Estamos sendo lembrados de que somos tão vulneráveis que, se cortarem nosso ar por alguns minutos, a gente morre. - Ailton Krenak
ISSN 1678-0701 · Volume XXI, Número 86 · Março-Maio/2024
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06/12/2018 (Nº 66) AQUECIMENTO SOLAR TÉRMICO COMO ALTERNATIVA DE ENERGIA PARA COMUNIDADES DE BAIXA RENDA
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AQUECIMENTO SOLAR TÉRMICO COMO ALTERNATIVA DE ENERGIA PARA COMUNIDADES DE BAIXA RENDA



SOLAR THERMAL HEATING AS AN ALTERNATIVE ENERGY FOR LOW-INCOME COMMUNITIES



Tânia Cristina Gonzaga Zagui1, Reis Friede2 Kátia Eliane Santos Avelar3, Patricia Maria Dusek4, Maria Geralda de Miranda5

1Mestre pelo Programa de Pós-graduação em Desenvolvimento Local do Centro Universitário Augusto Motta (UNISUAM), Rio de Janeiro, RJ. E-mail: taniazagui@yahoo.com.br.

2Doutor em Direito Político pela Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ). Docente e Pesquisador do Programa de Programa de Pós-graduação em Desenvolvimento Local do Centro Universitário Augusto Motta (UNISUAM). Rio de Janeiro (RJ), Brasil. E-mail: reisfriede@hotmail.com.

3Doutora em Ciências pela Universidade Federal do Rio de Janeiro, UFRJ. Pesquisadora do Programa de Pós-graduação em Desenvolvimento Local do Centro Universitário Augusto Motta (UNISUAM), Rio de Janeiro, RJ. E-mail: katia.avelar@gmail.com.

4Pós doutora em Justiça Constitucional pela Università di Pisa. Coordenadora, Docente e Pesquisadora do Programa de Pós-graduação em Desenvolvimento Local do Centro Universitário Augusto Motta (UNISUAM), Rio de Janeiro, RJ. E-mail: patricia.dusek@unisuam.edu.br

5Pós doutora em Políticas Públicas e Formação Humana pela Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ). Docente e Pesquisadora do Programa de Pós-graduação em Desenvolvimento Local do Centro Universitário Augusto Motta (UNISUAM), Rio de Janeiro, RJ. E-mail: mgeraldamiranda@gmail.com.

RESUMO

A matriz energética brasileira mostrou vulnerabilidade em 2001, o que desencadeou a necessidade de pesquisa por fontes sustentáveis de energia, bem como a diminuição do consumo. Neste estudo analisa-se a viabilidade de sistema de aquecimento solar térmico, de baixo custo, com capacidade para a utilização em residência unifamiliar, em comunidade carente. Esta pesquisa também se insere como proposta de educação ambiental voltada para questões de consumo de energia.

PALAVRAS-CHAVE: energia solar, tecnologia social, desenvolvimento sustentável.

ABSTRACT

The Brazilian energy matrix showed its vulnerabilities in 2001, a fact that triggered the need for research by sources of sustainable energy, as well as the decrease in consumption. This study analyses the viability of a low-cost, thermal solar heating system, with the capacity for use in a single-family residence in the needy community of Rio de Janeiro. This research is also included as a proposal for environmental education focused on energy consumption issues.

KEYWORDS: solar energy, social technology, sustainable development.

1 INTRODUÇÃO

No Brasil, desde a década de 70, houve um crescimento exponencial do consumo de energia elétrica em decorrência do novo surto de industrialização experimentado pelo país assim como do crescimento demográfico e das migrações para as cidades ocorridas naquela época. Passou-se de um consumo de menos de 70 milhões de TEP (tonelada de equivalente petróleo) para uma população estimada em 93 milhões em 1970 para cerca de 190 milhões de TEP com uma população de 170 milhões de pessoas (TOLMASQUIM et al., 2007) o que demonstra um incremento significativo no consumo per capita.

Este incremento de consumo, associado ao aleatório do clima, resultou no racionamento de energia elétrica em 2001 e este, por sua vez, abriu espaço para as discussões sobre a necessidade de alterações na matriz energética de maneira a valorizar melhor as fontes alternativas e inesgotáveis para a escala humana como a energia solar e a força eólica.

A crise de energia no ano de 2001 foi um divisor de águas para a oportunidade do aquecimento solar ser assumido como tecnologia possível de substituir os chuveiros elétricos. Houve uma procura muito grande pelas tecnologias de aproveitamento da energia solar e estas passaram a ser mais conhecidas, tendo registrado um avanços concernentes ao mercado e ao tema (FRANCO, 2002).

