Manutenção e regulação de sistemas solares térmicos (10975)

Introdução

Um sistema solar térmico para águas quentes sanitárias parece simples: o sol aquece um fluido nos coletores, uma bomba leva esse calor ao depósito e a água quente fica pronta para o duche. Na prática, é uma instalação que trabalha todos os dias sob sol, gelo, pressão e temperaturas de mais de 100 °C, e que só continua a poupar energia se alguém a mantiver e a regular com método. Esta sebenta ensina a fazer exatamente isso: manter e regular uma instalação solar térmica de circulação forçada, como a que se encontra numa moradia ou num pequeno edifício de serviços.

O percurso segue a ordem de trabalho de um técnico. Primeiro percebemos como o sistema funciona e o que faz cada peça (coletores, depósito com serpentina, grupo hidráulico, bomba, vaso de expansão, válvula de segurança, purgadores, misturadora termostática, sondas, controlador diferencial e apoio). Depois estudamos o fluido solar e as suas verificações, as variáveis que dizem se a instalação está bem, a recolha e avaliação de dados, a regulação (elétrica, hidráulica e mecânica) e, por fim, as avarias típicas, o plano de manutenção e a segurança.

Objetivos de aprendizagem (referencial): descrever o princípio de funcionamento dos sistemas; identificar variáveis relevantes no funcionamento e na performance dos sistemas; recolher e avaliar os dados de funcionamento da instalação; regular um sistema solar térmico em termos elétrico, hidráulico e mecânico; executar o plano de manutenção.

Como estudar com esta sebenta. Cada capítulo tem explicação, tabelas de consulta e, onde faz sentido, um exemplo resolvido passo a passo. Refaz as contas à mão antes de leres a solução. Sempre que puderes, repete o procedimento no equipamento da oficina da escola: um manómetro lê-se, um refratómetro aprende-se a usar olhando por ele, e um controlador só se percebe mexendo nos parâmetros (com o professor ao lado).

Instalação de referência. Para dar números concretos, ao longo da sebenta usamos sempre a mesma instalação, típica de uma moradia: 2 coletores planos de 2,0 m² cada (4,0 m² no total), depósito de 200 L com serpentina solar na parte inferior e apoio elétrico na parte superior, grupo hidráulico com bomba de três velocidades, caudalímetro, manómetro e válvula de retenção, vaso de expansão solar de 12 L, válvula de segurança de 6 bar, misturadora termostática à saída do depósito e controlador diferencial com duas sondas Pt1000. O circuito primário leva uma mistura de água e propilenoglicol. Os valores são ordens de grandeza realistas; numa intervenção real manda sempre a documentação do fabricante e o projeto da instalação.

1. Princípio de funcionamento de um sistema solar térmico

Um sistema solar térmico converte radiação solar em calor útil e armazena esse calor até ele ser preciso. Não produz eletricidade (isso é o fotovoltaico): produz água quente. O raciocínio de base cabe em quatro passos.

1. Captação. O coletor absorve a radiação solar numa placa escura (o absorsor) e aquece o fluido que passa nos seus tubos.
2. Transporte. Uma bomba circuladora faz o fluido percorrer o circuito primário, entre os coletores (no telhado) e o depósito (dentro de casa).
3. Transferência. No depósito, o fluido quente passa numa serpentina (um permutador de calor) e cede calor à água sanitária, sem nunca se misturar com ela.
4. Armazenamento e utilização. A água aquecida fica armazenada no depósito até ser consumida. Se o sol não chegar, o apoio (elétrico ou a gás) completa o aquecimento.

Circulação forçada e circulação natural

Esta UFCD trata sobretudo da circulação forçada, porque é onde há mais para regular. O termossifão aparece, porém, como avaria: quando o fluido circula por si, de noite e no sentido errado, em instalações que não deviam ter termossifão. Voltamos a isso no capítulo 11.

Circuito aberto e circuito fechado

Na instalação de referência há dois circuitos hidráulicos separados:

• Circuito primário (ou solar): fechado, pressurizado, com a mistura de água e glicol. Liga coletores, grupo hidráulico e serpentina. Tem vaso de expansão e válvula de segurança próprios.
• Circuito secundário (sanitário): é a água de consumo. Entra fria no depósito, aquece e sai para a misturadora termostática e para as torneiras. Tem a sua própria segurança (grupo de segurança sanitário) e rede pública a montante.

Esta separação é a razão de ser da serpentina: o glicol e os inibidores não podem contaminar a água de beber, e a água da rede, rica em calcário, não deve circular pelos coletores.

O diferencial, o coração da regulação

A bomba não anda o dia todo. Só deve trabalhar quando o fluido nos coletores está mais quente do que a água no depósito, porque só então há calor útil a transportar. O controlador diferencial compara duas temperaturas:

• T1 (coletor): a sonda no coletor, no ponto mais quente, à saída.
• T2 (depósito): a sonda no depósito, na zona da serpentina solar (parte inferior).

Quando T1 - T2 ultrapassa o diferencial de arranque (por exemplo 6 K), o controlador liga a bomba. Quando desce abaixo do diferencial de paragem (por exemplo 3 K), desliga. Entre os dois valores há uma histerese que impede a bomba de ligar e desligar a todo o minuto.

Exemplo resolvido · acompanhar um dia de sol

Num dia de primavera, a instalação de referência começa a manhã com o depósito a 28 °C e os coletores a 20 °C, de noite arrefecidos.

1. 8:30. O sol nasce sobre os coletores. T1 sobe para 31 °C. T1 - T2 = 31 - 28 = 3 K. Abaixo de 6 K: a bomba continua parada.
2. 9:15. T1 = 36 °C. T1 - T2 = 8 K, acima de 6 K: o controlador liga a bomba.
3. A bomba leva o fluido quente ao depósito. O fluido arrefece ao passar na serpentina e volta aos coletores a menor temperatura; T1 baixa um pouco (por exemplo 33 °C) enquanto T2 sobe devagar. O diferencial cai para 5 K, ainda acima de 3 K: a bomba continua a trabalhar.
4. Ao meio-dia. T1 = 62 °C e T2 = 48 °C: diferencial de 14 K. A bomba trabalha em regime estável, com boa transferência.
5. 16:45. O sol baixa. T1 desce para 58 °C, com T2 = 55 °C: T1 - T2 = 3 K, o diferencial de paragem. A bomba para e o depósito fica isolado com água quente. Às 17:30, T1 já desceu para 50 °C e T2 mantém-se por volta dos 55 °C.

A regulação é isto: ligar quando há ganho, desligar quando deixa de haver. Todo o resto do capítulo trata de garantir que as peças fazem o seu trabalho e que o controlador tem os valores certos.

O que acontece quando o depósito já está cheio de calor

Se o depósito atingir a temperatura máxima definida no controlador (por exemplo 70 °C), a bomba para, mesmo que os coletores continuem mais quentes. O depósito não pode aquecer sem limite. A partir desse momento, os coletores deixam de ter fluido a circular e entram em estagnação: o fluido dentro deles aquece muito, podendo ferver. É uma situação normal e prevista, que o sistema tem de suportar (vaso de expansão e válvula de segurança existem por isso), mas que envelhece o fluido e é uma das causas de avarias estudadas no capítulo 11.

2. Os coletores solares: planos e de tubos de vácuo

O coletor é a peça que está mais exposta e que mais depressa mostra problemas. Há dois tipos dominantes.

Coletor plano

É uma caixa metálica ou de alumínio, isolada por baixo e nas laterais, com uma cobertura de vidro à frente e, lá dentro, o absorsor (uma chapa de cobre ou alumínio com revestimento seletivo escuro) soldado a uma grelha de tubos por onde passa o fluido.

• O vidro deixa entrar a radiação e retém o calor (efeito de estufa dentro da caixa).
• O isolamento reduz perdas para trás e para os lados.
• Tem ligações de entrada e saída nos cantos, e uma bainha para a sonda de temperatura.
• Tem furos de ventilação (respiradouros) que evitam condensação, mas que nunca devem ser tapados.

Coletor de tubos de vácuo

Cada tubo é um tubo duplo de vidro com vácuo entre as paredes, como uma garrafa térmica. Dentro vai o absorsor. Há duas famílias:

• De fluxo direto: o fluido circula dentro de cada tubo (num tubo coaxial ou em U).
• De tubo de calor (heat pipe): dentro de cada tubo há um tubo selado com um fluido que evapora e condensa; o calor passa a um coletor (manifold) onde o fluido solar circula.

O vácuo quase elimina as perdas para o ar, por isso o coletor de vácuo rende melhor em dias frios e com pouco sol, e atinge temperaturas de estagnação muito altas.

Comparação para a manutenção

Estes dados são ordens de grandeza; a ficha técnica de cada coletor dá a temperatura de estagnação e os limites de pressão.

Orientação, inclinação e sombreamento

O rendimento depende de onde o coletor está virado. Em Portugal continental, a orientação ideal é a sul e a inclinação ideal para aquecimento de água o ano inteiro anda na ordem da latitude do local (muitas instalações usam entre 30° e 45°). Desvios moderados custam pouco rendimento; o que custa muito é o sombreamento: uma árvore que cresceu, uma chaminé ou um edifício novo que cobre parte do campo de coletores durante horas.

