - Tubo de CPVC (Policloreto de Vinila Clorado) é um material termoplástico 
resistente a altas temperaturas (até cerca de 90 °C) e produtos químicos, com condutividade 
térmica de: 0,014 W/mK (LUBRIZOL, 2025). 
2° - Poliuretano, que possui condutividade térmica: 0,025 W/mK (ASHRAE, 2017), 
aplicada via pistola de espuma expansiva. 
3° Tubo de PVC (Policloreto de Vinila), material de baixo valor agregado e fácil 
aquisição, que possui condutividade térmica: 0,19 W/mK, (MATWEB, 2025). 
 
Tabela 4.1 - Dados do isolamento térmico de Poliuretano com PVC. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Assim sendo, utilizando as Equações 3.4 e os dados da Tabela 4.1, considerando uma 
temperatura interna de 55 °C e temperatura ambiente de 5 °C, a perda de calor (q) foi 
estimada em 5,67 W, considerando 1 metro de tubo. Ademais, os custos a cada metro dos 
materiais foram estimados em R$ 1,25, para o revestimento em poliuretano, considerando um 
frasco de Espuma Expansiva de 500 ml (LEROY MERLIN, 2025), o qual possui um 
rendimento de 0,011 m3 a cada frasco. Em assonância, por questões de proteção contra as 
intempéries do ambiente, foi utilizado um tubo de PVC de 50mm para a proteção externa, este 
custando R$ 7,99/metro (LOJAS QUERO-QUERO, 2025). Assim sendo, o custo do 
revestimento multicamadas foi de R$ 9,24 para cada metro de tubo aquecido. 
 
4.5 DIAGRAMA DO SISTEMA 
4.4.2 Diagrama 2D 
A Figura 4.5 apresenta um diagrama esquemático do sistema hidráulico proposto para 
o aquecedor solar de água. Ele demonstra as conexões entre os diferentes componentes, 
incluindo: 
 
16 
● Tubulações de água fria e quente, indicadas pelas linhas azuis e vermelhas, 
respectivamente. 
● Válvulas posicionadas em pontos estratégicos para controle do fluxo. 
● O coletor solar, onde a água é aquecida pela radiação solar. 
● O reservatório térmico (boiler), onde a água quente é armazenada. 
● Um tubo de respiro para alíviode pressão no boiler. 
 
Figura 4.5 - Diagrama do sistema hidráulico a ser utilizado. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
O fluxograma mostra o caminho que a água percorre desde a entrada de água fria até a 
saída de água quente para o uso, ilustrando o funcionamento do sistema termossifão e a 
interação entre os componentes. 
 
4.4.1 Componentes do circuito hidráulico 
 Para a instalação do sistema de aquecimento solar de água em uma residência padrão 
brasileira, foi realizado um levantamento dos materiais hidráulicos com base no diagrama 
esquemático do sistema. O dimensionamento considerou o uso de tubos de PVC com 
diâmetro nominal de 20 mm para condução de água fria e tubos de CPVC com diâmetro 
nominal de 15 mm para condução de água quente, conforme normas técnicas e práticas 
usualmente aplicadas em sistemas residenciais de pequeno porte (TIGRE, 2023). 
O circuito de água fria compreende o trecho entre a caixa d’água e o reservatório 
térmico (boiler), além do ramal que abastece o chuveiro. Neste caso, os tubos de PVC de 20 
mm são aplicados devido à sua resistência mecânica e compatibilidade com água fria 
pressurizada por gravidade (ABNT, 2020). Com base em estimativas de layout hidráulico para 
residências médias brasileiras, que possuem em geral um banheiro e de três a quatro 
moradores (IBGE, 2023), considera-se uma distância de aproximadamente 5 metros entre a 
caixa d’água e o boiler. Adicionando uma margem de 20% para perdas com conexões, curvas 
e trechos embutidos (ABNT, 2020), a estimativa final é de 6 metros lineares de tubo PVC de 
20 mm. 
Já o circuito de água quente envolve os trechos entre o boiler, o coletor solar e o ponto 
de consumo (chuveiro). Nesse circuito, são utilizados tubos de CPVC de 15 mm, dada a sua 
resistência térmica e compatibilidade com sistemas de aquecimento (TIGRE, 2023). 
Estimam-se 4 metros entre o boiler e o chuveiro, além de 3 metros para o trecho do boiler até 
o coletor solar e mais 3 metros para o retorno. A soma desses trechos resulta em 10 metros de 
 
