Reservatório térmico (boiler) do aquecedor solar: função, isolamento e pressão

Em poucas palavras

O sol só aquece a água enquanto brilha, e o banho costuma ser em outra hora. O reservatório térmico resolve essa diferença: guarda a água quente e, por ser isolado, perde pouco calor até o uso. O guia do Departamento de Energia dos EUA (DOE) diz que a maioria dos aquecedores solares precisa de um tanque de armazenamento bem isolado, com uma entrada e uma saída a mais, ligadas ao coletor.

Como a água se organiza dentro

A água quente é menos densa e sobe; é por isso que o termossifão funciona e que a saída para o uso fica no topo. O webinar do NREL descreve o princípio no sistema de coletor com armazenamento integrado: entra água fria e sai pelo topo a água pré-aquecida. Essa separação em camadas, a quente em cima e a fria embaixo, é a estratificação. Horizontal ou vertical: o portal não tem fonte que compare os dois formatos e, por isso, não afirma que um rende mais que o outro. A posição define-se pelo projeto, pelo espaço e pelo apoio estrutural; as tabelas do Inmetro registram o comprimento e o diâmetro interno de cada modelo, e o catálogo de boilers separa os horizontais dos verticais.

Isolamento e perda de calor

A tabela do Inmetro informa, para cada modelo, o material do corpo, o material do isolamento térmico (poliuretano é um dos registrados) e a perda específica de energia mensal, em kWh por litro e por mês. O cabeçalho da tabela traz a perda máxima por volume nominal: 0,27 para 100 a 300 litros, 0,22 para 400, 0,21 para 500, 0,20 para 600, 0,18 para 800 e 0,16 para 1.000 litros. Em outras palavras, reservatórios maiores podem perder menos por litro. Ao comparar dois modelos de mesmo volume, o de menor perda específica retém melhor o calor.

Alta pressão, baixa pressão e em nível

O Inmetro publica três tabelas de reservatórios, de alta pressão, de baixa pressão e de operação em nível, todas com a classe de pressão, o volume nominal em litros, a potência da resistência em kW e a pressão de trabalho em kPa e em metros de coluna d’água (m.c.a.). Nas linhas consultadas, a maioria dos modelos de baixa pressão declara 50 kPa, ou 5 m.c.a., e a maioria dos de alta, 400 kPa, ou 40 m.c.a. Pense assim: com a água vinda de uma caixa d’água elevada, a pressão no reservatório é a da coluna entre a caixa e ele, que é baixa; com alimentação por rede ou bomba, a pressão é maior e o reservatório precisa suportá-la. Detalhes em sistemas pressurizados e não pressurizados. O portal não descreve a construção do reservatório em nível sem fonte; ela consta da tabela e do manual do fabricante.

Apoio elétrico e segurança

A resistência elétrica dentro do reservatório é uma das formas de apoio; o guia do DOE menciona o apoio combinado ao armazenamento solar em sistemas de um tanque. O webinar do NREL chama a atenção para a válvula misturadora: ela limita a temperatura da água que chega ao chuveiro e à banheira, e ainda aumenta o volume útil do tanque, porque a água armazenada mais quente é misturada à fria. No exemplo do palestrante, 1 volume a 180 °F (cerca de 82 °C) com 1 volume a 60 °F (cerca de 16 °C) rende 2 volumes a 120 °F (cerca de 49 °C). É um exemplo de cálculo, não uma regra de ajuste.

Como escolher

1. Parta da demanda de água quente e do volume que ela exige; a calculadora de reservatório térmico faz essa conta.
2. Defina a classe de pressão pela instalação hidráulica.
3. Compare a perda específica e a potência da resistência dentro do mesmo volume.
4. Confira o registro do modelo na tabela do Inmetro e o apoio estrutural do telhado, porque a água armazenada pesa (alerta do DOE para os sistemas por termossifão).

A ABNT NBR 15569 é a norma brasileira de projeto e instalação; ela deve ser consultada diretamente.