Inspeção e limpeza: procedimento

Antes de subir, verificar o plano de trabalho em altura: acessos, proteção coletiva ou linha de vida, calçado antiderrapante, não trabalhar com vento forte ou chuva. Aviso essencial: os coletores expostos ao sol queimam. Cobrir os coletores com uma lona opaca, ou trabalhar de manhã cedo ou ao fim do dia.

1. Verificar visualmente o vidro: riscos, fissuras, estilhaços, vidro solto.
2. Verificar a caixa: corrosão, fissuras no perfil, respiradouros livres.
3. Verificar a condensação interior: um pouco de embaciamento de manhã é normal; água líquida permanente no vidro indica entrada de água ou vedante degradado.
4. Verificar o absorsor (através do vidro): manchas, descoloração, zonas deformadas.
5. Verificar ligações e tubagens junto ao coletor: fugas, vestígios de glicol (resíduo pegajoso ou cristalizado), apertos.
6. Verificar fixações: parafusos e ganchos, em especial depois de vento forte.
7. Verificar a sonda do coletor: dentro da bainha, cabo sem fissuras, ligação protegida da água.
8. Limpar o vidro só com água e esponja macia ou pano, sem produtos abrasivos nem detergentes agressivos, de preferência com o coletor frio. Água fria num vidro quente pode estalá-lo.
9. Registar o estado de cada coletor, com fotografia.

Exemplo resolvido · coletor com água dentro do vidro

Numa manutenção anual encontra-se, em ambos os coletores, uma película de água no interior do vidro às 14:00, com sol forte. Que se conclui?

1. A essa hora o coletor está quente e a humidade normal já devia ter evaporado. Água líquida permanente é sinal de entrada de água.
2. Verificam-se os respiradouros: um está tapado por uma teia de pó e resíduos, e o vedante do vidro de um dos coletores está rachado.
3. Ação: desentupir os respiradouros, substituir o vedante degradado e voltar a inspecionar em dias seguidos. Se a água persistir, o coletor perdeu estanquidade e é trocado.
4. Registo: data, coletor afetado, causa provável, ação tomada.

3. O depósito, a serpentina e o apoio

O depósito solar guarda a água quente. Tem duas características que o distinguem de um acumulador comum: é maior em relação ao consumo e tem a serpentina solar na parte inferior.

Estratificação

A água quente é menos densa e sobe; a fria desce. Num depósito alto e com saídas bem colocadas, forma-se uma estratificação: água quente em cima, fria em baixo. Isto é uma vantagem enorme:

• A entrada de água da rede (fria) fica em baixo, junto da serpentina, que assim trabalha sempre com a água mais fria disponível, o que aumenta a transferência de calor e o rendimento dos coletores.
• A saída de água quente fica em cima, onde a água está mais quente.

Por isso a sonda do depósito do controlador se coloca na zona da serpentina solar (parte inferior): o que interessa é a temperatura que o coletor "vê" ao ceder o seu calor.

Constituição

O apoio

O apoio garante água quente quando o sol não chega. Pode ser:

• Resistência elétrica no topo do depósito, com termostato;
• Serpentina superior ligada a uma caldeira;
• Aquecedor instantâneo em série, à saída do depósito, que só acende se a água que vem do depósito estiver abaixo da temperatura pedida.

Regra de ouro: o apoio aquece só a parte superior do depósito. Se aquecer também a zona da serpentina solar, o coletor deixa de ter "espaço frio" para ceder calor e a poupança desaparece. A manutenção verifica por isso a altura da resistência, o termostato e a programação do apoio.

Legionela e depósito solar

A legionela é uma bactéria que pode multiplicar-se em água morna parada e ser inalada em aerossóis (duche). O risco aumenta em instalações com água armazenada numa faixa morna, abaixo das temperaturas de armazenamento seguras, e num depósito solar a parte inferior (pré-aquecimento) está, muitas horas por dia, nessa faixa. Por isso:

• A água acumulada no depósito, incluindo a zona solar de pré-aquecimento, deve poder ser periodicamente levada a temperatura elevada, segundo o projeto e o regime de prevenção e controlo da legionela em vigor, a consultar na redação atual. O apoio aquece só a zona superior, por isso não trata por si só a zona inferior, que é a mais fria e a mais exposta: o técnico confirma no projeto como a desinfeção térmica alcança todo o volume do depósito. É também por isso que a estratificação importa: ela poupa energia, mas obriga a prever como o volume inteiro é levado a temperatura elevada quando for preciso.

Os meios habituais, sempre conforme o projeto, são: a função de desinfeção do controlador ou do programador do apoio, quando existe, que sobe temporariamente a temperatura pedida ao apoio; uma bomba de recirculação ou de destratificação do depósito, que durante o ciclo mistura a água e leva o calor da zona superior à inferior; um apoio (permutador ou resistência) que abranja o volume do depósito, quando o projeto o prevê; e, em depósitos pequenos, o aquecimento do volume por períodos programados. Em qualquer caso é uma exceção programada e temporária à regra de ouro do apoio, e não o modo normal de funcionamento; a misturadora à saída mantém a proteção contra queimaduras durante o ciclo.

• A misturadora termostática à saída limita a temperatura nas torneiras, protegendo contra queimaduras sem baixar a temperatura de armazenamento.
• Evitam-se zonas sem circulação (ramais mortos) e depósitos sobredimensionados sem consumo.

Na oficina, o técnico de manutenção não "inventa" valores: confirma no projeto e na legislação em vigor a temperatura de armazenamento e a periodicidade de desinfeção térmica, e regula o apoio e a programação do depósito de modo a que sejam cumpridas em todo o volume.

Exemplo resolvido · quanto custa aquecer o depósito

Quanta energia é preciso para aquecer os 200 L do depósito de 15 °C a 55 °C?

1. A água tem calor específico de cerca de 1,163 Wh por quilograma e por kelvin (4,18 kJ/kg·K). 200 L de água pesam cerca de 200 kg.
2. Variação de temperatura: 55 - 15 = 40 K.
3. Energia: Q = 200 × 1,163 × 40 = 9 304 Wh ≈ 9,3 kWh.
4. Uma instalação de 4 m² em bom dia de verão pode fornecer parte importante disto; no inverno, o apoio faz o resto.

4. Grupo hidráulico, bomba, vaso de expansão, segurança e purga

Entre os coletores e o depósito vive o conjunto de peças que faz o circuito primário funcionar e ser seguro. Muitas instalações trazem-nas montadas num único bloco, o grupo hidráulico (ou estação solar), isolado e com a bomba.

Peças do grupo hidráulico

A bomba circuladora

A bomba de um sistema solar é, em geral, uma circuladora de rotor húmido, com três velocidades ou com regulação eletrónica. A velocidade determina o caudal. O que importa na manutenção:

• Bloqueio: depois de muito tempo parada, a bomba pode "colar" por depósitos e não arrancar. Muitos modelos têm um parafuso central no veio, que se pode rodar com uma chave de fendas para a desbloquear. Antes disso, cortar e bloquear a alimentação elétrica e verificar a ausência de tensão.
• Ruído: zumbido contínuo com o circuito sem caudal é sinal de funcionamento a seco ou de ar.
• Sentido de rotação e posição: eixo sempre na horizontal, com seta de sentido do fluxo no corpo da bomba.
• Corrente absorvida: compara-se com a placa de características. Valores muito mais altos indicam bomba a esforçar ou rotor bloqueado (corrente de arranque permanente), enquanto valores quase nulos com tensão presente sugerem bobina interrompida ou proteção térmica da bomba disparada.

O vaso de expansão solar

O fluido do circuito primário dilata quando aquece e, nos picos de estagnação, pode ferver, produzindo vapor que ocupa muito mais volume. O vaso de expansão absorve esses aumentos de volume. É um recipiente metálico dividido por uma membrana: de um lado, gás (azoto ou ar) à pressão de pré-carga; do outro, o fluido do circuito.

Pontos-chave do vaso solar:

• Tem de ser próprio para solar, com membrana e materiais resistentes ao glicol e a temperaturas elevadas.
• A pré-carga mede-se sem pressão de líquido no lado da água, isto é, com o vaso isolado ou o circuito despressurizado.
• Se a pré-carga for baixa demais, o fluido entra no vaso a frio e, ao dilatar, a pressão sobe demais. Se for alta demais, o vaso não consegue absorver o volume e a válvula de segurança abre.
• Algumas instalações têm um vaso de proteção (de arrefecimento) a montante, para que o fluido muito quente não chegue à membrana. Convém conhecer o esquema.

A válvula de segurança

A válvula de segurança do circuito primário descarrega quando a pressão atinge o valor para que está tarada (por exemplo 6 bar). Regras:

• O tubo de descarga vai para um recipiente de recolha ou para um local seguro, nunca fica a descarregar sobre pessoas ou superfícies. O fluido pode estar muito quente e o glicol é um produto a recolher, não a deitar na rede pluvial.
• Nunca se instala nenhuma válvula de corte entre a válvula de segurança e o circuito.
• A descarga nunca se tapa nem se obstrui, e nunca se aponta para onde haja pessoas: uma descarga tapada deixa a válvula sem função e a pressão sobe sem limite.
• O valor de tarar está na própria válvula e nunca é alterado na manutenção.
• Verifica-se se há vestígios de descarga (marcas, humidade, cristais de glicol) que contem a história de episódios de sobrepressão.