17 
tubulação, aos quais também se aplica uma margem de segurança de 20% (ELETROBRAS, 
2009), totalizando 12 metros lineares de tubo CPVC de 15 mm. 
Além dos tubos, o sistema demanda conexões (joelhos, tês, adaptadores), registros de 
esfera para controle de fluxo, válvula de retenção, válvula de alívio, colas específicas (PVC e 
CPVC), fita veda rosca, sensores de temperatura (TP) e um controlador eletrônico. Também é 
necessário prever suportes de fixação e abraçadeiras para instalação adequada no telhado ou 
nas paredes (ELETROBRAS, 2009). 
 
4.3 CUSTOS DO PROJETO 
 Destarte, a análise de custos foi feita por pesquisas online, escolhendo o menor valor 
dentre os encontrados, não se atentando a marcas e sim ao material e propriedades dos 
componentes. 
 
4.3.1 Tubulação e conexões 
O diâmetro da tubulação de água quente pode ser arbitrado no limite mínimo tolerado 
pela NBR 15569 (2020), 15 mm, e a tubulação de PVC em 20 mm. A Tabela 4.2 apresenta 
uma lista de materiais de construção, predominantemente tubos e conexões de PVC e CPVC, 
com suas respectivas quantidades estimadas, preços unitários médios em Reais (R$), a fonte 
de compra (Leroy Merlin) e o custo total para cada item. O custo total geral de todos os itens 
listados é de R$ 405. 
 
Tabela 4.2 - Preço dos componentes hidráulicos do sistema de aquecimento de água. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Ademais, sobre o revestimento térmico das tubulações de transporte de água quente, 
fica evidenciado a relação de custo benefício do revestimento multicamadas pela Tabela 4.3, 
onde a tubulação para efeitos de comparação, foi analisado, com base na Equação 3.3, alguns 
revestimentos térmicos comerciais, utilizando as mesmas temperaturas de fluido e superfície e 
considerando 1 metro de tubo, sendo q (W) a perda de calor por metro de tubo revestido. 
 
18 
Tabela 4.3 - Relação entre perda de calor e preço de revestimentos térmicos 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4.3.2 Válvulas e sistema de controle. 
Por conseguinte, a Tabela 4.4 detalha uma lista de itens diversos, incluindo 
componentes hidráulicos como registros e válvulas, além de um controlador eletrônico para 
chuveiro e um sensor de temperatura. Para cada item, são especificadas a quantidade 
estimada, o preço unitário médio em Reais (R$), a fonte de aquisição (Leroy Merlin e 
Mercado Livre) e o custo total correspondente. O valor total geral dos materiais listados é de 
R$ 386. 
 
Tabela 4.4 - Preço das válvulas e sistema de controle do aquecimento de água. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Sobre o controlador eletrônico foi escolhido o modelo Mmz1195n, da Tholz (Figura 
3.9), que é projetado primariamente para sistemas de aquecimento solar. Sua principal função 
é gerenciar a circulação da água entre os coletores solares e um reservatório térmico , 
operando com base na diferença de temperatura detectada por dois sensores e o acionamento 
do dispositivo (Chuveiro) a partir de um determinado patamar. 
 