2 AS TECNOLOGIAS ALTERNATIVAS

As tecnologias alternativas para produção de energia elétrica objetivando alimentar os setores produtivos e, também, o de residências multifamiliares, desenvolvem-se em volume e ritmo adequados e, ou, aceitáveis possibilitando o emprego cada vez mais expressivo destas. Já para o uso residencial unifamiliar as tecnologias alternativas ainda encontram dificuldades ligadas aos aspectos socioeconômicos que contrapõe os custos de produção e, ou, preço de venda ao poder aquisitivo da ampla maioria da população brasileira.

O problema maior do Brasil é o da pobreza urbana, das condições de habitação e emprego da população de baixa renda (FURTADO, 2002). É importante salientar que a cultura brasileira valoriza a higiene corporal, particularmente as duchas, e faz desta prática um uso cotidiano, associando-a inelutavelmente à sensação de bem estar e ao viver com dignidade.

O relatório do Programa Nacional de Conservação de Energia Elétrica (PROCEL, 2002) mostra que o aquecimento de água residencial é muito expressivo nas regiões Sul e Sudeste do país, onde mais de 85% dos domicílios possuem chuveiro elétrico.

Da Silva (2000) destaca que o ferro de passar, a televisão, o liquidificador, a geladeira e o chuveiro elétrico são os equipamentos que geram um percentual superior a 50% em relação ao consumo total dos domicílios do Brasil”.

Segundo Lamberts et al. (2013), a maior parte do consumo da residência encontra-se na geladeira, chuveiros, lâmpadas e outros, sendo que entre esses, um dos maiores é o chuveiro elétrico. Já conforme Abreu (2000), no estado de Santa Catarina, analisando apenas o consumo (de energia elétrica) residencial, verifica-se que aproximadamente 25% correspondem aos gastos com aquecimento de água, correspondendo a 6,3% do total.

Em Israel, desde 1980, o uso de aquecedores solares é obrigatório. Algumas cidades como São Paulo, Rio de Janeiro e Belo Horizonte já têm leis que regulamentam e estimulam o uso do aquecimento solar (GREEN et al., 2000). São vários projetos de aproveitamento da energia solar para o aquecimento de água no país, em Belo Horizonte - MG e Porto Seguro - BA tornaram-se referências nos hotéis, pousadas, motéis, hospitais, residências e restaurantes industriais (ABRAVA, 2001).

Os aquecedores que dispõe de reservatórios com isolamento térmico são produzidos à base de aço inoxidável e cobre, metais cujos valores de mercado inviabilizam a aquisição pela população de baixa renda, assim emergem os projetos baseados em materiais mais baratos (SOCIEDADE DO SOL, 2011).

O complexo de Manguinhos, composto por quinze favelas bastante heterogêneas, abriga cerca de 32.000 habitantes, distribuídos em cerca de 13.000 domicílios que apresentam distintas possibilidades de acesso aos equipamentos e serviços de infraestrutura urbana e social. Aproximadamente 61,6% das famílias residentes têm renda mensal de 0 a 3 salários mínimo; destes, 21,7% não possuem renda e 14,3% ganham entre 0,5 e 1 salário mínimo; somente 21,1% dos empregados possuem carteira assinada. Apenas 3,3% dos trabalhadores são beneficiários do Bolsa Família (VELLOSO et al., 2012).

Sua população é bastante jovem, predominando na pirâmide etária as faixas de 0 a 14 anos e a de 20 a 29 anos; a expressiva diminuição no quantitativo de jovens com idades entre 14 e 19 anos é reflexo da elevada taxa de mortalidade destes em razão da violência reinante no local. O complexo é conhecido como lugar pobre e violento onde grupos criminosos ligados ao tráfico de drogas em confronto com a polícia ou no mero exercício cotidiano de dominação territorial transformam esta área num território de guerra, designado por BUENO (2010) como território de exceção.

A necessidade de regularização fundiária é outro aspecto que caracteriza Manguinhos: 74,2% da população reside em imóvel próprio e destes, apenas 4,6% possuem escritura e outros 79,8% dispõe tão somente de uma declaração emitida por uma das 15 Associações de Moradores. Os residentes no Complexo, regra geral, não trabalham em lugares distantes da moradia: 9,8% trabalham em bairros da zona norte, 8,7% na própria comunidade, nas adjacências 7,5%, 5,8% em bairros da zona sul e 4,5% no centro do Rio de Janeiro.