Purgadores

O ar no circuito é inimigo: forma bolsas que travam o fluido, provoca ruído e reduz o caudal. Há dois tipos:

• Purgador manual, no ponto mais alto, aberto à mão durante a purga.
• Purgador automático, com flutuador. Em solar tem de ter válvula de corte e deve ficar fechada depois da purga, porque o vapor pode destruí-lo e deixar sair fluido ou entrar ar. Esta é uma das regras que mais falham.

Há ainda separadores de ar e purgadores no grupo hidráulico. A purga final com bomba a trabalhar faz sair o ar dissolvido.

Isolamentos e tubagem

As tubagens exteriores levam isolamento resistente a temperaturas elevadas e à radiação UV (borracha com revestimento de alumínio ou material equivalente). Na manutenção, procura-se:

• Isolamento rasgado, comido por pássaros ou roedores, ou descolado.
• Troços sem isolamento (típicos junto a ligações e válvulas).
• Isolamento encharcado (perde propriedades).
• Material não adequado ao sol (espuma comum que degrada rapidamente).

Exemplo resolvido · ler o grupo hidráulico em funcionamento

Às 12:30, em dia de sol, lê-se no grupo da instalação de referência: caudalímetro 2,8 L/min, manómetro 2,6 bar, termómetro de retorno (para os coletores) 45 °C e de ida (dos coletores) 58 °C.

1. Caudal: 2,8 L/min = 168 L/h. Para 4 m², isto dá 42 L/h por m², dentro do intervalo habitual de 30 a 50 L/(h·m²).
2. Pressão: 2,6 bar em funcionamento a quente é compatível com um enchimento a frio de 1,8 bar com dilatação normal.
3. Salto térmico: 58 - 45 = 13 K entre a ida (saída dos coletores) e o retorno. É coerente com boa transferência.
4. Conclusão: o grupo está a funcionar dentro do esperado; registar os quatro valores na ficha com a hora, a irradiância (se medida) e a temperatura do depósito.

5. O fluido solar: glicol, gelo, pH e substituição

O circuito primário leva uma mistura de água e propilenoglicol (normalmente com inibidores de corrosão). Porquê?

Por que existe o glicol

1. Proteção contra o gelo. A água pura congela e dilata cerca de 9%, partindo tubagens e coletores. O glicol baixa o ponto de congelação.
2. Proteção contra a corrosão. Os inibidores protegem o cobre, o aço e o alumínio do circuito.
3. Resistência a temperaturas altas. O fluido solar suporta ferver nos coletores sem se decompor de imediato, enquanto a água evaporaria e depositaria calcário.
4. Não tóxico em exposição pontual (propilenoglicol, ao contrário do etilenoglicol), o que é apropriado onde há permutadores com água sanitária. Mesmo assim, o fluido nunca é consumido nem deitado fora de forma incorreta.

Ao adicionar glicol perde-se um pouco de capacidade de transportar calor (o calor específico da mistura é menor, cerca de 3,7 kJ/kg·K contra os 4,18 da água, com ligeira subida da viscosidade) e a bomba trabalha um pouco mais. É um preço que compensa.

Concentração e proteção contra o gelo

A proteção depende da concentração. Valores indicativos para propilenoglicol em água, com a concentração expressa em volume (a ficha técnica do fluido usado é que dá os valores exatos):

A base em volume é a que o técnico usa na oficina: é a das misturas feitas em litros, que é como se preparam na oficina. Em massa a leitura desloca-se cerca de 1 K, por isso confirma-se sempre qual a base da tabela do fabricante. Três regras acompanham a tabela:

• O refratómetro lê o ponto de primeiros cristais, não o de rutura da tubagem.
• Guarda-se sempre uma margem de segurança abaixo da temperatura mínima prevista no local, com o valor que a ficha técnica do fluido e o projeto indicarem: o refratómetro lê o ponto de primeiros cristais, a partir do qual a mistura começa a formar papas de gelo e perde propriedades muito antes de congelar por completo, e o próprio fluido pré-misturado vem com uma tolerância declarada.
• Alguns fluidos solares não admitem diluição abaixo de 40% em volume, porque os inibidores deixam de proteger o circuito: a ficha técnica diz o mínimo admitido, e nunca se dilui abaixo dele só porque a tabela de congelação o permitiria.

Nem mais nem menos: concentração a mais piora a transferência de calor e a viscosidade, concentração a menos deixa de proteger. Dependendo do clima do local, a proteção exigida ao fluido varia; no projeto está o valor a respeitar. Muitos fluidos já vêm prontos a usar, pré-misturados, o que evita erros de mistura.

Verificar a proteção com o refratómetro

O refratómetro mede o índice de refração do fluido, que depende da concentração de glicol. A escala do aparelho lê-se diretamente em temperatura de congelação (ou de início de formação de cristais) para propilenoglicol.

Procedimento:

1. Recolher algumas gotas do fluido numa válvula de enchimento ou de esvaziamento do grupo, com o circuito frio e em repouso, deixando sair um pouco para limpar a torneira.
2. Limpar o prisma do refratómetro com um pano macio e acertar o zero com água destilada, se o aparelho o pedir.
3. Pôr 2 a 3 gotas no prisma, fechar a tampa e distribuir o líquido sem bolhas.
4. Apontar o aparelho para uma fonte de luz e ler onde a linha de fronteira entre zona clara e escura cruza a escala de propilenoglicol.
5. Compensar a temperatura, se o modelo não for de compensação automática (a leitura depende da temperatura do prisma).
6. Registar o valor lido e comparar com o valor exigido.
7. Limpar o prisma de novo.

Atenção: a escala é específica para o tipo de glicol. Ler com a escala de etilenoglicol dá um valor falso. O técnico confirma sempre qual a escala usada.

Verificar o pH

Os inibidores do fluido mantêm o pH ligeiramente alcalino. À medida que o fluido envelhece (sobretudo com estagnações repetidas), o glicol oxida, produz ácidos e o pH desce.

Procedimento com papel indicador ou medidor:

1. Recolher uma amostra pequena do fluido, como no refratómetro.
2. Medir o pH com tira indicadora ou medidor eletrónico calibrado.
3. Comparar com o intervalo indicado pelo fabricante do fluido. Como ordem de grandeza, um fluido novo anda por volta de 7,5 a 9; pH abaixo de cerca de 7 indica perda de inibidores e fluido a degradar-se.
4. Observar também a cor (fluido escurecido ou com depósitos escuros), o cheiro (a queimado) e a presença de partículas.

Quando se substitui o fluido

Enquanto o fabricante indicar um intervalo de vida do fluido, segue-se esse intervalo; as medições de pH e de proteção contra o gelo confirmam ou antecipam a troca.

Substituição do fluido: procedimento

1. Preparar o fluido novo (o tipo e a concentração do projeto), recipientes de recolha, funil, bomba de enchimento, EPI (luvas e óculos).
2. Isolar a instalação do sol (cobrir coletores) e deixá-la arrefecer.
3. Descarregar o fluido antigo pela torneira de esvaziamento para um recipiente próprio. O fluido usado é um resíduo, recolhido e encaminhado segundo as regras de resíduos, nunca despejado em esgoto nem no solo.
4. Lavar o circuito se houver depósitos (com o produto indicado pelo fabricante).
5. Encher com a bomba de enchimento até à pressão de enchimento, purgando o ar (capítulo 8).
6. Verificar a proteção ao gelo com o refratómetro e o pH do fluido novo, para documentar o ponto de partida.
7. Registar a data, o tipo de fluido e a concentração.

Exemplo resolvido · interpretar uma leitura de refratómetro

Num local onde o projeto exige proteção contra o gelo até -20 °C, o refratómetro lê -17 °C na escala de propilenoglicol e o pH medido é 7,2. O fluido tem 5 anos e a instalação já teve várias estagnações.

1. Proteção real: -17 °C. Exigida: -20 °C. O valor está 3 K abaixo do exigido, isto é, a proteção é insuficiente.
2. O pH de 7,2 está perto do limite de 7: o fluido está no fim de vida.
3. Decisão: não basta juntar glicol concentrado (corrigia a proteção mas manteria o fluido degradado). Substitui-se o fluido todo, e investiga-se a causa das estagnações repetidas (ver capítulos 7 e 11).
4. Ficha: valor lido, pH, decisão e data.

6. Variáveis relevantes no funcionamento e na performance

O técnico que regula e mantém uma instalação solar precisa de saber o que medir e o que cada valor quer dizer. As variáveis dividem-se em externas, internas e de resultado.

Variáveis externas

Variáveis internas da instalação

Variáveis de resultado

• Potência útil (kW): energia transferida ao circuito primário por segundo.
• Energia diária (kWh/dia): integral da potência durante o dia.
• Rendimento instantâneo: razão entre potência útil e potência incidente.
• Fração solar: parte da energia total para águas quentes que o sol fornece em relação ao total (solar + apoio).

Calcular a potência útil

A potência transportada pelo fluido calcula-se com o caudal, o calor específico da mistura e a diferença de temperatura:

P = m × cp × ΔT, com m (caudal mássico) em kg/s, cp (calor específico da mistura) em kJ/(kg·K), ΔT (temperatura à saída dos coletores menos temperatura à entrada) em K, e P em kW.

Exemplo resolvido · potência útil e rendimento

Dados da instalação de referência ao meio-dia: caudal 168 L/h, mistura com densidade 1,03 kg/L e cp = 3,7 kJ/(kg·K), diferença entre ida e retorno 13 K, irradiância no plano dos coletores 800 W/m² e área de 4 m².

1. Caudal mássico: 168 L/h × 1,03 kg/L = 173 kg/h = 0,0481 kg/s.
2. Potência útil: P = 0,0481 × 3,7 × 13 = 2,31 kW.
3. Potência incidente: 800 W/m² × 4 m² = 3 200 W = 3,2 kW.
4. Rendimento: 2,31 / 3,2 = 0,72, isto é, cerca de 72%.
5. Interpretação: é um valor no topo do plausível, que só se alcança com o fluido a temperatura baixa face ao ambiente. À medida que a temperatura média do fluido sobe, o rendimento desce, por haver mais perdas para o ambiente, e com o fluido mais quente a ordem de grandeza é a de cerca de metade, que é a que se usa no cap. 8. Um valor muito abaixo do esperado para as mesmas condições indica problema (ar, caudal baixo, coletor sujo, sonda mal lida).

O que faz descer o desempenho

Este quadro serve de bússola nos capítulos de recolha de dados e de avarias.

7. Regulação elétrica: sondas, controlador diferencial e bomba

A regulação elétrica de um sistema solar resume-se a três coisas: as sondas que medem, o controlador que decide e a bomba que obedece. Qualquer das três pode estar bem e a instalação trabalhar mal por causa de uma ligação ou de um parâmetro.

As sondas Pt1000

A maior parte dos controladores solares usa sondas de platina Pt1000: a sua resistência é de 1000 Ω a 0 °C e sobe de forma quase linear com a temperatura. Isto permite verificar uma sonda com um multímetro, desligada do controlador.

Cada 1 °C representa cerca de 3,9 Ω. Por isso um erro de 1 Ω na resistência da cablagem corresponde a cerca de 0,26 K de erro de leitura.

Cuidados com as sondas:

• A sonda do coletor é de cabo resistente a altas temperaturas (silicone ou material equivalente, e não PVC comum), colocada na bainha do coletor, à saída (ponto mais quente).
• A sonda do depósito vai dentro da bainha da cuba, na zona da serpentina solar, encostada ao fundo da bainha, de modo a medir a água e não o ar.
• O cabo não corre junto de cabos de potência (interferências) e a ligação às extensões é soldada ou crimpada e protegida da água.
• Sonda curto-circuitada lê perto de 0 Ω (o controlador indica erro e temperatura absurda); sonda cortada lê infinito (circuito aberto).

Procedimento · testar uma sonda

1. Cortar a alimentação no quadro, bloquear o disjuntor e verificar a ausência de tensão, pela ordem que este capítulo fixa para todas as intervenções elétricas. Só então desligar os dois fios da sonda no borne.
2. Com o multímetro em ohms, medir a resistência nos dois fios.
3. Medir a temperatura real no local da sonda com um termómetro de contacto de confiança.
4. Comparar o valor lido com a tabela: por exemplo, 1155 Ω corresponde a 40 °C.
5. Se a diferença for superior a cerca de 1 a 2 K, suspeitar da sonda, do cabo ou da ligação (corrosão, humidade).
6. Voltar a ligar e confirmar no ecrã do controlador.

Exemplo resolvido · sonda do coletor com leitura errada

No controlador, T1 mostra 48 °C num dia de sol forte, enquanto o termómetro do grupo hidráulico lê 70 °C à ida dos coletores. Desliga-se a sonda e mede-se: 1185 Ω.

1. Interpolando a tabela: 40 °C = 1155 Ω; 60 °C = 1232 Ω. Entre os dois, 77 Ω por 20 K, ou seja 3,85 Ω/K.
2. 1185 - 1155 = 30 Ω, ou seja 30 / 3,85 = 7,8 K acima de 40 °C: temperatura equivalente ≈ 47,8 °C.
3. O controlador lê o que a sonda lhe dá (48 °C), por isso o controlador está certo e a sonda mede um sítio mais frio do que o coletor (70 °C). A sonda, em si, está boa; provavelmente não está encostada ao fundo da bainha ou está colocada no ponto errado.
4. Ação: retirar a sonda, limpar a bainha, voltar a colocá-la até ao fundo, e voltar a comparar. Se persistir, medir a resistência a uma temperatura conhecida (banho de água) para confirmar se a sonda está boa.

O controlador diferencial

O controlador compara T1 e T2 e comanda a bomba. Também controla funções de proteção. Ler o manual do modelo existente é indispensável, mas os parâmetros e as funções são comuns.

Regras para os diferenciais

1. ΔT on > ΔT off, com pelo menos 3 K de diferença entre eles. Se estiverem muito próximos, a bomba liga e desliga constantemente (pendulação), gastando energia e desgastando a bomba.
2. ΔT on baixo demais (por exemplo 3 K) faz a bomba arrancar quando o ganho é irrisório, gastando mais eletricidade na bomba do que o calor que recolhe.
3. ΔT off alto demais (por exemplo 8 K) faz parar a bomba quando ainda havia ganho útil, perdendo calor ao fim da tarde.
4. Temperatura máxima do depósito nunca ultrapassa o que o depósito e o fabricante suportam, e tem de ser coerente com a misturadora e com a proteção contra queimaduras.

A proteção contra o gelo em instalações com glicol

Em circuitos com glicol bem dimensionado, o fluido não congela e a função de proteção contra o gelo do controlador deve estar desligada: se estivesse ligada, o controlador faria circular fluido quente do depósito pelos coletores nas noites frias, perdendo calor para a atmosfera sem necessidade. Esta função é útil em sistemas de drenagem (drainback) ou com circuitos sem glicol, que não são o caso da instalação de referência.

Função de arrefecimento

Com o depósito cheio de calor e muito sol, os coletores entram em estagnação. Para limitar o stress do fluido, alguns controladores têm funções de arrefecimento: à noite, quando o coletor está mais frio que o depósito, a bomba liga e dissipa calor do depósito pelo coletor, até baixar um limite, deixando espaço para o dia seguinte. É uma decisão de projeto; o técnico verifica se está ativada de acordo com o desenho e não a liga sem critério (gastaria energia de bombagem e arrefeceria água que fazia falta).

Instalação elétrica: o que verificar

Em todas as intervenções elétricas o procedimento é o mesmo:

1. Cortar a alimentação no quadro e sinalizar/bloquear o disjuntor.
2. Verificar a ausência de tensão com o multímetro ou detetor de tensão.
3. Abrir o controlador e verificar apertos nos bornes de alimentação, bomba e sondas.
4. Verificar a ligação à terra da bomba e do controlador, e o estado da proteção diferencial.
5. Verificar o fusível do controlador, se existir.
6. Repor a alimentação, com a caixa de bornes fechada sempre que possível, e confirmar o funcionamento no ecrã.
7. Só com a alimentação reposta se fazem as medições em tensão: a corrente da bomba com a pinça amperimétrica em funcionamento, comparada com a placa, e a tensão nos bornes, com instrumento adequado à tensão da rede, ponteiras isoladas e sem tocar em partes ativas.

Os passos 1 a 5 fazem-se sem tensão; os passos 6 e 7, com tensão. Qualquer intervenção mecânica na bomba volta a exigir corte, bloqueio e verificação da ausência de tensão.

Há que garantir também que a alimentação do apoio elétrico tem protecção adequada e que o termóstato de segurança do depósito está operacional.

Exemplo resolvido · bomba que não arranca

O controlador mostra T1 - T2 = 14 K e o relé de saída ativo, mas o grupo está silencioso, o caudalímetro a zero.

1. Sem tensão. Cortar a alimentação no quadro, bloquear o disjuntor e verificar a ausência de tensão. Abrir a caixa de bornes da bomba e verificar a continuidade do cabo de alimentação, o estado dos apertos e do isolamento dos condutores (sem marcas de calor nem humidade).
2. Ainda sem tensão, tentar rodar o veio com a chave de fendas. Está duro: suspeita de bomba bloqueada.
3. Com tensão. Para confirmar que o controlador está a comandar a bomba, repor a alimentação e deixar a bomba em pedido de arranque (relé ativo). Medir a tensão nos bornes com multímetro adequado à tensão da rede, ponteiras isoladas e sem tocar em partes ativas: 230 V presentes.
4. Há tensão, a bomba não roda e o veio está duro: o problema está na bomba (bloqueada), e não no controlador.
5. Sem tensão outra vez. Cortar a alimentação, bloquear o disjuntor e verificar a ausência de tensão antes de tocar no veio. Desbloquear rodando o veio várias vezes.
6. Repor a alimentação. A bomba arranca; medir a corrente com a pinça amperimétrica: 0,27 A, conforme a placa (0,30 A na velocidade 2).
7. Registar a ocorrência e recomendar acompanhamento (bomba com sinais de fim de vida, procurar causa: instalação parada longos períodos, partículas no circuito).

8. Regulação hidráulica: pressão, vaso, caudal, purga e equilíbrio

A regulação hidráulica garante que o fluido chega ao sítio certo, com a pressão e o caudal certos, sem ar.

Pressão de enchimento e pré-carga do vaso

Três pressões formam um conjunto coerente:

• Pré-carga do vaso (P0): pressão do gás no vaso, medida sem líquido do lado da água.
• Pressão de enchimento a frio (Pf): pressão do circuito quando está frio e cheio, lida no manómetro.
• Pressão da válvula de segurança (Pv): pressão de abertura (por exemplo 6 bar).

Regras práticas, a verificar com o projeto e com o fabricante do vaso:

• P0 ≈ pressão estática + 0,3 bar, em que a pressão estática é a altura entre o vaso e o ponto mais alto do circuito (cada 10 m de coluna de líquido ≈ 1 bar).
• Pf ≈ P0 + 0,3 a 0,5 bar, para que o fluido já esteja um pouco dentro do vaso e este tenha reserva.
• Pressão máxima em serviço abaixo de cerca de 90% de Pv.

Na instalação de referência, o ponto mais alto dos coletores está 10 m acima do grupo hidráulico: pressão estática = 1,0 bar; P0 = 1,3 bar; Pf entre 1,6 e 1,8 bar.

Dimensionar e confirmar o vaso

O vaso deve poder receber:

1. a dilatação do fluido entre a temperatura de enchimento e a máxima;
2. o conteúdo dos coletores, que pode vaporizar em estagnação e empurrar fluido para o vaso;
3. uma pequena reserva de líquido.

Exemplo resolvido · verificar se o vaso de 12 L serve

Dados: volume total do circuito 18 L; dilatação estimada 7% do volume; volume dos 2 coletores 2 × 1,6 L = 3,2 L; reserva de 1 L; Pf = 1,8 bar; Pv = 6 bar, logo Pmax = 0,9 × 6 = 5,4 bar.

1. Volume a absorver: 0,07 × 18 = 1,26 L; mais 3,2 L dos coletores; mais 1 L de reserva: V útil = 5,46 L.
2. Fator de pressão: (Pmax + 1) / (Pmax - Pf), com pressões relativas: (5,4 + 1) / (5,4 - 1,8) = 6,4 / 3,6 = 1,78.
3. Volume mínimo do vaso: 5,46 × 1,78 = 9,7 L.
4. O vaso instalado tem 12 L: serve, com margem.
5. Conclusão: o vaso está bem dimensionado; se tivesse 8 L, seria curto e a válvula de segurança abriria nas estagnações.

Procedimento · verificar e acertar a pré-carga

1. Isolar o vaso do circuito (válvula de corte) e descarregar o lado do líquido até à pressão atmosférica, ou despressurizar o circuito.
2. Ligar o manómetro de pneus ou de azoto à válvula do vaso (como a de um pneu).
3. Ler a pré-carga. Comparar com o valor de projeto (1,3 bar no exemplo).
4. Corrigir com azoto (ou ar) se for baixa; libertar gás se for alta.
5. Fechar a válvula de gás, reabrir a válvula de corte do vaso (e bloquear na posição aberta).
6. Voltar a encher o circuito até à pressão de enchimento.

Um vaso com a membrana rasgada deixa passar fluido para o lado do gás: ao carregar a válvula de gás sai líquido. Nesse caso o vaso substitui-se.

Procedimento · enchimento do circuito primário

1. Pré-condição de segurança: confirmar que os coletores estão frios ou cobertos com lona opaca e que o circuito não está em estagnação. Nunca se enche nem se purga um circuito quente: há risco de queimadura e de projeção de vapor ou de fluido, e um golpe de vapor ao entrar fluido frio num coletor quente. Se o circuito está quente, cobrem-se os coletores e espera-se que arrefeçam.
2. Verificar que todas as válvulas de corte estão abertas, o vaso está ligado e a pré-carga está certa, e que a descarga da válvula de segurança está livre e canalizada (nunca tapada nem apontada para pessoas).
3. Ligar a bomba de enchimento às torneiras de enchimento e esvaziamento do grupo (uma de entrada, uma de retorno a um recipiente).
4. Encher com o fluido solar já misturado, em circuito fechado, para arrastar o ar; manter o enchimento até sair fluido sem bolhas.
5. Fechar a torneira de retorno e subir a pressão até à pressão de enchimento (1,8 bar no exemplo).
6. Purgar nos pontos altos, abrindo o purgador manual até sair só líquido.
7. Com os coletores ainda frios ou cobertos, ligar a bomba do circuito a velocidade máxima durante alguns minutos para arrastar o ar dissolvido; voltar a purgar.
8. Fechar a torneira de corte do purgador automático, se existir.
9. Verificar a pressão de novo e ajustar para a pressão de enchimento.
10. Fazer ensaio de estanquidade com a instalação a funcionar, em busca de fugas.
11. Registar pressão, data e tipo de fluido.

Purga de ar: sinais e prevenção

O ar acumula-se nos pontos altos e nas curvas. Uma instalação bem projetada tem purgador no ponto mais alto de cada ramo.

Regular o caudal

O caudal de um circuito solar de circulação forçada situa-se tipicamente em 30 a 50 litros por hora por metro quadrado de coletor. Na instalação de referência (4 m²) isso dá 120 a 200 L/h, isto é, 2,0 a 3,3 L/min.

Procedimento:

1. Ligar a bomba na velocidade média.
2. Ler o caudalímetro, em funcionamento com sol (ou com a bomba em modo manual).
3. Regular a abertura do regulador do caudalímetro até ao valor de projeto (por exemplo 2,8 L/min).
4. Confirmar o salto térmico entre ida e retorno com sol forte: como ordem de grandeza, deve rondar 8 a 15 K. Este intervalo decorre do caudal de 30 a 50 L/(h·m²): com cerca de 800 W/m² de irradiância e um rendimento da ordem de metade, o campo cede cerca de 400 W/m² ao fluido, o que, a esses caudais, dá um salto desta ordem. Com caudais mais altos o salto é menor, e com caudais baixos é muito maior; manda sempre o projeto e a ficha técnica do fabricante.
5. Se o salto for demasiado alto (por exemplo 25 K), aumentar o caudal; se demasiado baixo (por exemplo 3 K), reduzi-lo ou passar a bomba a uma velocidade menor.
6. Registar o valor de caudal e a velocidade da bomba.

Caudal a mais gasta eletricidade, aumenta o ruído e leva a sonda a ver menos diferença; caudal a menos faz o fluido aquecer muito no coletor e reduz o rendimento.

Equilíbrio hidráulico entre coletores

Com vários coletores, cada um deve receber o mesmo caudal; se não, os mais próximos da entrada recebem mais e os do fim recebem menos, aquecem mais e rendem pior. Boas práticas de montagem, que o técnico reconhece e verifica:

• Retorno invertido: o primeiro coletor a receber é o último a devolver, de modo que todos os percursos tenham o mesmo comprimento.
• Número de coletores em série limitado ao que o fabricante permite.
• Válvulas de equilíbrio nos ramos de baterias paralelas, reguladas de acordo com o projeto.

Exemplo resolvido · duas baterias desequilibradas

Duas filas de dois coletores em paralelo. Com sol forte, a fila 1 tem ida (saída da fila) a 65 °C e a fila 2 a 83 °C, com a mesma temperatura de retorno.

1. A fila 2 aquece mais: recebe menos caudal.
2. A fila 1, que tem menos temperatura de saída, recebe mais caudal que o devido.
3. Ação: fechar ligeiramente a válvula de equilíbrio da fila 1 (ou abrir a da fila 2), voltar a medir as duas saídas das filas com um termómetro de contacto e iterar.
4. Critério de aceitação: diferença entre as duas saídas das filas inferior a cerca de 5 K, em regime estável e com sol.

9. Regulação mecânica e misturadora termostática

A regulação mecânica cobre o que se vê e se aperta: estruturas, fixações, ligações, isolamentos e válvulas. A misturadora termostática é o componente que protege o utilizador.

Estrutura e fixações dos coletores

Os coletores suportam sol, vento e, em climas frios, neve. Verifica-se:

Alertas importantes de manutenção:

• Não apertar demais ligações roscadas com juntas de fibra: esmaga a junta e provoca fuga. Em ligações com junta plana, usar o aperto indicado pelo fabricante.
• Reapertar a quente ligações que estiveram sujeitas a ciclos térmicos intensos (as dilatações soltam apertos).
• Usar apenas vedação aprovada pelo fabricante para glicol e para a temperatura de estagnação: a fita ou a estopa comum nem sempre serve.

Isolamentos expostos ao sol

As tubagens entre os coletores e a cobertura estão expostas à radiação UV e às intempéries.