4.3.3 Reservatório térmico 
A Tabela 4.5 consolida a estimativa de custos referente aos materiais selecionados 
para a construção do reservatório térmico. Esta tabela apresenta uma listagem detalhada dos 
componentes, especificando as quantidades estimadas, os respectivos preços unitários, as 
fontes de aquisição identificadas e o custo total apurado para cada item. O levantamento 
resultou em um custo total geral projetado de R$ 349,6 para os materiais. 
 
 
 
 
 
 
19 
Tabela 4.5 - Levantamento de preços para fabricação de um reservatório térmico de 200 L. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Google Shopping, 2025. 
 
A análise da Tabela 4.5 revela que a composição de custos abrange desde o elemento 
principal do reservatório, um "Tambor usado de óleo", até materiais para tratamento de 
superfície, conexões e isolamento, como "Tinta esmalte epóxi", "Flange soldável PVC com 
rosca", "Lata 700 ml PU spray" e "Manta de polietileno aluminizado". A estratégia de 
aquisição, conforme indicado na coluna "Fonte", privilegiou o fornecedor "Mercado Livre" 
para a maioria dos insumos, o que pode refletir uma busca por otimização de custos e 
acessibilidade. A discriminação dos valores permite identificar o "Tambor usado de óleo" 
como o item de maior impacto no orçamento individual, enquanto outros componentes 
apresentam custos unitários e totais mais modestos, como a "Fita de aço inox por metro". Esta 
itemização é fundamental para o planejamento financeiro e controle de despesas do projeto. 
 
4.3.3 Coletor Solar 
Para a implementação do sistema de aquecimento solar de água para uso residencial, 
foi elaborada uma lista detalhada de materiais com as respectivas quantidades estimadas e 
custos. Os principais componentes incluem tubos de PVC, vidros, chapas de aço e diversos 
acessórios e suportes. As principais fontes de aquisição consideradas foram Leroy Merlin e 
Mercado Livre. 
Os itens de maior custo são as chapas de aço (R$ 900), os vidros (R$ 660) e os tubos 
de PVC (R$ 623). Outros materiais, como conexões, suportes e revestimentos, também 
compõem o orçamento total. 
O custo total estimado para a aquisição de todos os materiais necessários foi 
exemplificado na Tabela 4.5. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
20 
Tabela 4.5 - Preço dos componentes para fabricação do coletor solar plano fechado. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Considerando a Tabela 4.6 o coletor artesanal se destaca pelo custo significativamente 
inferior (aproximadamente R$ 2.194) em relação aos comerciais (R$ 3.000 a R$ 5.500). 
Embora sua área de captação (5,5 m² a 6,0 m²) seja superior aos os modelos de mercado, a 
durabilidade do protótipo tende a ser inferior aos comerciais, por utilizar materiais simples 
como PVC, aço carbono e vidro, mas apresenta fácil manutenção, devido aos materiais de 
fácil acesso. Entretanto os modelos comerciais, que podem ultrapassar a durabilidade de 15 
anos por utilizarem alumínio, cobre e aço inox. 
 
Tabela 4.6 -Preços comuns para coletores solares para 200L . 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Google Shopping, 2025. 
 
4.3.2 Custo total do sistema 
O custo total do sistema proposto de aquecimento solar de água de baixo custo é de 
aproximadamente R$ 3.334,60, englobando todos os principais subsistemas: tubulações e 
conexões (R$ 405,00), válvulas e sistema de controle (R$ 386,00), reservatório térmico (R$ 
 
21 
349,60) e o coletor solar (R$ 2.194,00), exemplificado na Tabela 4.7. A divisão dos custos 
reflete a estratégia do projeto, que prioriza o uso de materiais acessíveis e econômicos, como 
PVC e tambores de aço reciclados, sem comprometer a funcionalidade essencial do sistema. 
O maior investimento concentra-se no coletor solar, devido à sua maior área de captação e à 
necessidade de materiais como vidro temperado e chapas de aço para garantir eficiência na 
captação de calor e resistência estrutural. 
Tabela 4.7 - Custo total do sistema de aquecimento de água residencial de baixo custo. 
 