O Complexo de Manguinhos dispõe de quase 3 mil empreendimentos, dos quais 93,5% estão na informalidade; cumpre assinalar que 18% destas empresas funcionam há mais de três anos e 11% há mais de seis anos. As mulheres representam a maioria das lideranças empresariais locais (54,1%) e as principais faixas etárias dos empresários são: entre 35 e 39 anos (13,9%) e entre 25 e 29 anos (10,5%) (VELLOSO et al., 2012).

Destes contextos e situações sociais encontradas, deriva o objetivo do presente trabalho que é o de avaliar se optando por escolha tecnológica fora do ponto considerado ótimo, isto é, o emprego de placas solares de aquecimento de água sem a existência de reservatório termicamente isolado, mas com impacto socioambiental positivo, durável e sustentável, pode-se proporcionar conforto e bem estar a segmentos populacionais excluídos.

3 METODOLOGIA

Escolheu-se, por conveniência, uma família a qual se tinha franco acesso, com residência no Complexo de Manguinhos. A moradia possuí área de 50 m2, dispondo de cozinha, banheiro, sala e um quarto. Os moradores, um casal com renda de até dois salários mínimos mensais, é composto por uma aposentada e o cônjuge trabalhador autônomo. A residência dispõe como equipamentos consumo de energia elétrica: uma geladeira, uma televisão, uma máquina de lavar, um microondas e um ventilador. Todos os equipamentos permaneceram durante todo o período experimental, e em uso normal regular pelos moradores. O endereço real e os nomes dos colaboradores foram suprimidos a pedido dos mesmos.

A concepção do aquecedor solar térmico inspirou-se na indicada pelo sítio www.sempresustentavel.com.br conforme é apresentado na Figura 01, a seguir.

Figura 01 - Concepção do aquecedor solar térmico.

Fonte: www..com.brsempresustentavel

Optou-se pela construção de um aquecedor solar térmico de fácil confecção e composto de materiais simples, fáceis de encontrar e baratos: 3 placas solares em PVC; tubos e conexões em PVC; cola para PVC; massa de rejunte; caixa d'água - 310 L; tinta preta fosca; três registros; bóia, eletrodo para solda elétrica; tubos de ferro para sustentação da caixa d'água; lixa. Todos este componentes foram adquiridos pela importância total de R$ 505,20 (quinhentos e cinco reais e vinte centavos), valores de julho de 2017.

Realizou-se duas medidas diárias de temperatura no ponto médio do reservatório de água do aquecedor, uma pela manhã outra à tarde.

Figura 02 - Foto do aquecedor já montado e em condições de uso

Imagem feita pelos autores

A construção, assim como a montagem do aquecedor solar térmico de baixo custo foi realizado em parceria com os colaboradores que participaram com a mão de obra operacional.

O período experimental foi de julho/2016 a agosto/2017 e o experimento, propriamente dito, realizado nos meses de julho e agosto de 2017.

3 RESULTADOS E DISCUSSÃO

Os resultados médios de temperatura da água que foram obtidos ao longo do experimento são apresentados no Quadro 01. Pode-se observar uma variação desde um mínimo igual a 21,7°C, registrado na manhã do dia 29/05/17, até um máximo de 36,8°C, atingido na aferição vesperal do dia 31/05/17, o que conduz à amplitude máxima de 15,1°C. Estes resultados são bastante inferiores àqueles reportados em artigos de vulgarização de tecnologias e, ou, de divulgação de propostas comerciais ou ainda de propostas generosas para uso social que relatam temperaturas variando entre 70°C e 90°C. O que estas informações encontradas em sites de vulgarização tecnológica e, ou, de venda de produtos não explicitam, é em que ponto do processo de aquecimento→estocagem→utilização foram realizadas estas medições de temperatura. Se as medições referidas aconteceram na saída das placas aquecedoras, parece normal, entretanto, caso se refiram às temperaturas médias obtidas no reservatório de estocagem podem parecer demasiado elevadas mesmo para os sistemas convencionais com reservatório térmico isolado - "Boiler".

As temperaturas obtidas no experimento também são inferiores, porém desta vez próximas, às relatadas por Mendes e Vieira (2009) em experimento também realizado na região sudeste - interior do Estado de São Paulo, no mês de dezembro do ano de 2008, que obtiveram temperaturas máximas diárias variando entre 37,0°C e 46,0°C. É possível que a época de realização das aferições, julho versus dezembro, tenha influenciado positivamente a favor do experimento realizado em terras paulistas; de vez que, considerando o clima, a média das temperaturas ambientes de julho é inferior à média acusada pelas temperaturas de dezembro no hemisfério sul. Mendes e Vieira (2009) afirmam, também, que as perdas térmicas verificadas no sistema alternativo são baixas e, como os coletores de energia solar fabricados em PVC são de baixo custo e apresentam desempenho assemelhado àqueles da tecnologia termossolar convencional, é possível socializar esta tecnologia.

Quadro 01 - Evolução das temperaturas médias da água no ponto médio do reservatório de 310 L, sem isolamento térmico, em °C, após passagem pelas placas de aquecimento solar.

TURNO \ DIAS

24

26

27

28

29

30

31

Manhã

22,7

24,9

23,4

22,5

21,7

22,5

23,2

Tarde

32,7

35,9

33,5

34,3

33,5

36,5

36,8

MÉDIA

27,7

30,4

28,5

28,4

27,6

29,5

30,0

Elaborado pelos autores

Um dos resultados esperados foi o de proporcionar conforto e bem estar aos usuários da tecnologia em estudo. Para este fim, é necessário respeitar a cultura e os hábitos dos locais proporcionando conforto para as práticas diárias dos cidadãos. Assim, para que o hábito da higiene corporal possa ser realizado com conforto, o indicado é que a temperatura da água empregada para tal seja superior à temperatura do ambiente em que esta ocorre. A condição de superior não deve, nunca, ultrapassar os 39°C uma vez que além desta temperatura, a ducha pode causar danos ao corpo humano, porém as temperaturas compreendidas entre o ambiente e os 39°C podem proporcionar os seguintes benefícios: diminui as dores no corpo, alivia sintomas da gripe e cansaço, diminui a ansiedade, reduz inchaços e torções, reduz os quadros de insônia (GONÇALVES, 2017; AQUECENTER, 2017). As temperaturas médias da água que sejam superiores àquelas relativas ao ambiente e inferiores ao ponto danoso de 39°C, podem ser obtidas, mesmo nos meses considerados críticos, conforme pode ser verificado observando a linha de temperaturas médias no Quadro 01, e desta forma proporcionar conforto e bem estar aos cidadãos sem, por isto, despender energia elétrica e, por consequência, arcar com seus custos.

Os dispêndios mensais, energético e financeiro, da residência onde foi implantado o experimento são apresentados no Quadro 02, a seguir.

Quadro 02 - Dados relativos ao consumo de energia elétrica residencial durante o período experimental, comparados com o consumo dos meses equivalentes do ano anterior.

MÊS

ANO

CONSUMO

TOTAL

(kWh)

PREÇO

UNITÁRIO

(R$)

CONSUMO

TOTAL

(R$)

Δ

(kWh)

Δ

(R$)

JULHO

2016

137

0,70999

97,25

69 (50,4%)

90,19 (92,7%)

2017

68

0,51360

7,06

AGOSTO

2016

97

0,70952

68,81

67 (69,1%)

62,93 (91,5%)

2017

30

0,19652

5,88

Fontes: Colaboradores e Light - Rio de Janeiro.

Pode-se observar quedas muito expressivas no consumo de energia medido em kWh*mês-1, quando realizamos os comparativos mensais entre os diferentes anos: quedas de 50,4% e 69,1% respectivamente para os meses de julho e agosto (2016 versus 2017). Trata-se de uma queda significativa social e ambientalmente pois é muito superior, mais do que doze vezes, àquela obtida com a implantação do horário de verão durante os 126 dias em que vigorou o horário diferenciado no período 2015/2016, que resultou em apenas 4,5%. Há que considerar-se que o horário de verão permanece em vigor não tanto pela economia que proporciona, que diminui ao longo do tempo, mas sim porque tem custo zero para o governo e para os consumidores. Ademais, o horário de verão proporciona alívio nos horários de pico, o que é importante para dar segurança ao sistema elétrico nacional. Durante o verão, o nível dos reservatórios cai e a demanda por energia aumenta, puxada pelo uso de chuveiro e ar-condicionado (MELLO, 2017). Em percentual de valores de kWh, a economia produzida pelo emprego do aquecedor solar térmico de baixo custo foi importante, atingindo cerca de 28do consumo residencial médio da região sudeste em 2015, calculado em 243 kWh*mês-1 (BRASIL, 2016). Se a adoção de tal tecnologia, a do aquecedor termossolar de baixo custo, fosse extrapolada para todas as 13.000 residências do Complexo de Manguinhos, esta adoção proporcionaria para o Estado do Rio de Janeiro uma economia de energia da ordem de 884 MWh*ano-1, valor superior ao do consumo anual do município de Sumidouro - RJ, calculado em 665 MWh*ano-1 em 2011 (FUNDAÇÃO CEPERJ, 2013). Ademais deste aspecto positivo, a adoção desta tecnologia proporciona também uma diminuição constante no consumo durante os horários de pico pois retira de uso o chuveiro elétrico, um dos "vilões" do consumo de energia, num dos momentos de maior vulnerabilidade para o Sistema Elétrico Nacional.

Outro fator que resulta da adoção do aquecedor solar de baixo custo é a contínua redução do dispêndio mensal com as contas de energia elétrica, obtido tanto pela redução linear do consumo da mesma, e que pode ser medido em kWh, como também pela mudança da faixa de consumo que tal adoção provoca. Quando, na comparação das contas mensais da residência experimental no ano de 2017, após a implantação da tecnologia, com aquelas dos meses correspondentes do ano de 2016, observa-se uma redução percentual da ordem de 92% nos valores totais mensais e, pode-se inferir, para um resultado médio em reais, próximo a R$ 76,00. Considerando esta economia mensal e, também, o montante gasto para implantar o equipamento num sistema "feito em casa" de R$505,20, podemos estimar, hipoteticamente, a um "pay-back" de 6,6 meses; número que se comparado a diversas aplicações, pode parecer satisfatório em termos de economia e de segurança uma vez que o "tempo de vida operacional" do equipamento pode ser estimado em 5 anos. Ao repetir-se o mesmo exercício de extrapolação realizado com o consumo em kWh para a economia média mensal em reais de 2017, a adoção da tecnologia pelas 13.000 residências do Complexo de Manguinhos proporcionaria um montante mensal da ordem de 1 milhão de reais. Este montante, democraticamente distribuído porque gerado e também apropriado por 13.000 famílias fortaleceria a economia local uma vez que os gastos familiares tendem a ser realizados no local da residência e, ou, nas adjacências e, com isto, poderia proporcionar novo alento ao desenvolvimento local resultante do aquecimento da economia local através do aumento do consumo local das famílias.

4 CONCLUSÕES

Pelo exposto verificou-se que há aspectos positivos na substituição de equipamentos de aquecimento d'água através da eletricidade por aquecedores solares térmicos. Habitualmente se registram como inconveniências do uso da energia solar, o efeito daninho dos reflexos luminosos das placas coletoras que afugentariam os pássaros do entorno. Os participantes da pesquisa pintou as placas em preto fosco objetivando mitigar este efeito ambientalmente nocivo e, também, ao diminuir o reflexo, aumentar a absorção da radiação solar e com isto obter temperaturas mais elevadas para a água.

O presente estudo negligenciou o ponto o qual poderia ser considerado como "ótimo técnico" e o fez propositalmente, porém sem com isto procurar demonizá-lo ou invalidá-lo. Com ele buscou-se uma interação entre o "ótimo técnico" e o "ótimo social" que fosse, também, ambientalmente apropriado. Atitude que pode ser interpretada como uma mudança de paradigma sem a construção simultânea de outro que o substitua, o que poderia parecer como uma negação da própria ciência, mas quando uma solução diferente se apresenta como algo para além do convencional, pode-se considerar que deu-se início a um novo entendimento que não mais pode ser justificado pelos sistemas tradicionais (KUHN, 2007), mas que requer um novo sistema de avaliação e de validação.

A atitude foi motivada pela crença de que não existe uma via unidirecional a ser per­corrida, mas sim a necessária criação de um diálogo no espaço social entre uma diversidade de atores, discursos, sabedorias e práticas que necessitam ser harmonizadas a fim atingir o objetivo maior que é o desenvolvimento da humanidade (MARTELETO, 2009). Ou seja, elegeu-se, de forma livre e parcial, um nível de uma tecnologia já estabelecida visando promover sua adequação social, isto é, buscou-se articular pontos disjuntos do saber a fim de refletir, discernir e indicar solução para promover conforto e bem estar para uma família dentro de uma situação real e vivida (AYRES, 2007; ROHDE, 1994).

Assim, com pequeno investimento e com o uso não otimizado da tecnologia de aquecimento solar de água é possível: produzir um situação de conforto e de bem estar para pessoas de baixa renda; gerar uma economia significativa no consumo de energia elétrica; diminuir a demanda de energia elétrica nos horários de pico; diminuir substancialmente o dispêndio mensal familiar com energia elétrica e contribuir para o incremento da poupança familiar.

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Ilustrações: Silvana Santos