1. Verificar se o isolamento é de material adequado para exterior e alta temperatura.
2. Verificar se tem proteção contra UV (cobertura de alumínio, fita específica, manga).
3. Reparar rasgões e refazer as juntas do isolamento nas ligações; um troço mal isolado perde calor e envelhece mais depressa.
4. Substituir isolamento encharcado ou comido por aves.
5. Fechar as costuras para baixo, para a água da chuva não entrar.

Válvulas de corte e de retenção

Nas válvulas do grupo e do circuito verifica-se:

• Se rodam sem encravar (as de corte manobram-se uma vez por ano, para não gripar).
• Se as retenções fecham bem: avaliar pelo teste de termossifão à noite (capítulo 11) ou, com circuito em pressão, pela impossibilidade de circulação inversa quando a bomba está parada.
• Se a válvula de segurança não está com fuga permanente (pingo) e se a sua descarga está livre.

A misturadora termostática

Num depósito com água armazenada quente, a água que sai pode estar a temperaturas que provocam queimaduras graves: a 60 °C bastam poucos segundos. A misturadora termostática, instalada à saída do depósito, mistura água quente com água fria para entregar à rede de distribuição uma temperatura regulada e constante, normalmente na ordem de 45 a 50 °C, conforme definido no projeto e nas normas em vigor.

Componentes

• Três ligações: entrada de água quente (do depósito), entrada de água fria (da rede) e saída de água misturada (para as torneiras).
• Um elemento termostático (cera ou bimetal) que ajusta continuamente a proporção.
• Um manípulo de regulação com escala.
• Válvulas de retenção nas entradas, para evitar retornos entre quente e fria.

Procedimento · afinar a misturadora

1. Esperar que o depósito tenha uma temperatura bem acima da que se quer à saída (por exemplo, 60 °C ou mais).
2. Abrir uma torneira próxima, deixando correr cerca de 1 a 2 minutos até a temperatura estabilizar.
3. Colocar um termómetro no jacto da água e ler a temperatura.
4. Rodar o manípulo para subir ou descer; esperar um minuto após cada ajuste; repetir até atingir o valor de projeto (por exemplo 48 °C).
5. Fixar a regulação (parafuso de bloqueio, limitador de curso ou selo), se existir.
6. Ensaiar a falha de água fria: fechar a água fria à misturadora; o caudal da misturadora deve diminuir drasticamente ou parar (função de segurança de corte). Reabrir.
7. Registar a temperatura e a data.

Sintomas e causas

Exemplo resolvido · afinar a misturadora

O depósito está a 62 °C e a misturadora, reposta depois de uma limpeza, entrega 55 °C à torneira da cozinha. O projeto pede 48 °C.

1. Rodar o manípulo no sentido de mais frio um pouco (um quarto de volta) e esperar 1 minuto.
2. Nova leitura: 50 °C. Rodar mais um oitavo.
3. Leitura: 48 °C, estável durante 2 minutos.
4. Ensaiar a falha de água fria: o jacto cai quase a nada. Boa função de segurança.
5. Registar: depósito 62 °C, saída 48 °C, data, assinatura.

10. Recolher e avaliar os dados de funcionamento

Regular bem uma instalação exige dados. Sem leituras, tudo é opinião.

O que se recolhe e com que instrumentos

O termómetro de infravermelhos é útil para identificar pontos quentes e frios em tubagens, mas lê mal superfícies brilhantes (isolamento em alumínio) por reflexão; é um indicador, não uma medida de precisão.

Cuidados na recolha

1. Medir sempre nas mesmas condições: mesma hora, mesma situação (bomba a andar, sol), para poder comparar.
2. Registar a hora, a irradiância (estimada) e o consumo do dia.
3. Esperar a estabilização de uma leitura (um a dois minutos).
4. Anotar o valor, não a opinião ("bom" ou "mau").
5. Anotar a unidade (L/min ou L/h; bar ou kPa; °C ou K).

A ficha de registo

Uma boa ficha de registo de manutenção tem:

O registo passa a ser referência: daqui a um ano, as mesmas condições devem dar valores semelhantes.

Avaliar os dados: perguntas a fazer

1. A bomba arranca e pára quando devia? (T1 - T2 e diferenciais)
2. O caudal está dentro do intervalo?
3. O salto de temperatura entre ida e retorno é razoável?
4. A pressão está estável?
5. A temperatura do depósito sobe durante o dia e mantém-se à noite?
6. A água à torneira está dentro da temperatura de projeto?

Exemplo resolvido · interpretar uma sequência de leituras

Numa visita, anotam-se, num dia limpo, às 11:00, às 13:00 e às 15:00:

1. Diferencial T1 - T2: 20, 24 e 20 K: sempre bem acima de ΔT on e de ΔT off.
2. Salto ida-retorno: 11, 15 e 15 K: bom.
3. Caudal constante: 2,8 L/min, dentro do projeto.
4. Pressão: sobe com a temperatura de 2,3 a 2,8 bar, o que é normal (dilatação do fluido); volta a baixar à noite.
5. Energia ganha entre 11:00 e 15:00: o depósito de 200 L subiu 21 K (38 para 59 °C): Q = 200 × 1,163 × 21 ≈ 4 885 Wh ≈ 4,9 kWh em 4 horas, ou seja, uma média de 1,2 kW.
6. Conclusão: funcionamento normal. Registar como referência.

Exemplo resolvido · leituras que denunciam um problema

Às 13:00, num dia limpo: T1 = 95 °C, T2 = 50 °C, ida 72 °C, retorno 49 °C, caudal 0,9 L/min, bomba ligada na velocidade 2, pressão 2,0 bar a descer.

1. Salto ida-retorno: 23 K, o dobro do esperado.
2. Caudal: 0,9 L/min, muito abaixo dos 2,8 do projeto.
3. T1 muito alta com ΔT enorme e bomba ligada: o fluido quase não circula.
4. Pressão a descer: pode haver fuga ou o ar ainda a ser purgado.
5. Hipótese: ar nas tubagens ou filtro obstruído ou bomba com desgaste.
6. Ação: purgar com a bomba em velocidade máxima; se o caudal subir para o normal, era ar. Procurar fugas se a pressão voltar a descer nos dias seguintes.

11. Avarias típicas e diagnóstico

Diagnosticar é seguir um método: observar, medir, formular hipótese, testar, corrigir, registar. Nunca se muda um parâmetro ao acaso. As avarias mais frequentes em instalações solares térmicas são as que se seguem.

Quadro de diagnóstico rápido

Estagnação e sobreaquecimento no verão

O que é: o depósito chegou à temperatura máxima, a bomba parou e os coletores, ainda com sol, ficam sem circulação. O fluido dentro dos coletores aquece muito, ferve e empurra líquido para o vaso. Quando o sol baixa e o coletor arrefece, o vapor condensa e o líquido regressa ao circuito.

Consequências: o glicol degrada-se com a repetição; a pressão sobe; a válvula de segurança pode descarregar; vedantes e juntas envelhecem.

Diagnóstico:

1. Verificar se a temperatura do depósito atingiu o máximo programado.
2. Verificar se T1 chegou a valores muito altos.
3. Medir a pré-carga do vaso (a causa de estagnações mal absorvidas é muitas vezes o vaso).
4. Verificar o pH e a cor do fluido, que são o diário das estagnações.
5. Verificar o consumo: um depósito pequeno para o campo de coletores, ou consumo muito baixo em férias.

Correções: vaso corretamente carregado e dimensionado; função de arrefecimento (recooling) quando prevista no projeto; sombreamento temporário dos coletores em ausências prolongadas (lona) ou função de "férias" do controlador; revisão do dimensionamento junto do projetista se o problema for estrutural.

Ar no circuito

Sintomas: ruído, caudal instável, ΔT elevado, pressão que varia.

Procedimento: com o circuito frio, purgar nos pontos altos; ligar a bomba à velocidade máxima e voltar a purgar; completar a pressão; fechar a torneira do purgador automático. Se o ar volta, procurar entrada de ar: ligações não estanques, vaso com a pré-carga baixa, purgador automático aberto com vapor.

Bomba bloqueada ou avariada

Primeiro sem tensão: cortar, bloquear o disjuntor e verificar a ausência de tensão; verificar o cabo e os apertos e tentar rodar o veio. Depois, com a alimentação reposta e a bomba em pedido de arranque, medir a tensão nos bornes e a corrente, com instrumento adequado e ponteiras isoladas. Se a corrente for muito alta, o rotor está agarrado ou há sujidade; se for nula com tensão presente, a bobina está avariada. Antes de voltar a tocar no veio, cortar, bloquear e verificar outra vez a ausência de tensão. Substituir a bomba com o circuito despressurizado e isolado.

Sonda mal colocada ou avariada

Ver o capítulo 7. Sintomas típicos: T1 ou T2 absurdas (valores negativos, de 150 °C ou 0), erros no ecrã, comportamento incoerente com o sol. Testar a resistência, verificar a bainha e o cabo, substituir se for necessário e recolocar sempre encostada ao fundo da bainha.

Circulação inversa por termossifão à noite

O que acontece: à noite, a água do depósito está quente e os coletores frios. Se o fluido puder circular por gravidade (coletores acima do depósito, sem retenção), o fluido quente do depósito sobe por um ramo e o frio desce pelo outro, arrefecendo o depósito pelos coletores. É um ciclo que gasta o calor armazenado, em silêncio, durante a noite.

Como detetar:

1. À noite ou de manhã cedo, tocar com cuidado (ou medir com termómetro de contacto) nas tubagens de ida e de retorno junto ao grupo: tubagens mornas com a bomba parada indicam circulação.
2. Ver o registo: temperatura do depósito de manhã muito abaixo da do fim da tarde, sem consumo.
3. Observar T1 de noite: valor anormalmente alto (acima do ambiente) com a bomba parada.

Causas e correções:

Legionela por temperatura baixa do depósito

Causa: a parte inferior do depósito (zona solar) fica muitas horas na faixa de temperaturas mornas e, sem aquecimento periódico a temperatura elevada, a bactéria pode multiplicar-se.

Medidas de prevenção (procedimento genérico):

1. Confirmar a temperatura de armazenamento definida pelo projeto e pela legislação em vigor, e regular o apoio para a garantir na zona superior, que é a que ele aquece.
2. Programar ciclos de desinfeção térmica do depósito, com a periodicidade e a temperatura definidas pelas regras aplicáveis, de modo a que alcancem todo o volume, incluindo a zona inferior (um apoio que aquece só a parte superior não a trata por si só), e assegurar a proteção dos utilizadores (misturadora à saída).
3. Evitar ramais mortos, águas paradas e depósitos sobredimensionados.
4. Registar as temperaturas e as intervenções de desinfeção.
5. Em caso de suspeita, não improvisar: comunicar ao responsável da instalação, que seguirá o regime de prevenção e controlo da legionela em vigor.

Outras avarias a reconhecer

• Vidro estalado: choque térmico (água fria sobre vidro quente), pedra, granizo. Substituir o vidro ou o coletor.
• Perda de vácuo num tubo: o tubo fica esbranquiçado ou perde o brilho espelhado. Substituir o tubo.
• Corrosão em ligações: humidade permanente, mistura de metais diferentes sem isolamento galvânico. Refazer ligações e verificar a proteção.
• Fuga na serpentina: perda de pressão no primário com sinais de fluido no circuito sanitário, ou o contrário. Substituir o depósito ou a serpentina.
• Apoio elétrico a funcionar em permanência: termostato avariado ou regulado demasiado alto; ver programação.

Exemplo resolvido · depósito frio de manhã

Cliente: "A água só está quente à noite e de manhã está morna, mesmo sem ninguém ter gasto." Observação ao fim da tarde: depósito a 62 °C. De manhã, às 7:30: 41 °C. Perda de 21 K sem consumo.

1. Perda por isolamento do depósito: em condições normais, um depósito de 200 L perde alguns graus por noite, não 21 K. A hipótese do isolamento fica de lado.
2. Hipótese: termossifão. Medir com o termómetro de contacto as tubagens de ida e de retorno junto ao grupo às 7:30: ambas mornas (cerca de 35 °C), com a bomba parada.
3. Teste: inspecionar a retenção do grupo: mecanicamente solta, mola partida (aberta por gravidade).
4. Correção: substituir a válvula de retenção e ensaiar: na manhã seguinte, a perda é de 4 K.
5. Registo: descrição, causa, peça substituída, valores antes e depois.

Exemplo resolvido · bomba a pendular

Num dia de sol intermitente, a bomba liga e desliga a cada 2 minutos. ΔT on = 4 K, ΔT off = 3 K.

1. Diferença entre diferenciais: 1 K, insuficiente. Qualquer variação de T1 de 1 K liga ou desliga a bomba.
2. Correção: ΔT on = 7 K e ΔT off = 3 K (diferença de 4 K).
3. Verificação: observar durante uma hora; a bomba passa a ligar e desligar com espaçamentos de dezenas de minutos, ou continua a andar com sol.

12. O plano de manutenção e a sua execução

A manutenção preventiva evita avarias, mantém o rendimento e prolonga a vida da instalação. Um plano de manutenção é uma lista de tarefas com periodicidade, que o técnico executa e regista.

Plano de manutenção de referência

Cada fabricante e cada projeto define o seu próprio plano: o plano acima é um ponto de partida, não substitui o documento do equipamento instalado.

Procedimento · execução de uma visita de manutenção

A ordem importa. O que se faz primeiro condiciona o que se pode medir depois.

1. Preparar a visita. Ler o histórico (registos anteriores); levar instrumentos (multímetro, pinça amperimétrica, termómetro de contacto, manómetro, refratómetro, tiras de pH, chaves, bomba de enchimento, lona opaca), EPI e fluido sobresselente.
2. Falar com o utilizador. Perguntar por queixas (água fria, ruídos, descargas).
3. Registo de entrada (com a instalação a funcionar). Ler T1, T2, ida, retorno, caudal, pressão e corrente da bomba antes de mexer em nada. Esta é a fotografia do funcionamento real.
4. Segurança e acesso. Preparar o trabalho em altura; cobrir os coletores com lona opaca se vai mexer neles, e esperar que arrefeçam.
5. Coletores e estrutura. Inspeção visual, fixações, limpeza do vidro.
6. Isolamentos e tubagens. Inspeção e reparação.
7. Circuito hidráulico. Verificar fugas, apertos, válvulas; manómetro, pré-carga do vaso, purga; verificar a válvula de segurança.
8. Fluido. Recolher amostra, refratómetro, pH, cor.
9. Parte elétrica. Pela ordem do capítulo 7: cortar a alimentação, bloquear o disjuntor e verificar a ausência de tensão; sem tensão, apertos e sondas (resistência); repor a alimentação para as medições em tensão (corrente da bomba, parâmetros do controlador); e cortar, bloquear e verificar outra vez antes de qualquer desbloqueio mecânico da bomba.
10. Depósito e apoio. Ânodo (se previsto), isolamento, termostato do apoio, programação.
11. Misturadora. Medir a temperatura à saída e ensaiar.
12. Repor tudo em serviço e voltar a ler os valores como no passo 3. Comparar antes e depois.
13. Registo final e entrega. Preencher a ficha, assinar, informar o utilizador de anomalias e recomendações.

O que muda de ano para ano

Entre visitas, comparam-se os registos:

• pH a descer ao longo dos anos: fluido a envelhecer.
• Pré-carga a diminuir: vaso a perder gás.
• Pressão de enchimento a descer: fuga lenta.
• Corrente da bomba a subir: desgaste.
• Temperatura do depósito de manhã a descer: isolamento ou termossifão.

Exemplo resolvido · decidir após uma visita

Resultados de uma visita anual: vidro com sujidade ligeira (limpo); respiradouros livres; isolamento em 1 m de tubo rasgado (refeito); pressão a frio 1,4 bar (enchimento 1,8); pré-carga do vaso 0,9 bar (projeto 1,3); refratómetro -19 °C (exigido -20 °C); pH 7,6; corrente da bomba 0,29 A (placa 0,30 A); misturadora a 51 °C (projeto 48).

1. Pressão 1,4 bar: perdeu 0,4 bar. Verificar fugas e a pré-carga.
2. Pré-carga 0,9 bar: baixa (projeto 1,3). Corrigir. Possível causa da perda de pressão e de mau comportamento em estagnação.
3. Refratómetro -19 °C: 1 K abaixo do exigido; o pH de 7,6 está bom. Juntar fluido de concentração mais alta para corrigir (pequeno acerto), em vez de trocar tudo.
4. Corrente da bomba: normal.
5. Misturadora a 51 °C: acima dos 48 °C do projeto. Reajustar.
6. Ordem de intervenção: corrigir a pré-carga, repor a pressão a 1,8 bar, purgar, acertar o fluido, afinar a misturadora, voltar a medir tudo.
7. Relatório: valores antes e depois, ações, próxima visita em 12 meses.

13. Segurança, ambiente e documentação

A segurança não é um capítulo à parte: faz parte de cada procedimento. Aqui juntam-se os riscos específicos e as regras.

Riscos específicos e medidas

EPI recomendado

Capacete (em obra), calçado de segurança antiderrapante, luvas adequadas (calor, corte, químicos), óculos de proteção, arnês e linha de vida (trabalho em altura), roupa de manga comprida. O EPI é escolhido segundo a avaliação de riscos do trabalho.

Ambiente: resíduos

• Fluido usado: recolhido em recipiente identificado e encaminhado segundo as regras dos resíduos; nunca para esgoto, rede pluvial ou solo.
• Material elétrico e eletrónico (controlador, sondas, bomba): encaminhado para recolha própria de resíduos de equipamentos elétricos.
• Vidros e restos de isolamento: separados.
• Ficha de dados de segurança do fluido sempre acessível.

Documentação

• Ficha de registo da visita, assinada, entregue ao responsável da instalação.
• Livro ou registo de manutenção da instalação, em que cada intervenção fica registada.
• Manuais e esquemas guardados com a instalação.
• Regulamentos aplicáveis (legionela, eficiência energética de edifícios, sistemas técnicos, equipamentos sob pressão): consultados na versão em vigor, sem confiar na memória.

O enquadramento regulamentar da certificação energética e dos sistemas técnicos dos edifícios é matéria que muda: o técnico confirma as regras na fonte oficial atual antes de afirmar prazos ou exigências ao cliente. Sempre que não houver certeza, escreve-se de forma genérica e remete-se para o diploma em vigor.

Erros comuns

• Subir ao telhado com os coletores ao sol e sem os cobrir: queimaduras e vidro estalado por choque térmico.
• Lavar o vidro quente com água fria.
• Tapar os respiradouros do coletor, ou usar silicone onde não devia.
• Deixar o purgador automático aberto depois da purga: o vapor destrói-o e entra ar.
• Medir a pré-carga do vaso com o circuito em pressão, o que dá um valor falso.
• Acertar a pressão a quente em vez de a frio.
• Diferenciais demasiado próximos (ΔT on e ΔT off): a bomba pendula.
• Deixar a função de proteção contra o gelo ligada num circuito com glicol: arrefece o depósito sem necessidade.
• Sonda do depósito fora do fundo da bainha ou colocada na zona do apoio.
• Cabo de sonda comum (PVC) junto ao coletor, que derrete com a temperatura.
• Ler o refratómetro com a escala errada (etilenoglicol em vez de propilenoglicol).
• Corrigir só a concentração de um fluido já degradado (pH baixo, escuro, cheiro a queimado).
• Não verificar a retenção e achar que o depósito arrefece por "isolamento mau".
• Regular a misturadora com o depósito frio, para depois a água sair quente demais.
• Pensar que o apoio basta para a legionela sem confirmar temperaturas e periodicidade no regime em vigor.
• Despejar o fluido usado no esgoto ou no solo.
• Registar "tudo bem" em vez dos valores medidos, com unidades.

Glossário

• Absorsor: placa escura do coletor, com revestimento seletivo, que absorve a radiação e transfere o calor ao fluido.
• Apoio: fonte de energia complementar (resistência elétrica, caldeira) que garante a temperatura quando o sol não chega.
• Bainha: tubo fechado, na cuba ou no coletor, onde se mete a sonda para medir sem contactar o fluido.
• Circuito primário: circuito fechado com fluido solar entre coletores e serpentina.
• Circuito secundário: circuito de água sanitária, do depósito às torneiras.
• Coletor plano: coletor em caixa com vidro e absorsor, de aplicação geral.
• Coletor de tubos de vácuo: coletor com tubos de vidro duplo e vácuo, de melhor rendimento em tempo frio e temperaturas de estagnação mais altas.
• Controlador diferencial: regulador que liga e desliga a bomba pela diferença entre a temperatura do coletor e a do depósito.
• Diferencial de arranque (ΔT on): diferença que liga a bomba.
• Diferencial de paragem (ΔT off): diferença abaixo da qual a bomba desliga.
• Estagnação: situação em que a bomba está parada e o coletor, ao sol, aquece sem circulação do fluido.
• Estratificação: separação da água do depósito por temperaturas, a quente em cima e a fria em baixo.
• Fração solar: parte da energia necessária para a água quente que é fornecida pelo sol.
• Grupo hidráulico: bloco com bomba, caudalímetro, retenções, manómetro, válvulas e ligações do circuito primário.
• Histerese: diferença entre os limiares de arranque e de paragem, que evita comutações constantes.
• Ida: ramo que leva o fluido quente dos coletores ao depósito.
• Irradiância: potência da radiação solar por unidade de área, em W/m².
• Legionela: bactéria que prolifera em água morna parada e é inalada em aerossóis.
• Misturadora termostática: válvula que mistura água quente e fria para entregar uma temperatura constante e segura.
• Pendulação: ligar e desligar da bomba em intervalos curtos por diferenciais mal ajustados.
• Pré-carga: pressão do gás no vaso de expansão, medida sem líquido do lado da água.
• Propilenoglicol: anticongelante de baixa toxicidade usado no fluido solar.
• Pt1000: sonda de platina com 1000 Ω a 0 °C.
• Refratómetro: instrumento que mede a concentração do glicol pelo índice de refração, lendo a proteção contra o gelo.
• Retenção: válvula que só deixa o fluido passar num sentido, impedindo a circulação inversa.
• Retorno: ramo que devolve o fluido arrefecido do depósito aos coletores (é normalmente onde fica a bomba).
• Serpentina: permutador de calor em tubo enrolado no interior do depósito.
• Termossifão: circulação natural do fluido por diferença de densidade.
• Vaso de expansão: recipiente com membrana que absorve a dilatação e o volume de vapor do fluido.
• Válvula de segurança: válvula que descarrega quando a pressão atinge o valor para que está tarada.

Síntese

Um sistema solar térmico de circulação forçada capta o calor nos coletores (planos ou de tubos de vácuo), transporta-o pelo circuito primário com uma mistura de água e propilenoglicol, e cede-o à água sanitária através da serpentina do depósito. O controlador diferencial liga a bomba quando T1 - T2 passa o diferencial de arranque (6 a 8 K) e desliga-a abaixo do de paragem (3 a 4 K), com a temperatura máxima do depósito como limite. O grupo hidráulico reúne bomba, caudalímetro, retenções e manómetro; o vaso de expansão (pré-carga ≈ pressão estática + 0,3 bar; enchimento ≈ pré-carga + 0,3 a 0,5 bar), a válvula de segurança e o purgador (fechado depois da purga) protegem e mantêm o circuito. O fluido verifica-se com o refratómetro (proteção contra o gelo) e o pH, e substitui-se quando os inibidores se esgotam. O caudal anda por 30 a 50 L/(h·m²) e o salto ida-retorno por 8 a 15 K. A potência útil calcula-se com P = m × cp × ΔT, e a ficha de registo com valores, hora e condições é a base de toda a avaliação. As avarias típicas (estagnação, ar, bomba bloqueada, sonda mal colocada, termossifão, legionela) diagnosticam-se com método, medindo antes de mexer. O plano de manutenção faz-se numa ordem fixa, com leituras antes e depois, e tudo com segurança (coletores cobertos, trabalho em altura, eletricidade bloqueada, fluido recolhido) e documentação em dia, confirmando na redação em vigor a matéria regulamentar.

Exercícios resolvidos

1. A sonda do depósito, desligada, mede 1232 Ω. Que temperatura indica?

Resolução: na tabela da Pt1000, 1232 Ω corresponde a 60 °C.

2. Com ΔT on = 6 K e ΔT off = 3 K, T2 = 45 °C. A que valor de T1 a bomba liga e a que valor desliga (quando T2 se mantém em 45 °C)?

Resolução: liga quando T1 - T2 ≥ 6 K, isto é, T1 ≥ 51 °C. Desliga quando T1 - T2 ≤ 3 K, isto é, T1 ≤ 48 °C.

3. Qual é o caudal recomendado, em L/min, para 6 m² de coletores, a 40 L/(h·m²)?

Resolução: 6 × 40 = 240 L/h; 240 / 60 = 4,0 L/min.

4. Um circuito tem caudal de 150 L/h, densidade 1,03 kg/L, cp = 3,7 kJ/(kg·K) e ΔT ida-retorno de 10 K. Qual é a potência útil?

Resolução: m = 150 × 1,03 = 154,5 kg/h = 0,0429 kg/s. P = 0,0429 × 3,7 × 10 = 1,59 kW.

5. Um edifício tem ponto mais alto 15 m acima do vaso. Calcula a pré-carga e a pressão de enchimento.

Resolução: pressão estática = 1,5 bar. P0 = 1,5 + 0,3 = 1,8 bar. Pf = P0 + 0,3 a 0,5 = 2,1 a 2,3 bar.

6. Com válvula de segurança de 6 bar, qual é a pressão máxima em serviço recomendada (90%)?

Resolução: 0,9 × 6 = 5,4 bar.

7. O refratómetro lê -14 °C onde se exige -20 °C. O pH é 8,2 e o fluido tem cor normal. Que se faz?

Resolução: o fluido está são (pH bom), mas a concentração é baixa. Corrige-se juntando fluido de concentração mais alta (ou fluido concentrado, nas proporções do fabricante), voltando a ler até se alcançar a proteção exigida.

8. Quanta energia é preciso para aquecer 300 L de água de 14 °C para 50 °C?

Resolução: Q = 300 × 1,163 × 36 = 12 560 Wh ≈ 12,6 kWh.

9. Um depósito perde 18 K de uma tarde para a manhã seguinte, sem consumo. Qual é a primeira hipótese e como se testa?

Resolução: termossifão invertido (retenção avariada ou em falta). Testa-se verificando, de manhã cedo, se as tubagens de ida e de retorno estão mornas com a bomba parada, e inspecionando a retenção.

10. Numa estagnação de verão, a válvula de segurança descarrega. A pré-carga medida é 0,6 bar para um valor de projeto de 1,3 bar. Qual é a causa mais provável e a ação?

Resolução: o vaso, com a pré-carga baixa, não absorve o volume de fluido e vapor, e a pressão sobe até a válvula abrir. Ação: repor a pré-carga a 1,3 bar com o circuito despressurizado, repor a pressão de enchimento, verificar o fluido (estagnações degradam-no) e o estado da membrana.