 
 
 
 
Quando comparado com sistemas comerciais de aquecimento solar de água, que 
normalmente variam de R$ 3.000 a R$ 5.500 para capacidades semelhantes (em torno de 200 
litros), o sistema proposto apresenta uma redução significativa de custos. Embora os sistemas 
comerciais ofereçam maior durabilidade, utilizando materiais como cobre, alumínio e aço 
inox, o projeto desenvolvido prioriza a acessibilidade e a disponibilidade de materiais locais, 
tornando-se especialmente adequado para comunidades de baixa renda. Além disso, enquanto 
os sistemas comerciais podem oferecer garantias estendidas e certificações, o sistema 
proposto é mais simples de manter e reparar, utilizando materiais de fácil acesso, garantindo 
assim a sua viabilidade a longo prazo, mesmo com uma vida útil potencialmente inferior aos 
modelos industriais. 
 
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https://www.eshopferramentas.com.br/pecas-e-acessorios-para-compressores/manometro-vertical-barg-caixa-metalica-50-mm-rosca-14-npt-0-200-psi
https://www.resicolor.com.br/pt-br/produto/epoxi-base-agua-102
26 
 
ANEXO 
 
ANEXO A – DADOS DE INCIDÊNCIA SOLAR NA REGIÃO DO ARQUIPÉLAGO 
EM PORTO ALEGRE, RIO GRANDE DO SUL. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: SunCalc.org – Torsten Hoffmann. Eisenberg, Alemanha, 2025. Mapa. Disponível em: 
https://www.suncalc.org/#/-29.9756,-51.245,13/2025.03.26/10:58/1/3. Acesso em: mar. 2025. 
 
	1. INTRODUÇÃO 
	1.1 PROPOSTA 
	1.2 OBJETIVO 
	2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 
	2.1 SISTEMAS DE AQUECIMENTO RESIDENCIAL SOLAR DE ÁGUA 
	2.1.1 Coletor Solar 
	2.1.2 Reservatório térmico (boiler) 
	2.1.3 Automação 
	2.1.4 Materiais 
	2.2 IRRADIAÇÃO SOLAR NA REGIÃO EM ESTUDO 
	3. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 
	3.1 VOLUME DE ÁGUA 
	3.2 CIRCUITO TÉRMICO PARA SISTEMAS RADIAIS 
	3.3 BALANÇO DE ENERGIA EM UM TUBO COM FLUXO TÉRMICO CONSTANTE NA SUPERFÍCIE 
	3.4 COMPONENTES NECESSÁRIOS PARA O SISTEMA 
	​3.1.1 Válvula esfera 
	​3.1.2 Válvula de retenção 
	3.1.3 Válvula de alívio 
	3.1.4 Termopar 
	​3.1.5 Manômetro 
	3.1.6 Tubulações e conexões 
	3.1.7 Controlador Eletrônico Por Temperatura 
	4. RESULTADOS E DISCUSSÃO 
	4.1 VOLUME DE ÁGUA 
	4.2 CÁLCULO DO CALOR MÍNIMO NECESSÁRIO 
	4.3 DIMENSIONAMENTO DO RESERVATÓRIO 
	4.4 CÁLCULOS PARA DIMENSIONAMENTO COLETOR SOLAR 
	4.5 ISOLAMENTO TÉRMICO DAS TUBULAÇÕES 
	4.5 DIAGRAMA DO SISTEMA 
	4.4.2 Diagrama 2D 
	4.4.1 Componentes do circuito hidráulico 
	4.3 CUSTOS DO PROJETO 
	4.3.1 Tubulação e conexões 
	4.3.2 Válvulas e sistema de controle. 
	4.3.3 Reservatório térmico 
	4.3.3 Coletor Solar 
	4.3.2 Custo total do sistema 
	REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS