A Evolução dos Aquecedores de Água Solares

1767 – A “caixa quente” de Saussure

Horace-Bénédict De Saussure, um grande naturalista suíço observou que um quarto, uma carruagem ou outro ambiente fechado com vidros se tornavam mais quentes quando os raios do sol passavam por esses vidros. Para determinar a eficácia de retenção de calor com tampas de vidro, em 1767, Saussure iniciou pesquisas, por sua iniciativa, tendo construído uma estufa especial, composta de 5 caixas de vidro de tamanhos crescentes, de forma que pudessem ser sobrepostas uma dentro da outra. A estufa, chamada por ele de “caixa quente”, foi exposta ao sol sobre uma mesa com a superfície de cor preta, sempre direcionada perpendicularmente ao sol para que pudesse captar o máximo de luz solar.

Após algumas horas, Saussure percebeu que a caixa externa era a que tinha a temperatura mais baixa e a temperatura aumentava sucessivamente nas caixas internas. Nas suas experiências, o fundo da caixa mais interna registou a temperatura mais alta: 87,5 graus Célsius.

Numa segunda experiência, Saussure construiu uma caixa retangular de madeira que revestiu com cortiça pintada de cor preta, tendo percebido que se podiam atingir temperaturas ainda maiores. Saussure não tinha certeza de como o sol aquecia as caixas de vidro, mas hoje podemos explicar melhor o que aconteceu: a luz do sol penetrou as tampas de vidro, o revestimento interno preto absorveu a luz solar e a converteu em calor. Apesar do vidro transparente permitir que os raios solares penetrem facilmente através dele, ele impede o calor de fazer o mesmo. A caixa quente de Saussure tornou-se o protótipo para os coletores solares que fornecem água aquecida pelo sol a milhões de pessoas, desde 1891.


Os primeiros aquecedores de água solares

Os primeiros aquecedores solares de água eram tanques
 de metal pintados de preto, contendo água
 e inclinados para enfrentar o sol.
No século XIX, não existia nenhuma maneira fácil de aquecer a água.  As pessoas geralmente usavam um fogão de cozinhar para essa finalidade.   Nas cidades, os mais ricos aqueciam a água com gás produzido a partir de carvão. Ainda assim, o combustível não queimava limpo e os aquecedores tinham que ser acesos de cada vez que alguém queria esquentar a água.  Se alguém se esquecesse de apagar as chamas, o tanque poderia explodir.  Para aumentar o problema do aquecimento de água, em muitas áreas, além do custo da madeira, do carvão ou do gás de carvão, muitas vezes esses produtos não podiam ser obtidos facilmente.  Para contornar esses problemas, muitos agricultores e outros trabalhadores que operavam ao ar livre inventaram uma maneira muito mais segura, mais fácil e mais barata para aquecer a água, colocando ao sol um tanque de metal, com água, pintado de preto para absorver o máximo de energia solar possível.  Esses foram os primeiros aquecedores solares de água de que há registo.  A desvantagem era que, mesmo em dias claros e quentes, geralmente era necessário tomar banho ao fim da tarde, para que a água chegasse quente, pois assim que o sol se punha, os tanques rapidamente perdiam o calor, porque  não tinham proteção contra o ar mais fresco da noite. 


Em 1891, em Baltimore, Clarence Kemp, patenteou a invenção do primeiro aquecedor solar de água comercial.



Publicidade da Climax
Este anúncio dizia mais ou menos o seguinte:
Água quente
sem fogo, sem custo, sem inconveniência 
Um aquecedor solar de água Clímax colocado no seu telhado vai dar-lhe o luxo de ter água quente sem o desconforto de manipular um fogão e aquecer o interior de sua casa.
Em relação a 2000 aquecedores que estão em funcionamento nesta localidade, qualquer usuário irá dizer-lhe que o aquecedor mais do que pagou o seu custo e, uma vez conhecido, é indispensável.

Na parte lateral esquerda está ainda a seguinte frase:
Colocamos acima (no telhado). O velho sol faz o resto.


Mais propaganda  do Climax solar - aquecedor de água,
 patenteado em 1891. Neste anúncio o preço está
 assinalado a 25 dólares, mas existe uma advertência,
 na parte lateral esquerda e no rodapé, dizendo
que o preço para 1892 foi reduzido para 15 dólares.
Clarence Kemp, que vendia equipamentos de ponta para aquecimento doméstico, combinou a velha prática de expor à luz solar tanques de metal com o princípio científico da "caixa quente", aumentando assim a capacidade de coletar e reter o calor dos tanques, tendo chamado à sua invenção, o "Climax". Kemp primeiro comercializou o produto da sua invenção para regiões do leste dos Estados Unidos, para cavalheiros cujas esposas iam de férias no verão com as suas empregadas domésticas, deixando-os à sua própria sorte. O inventor vendia os seus aquecedores, alegando que eles iriam reduzir o esforço necessário para realizar tarefas domésticas, especialmente para os homens que não estavam habituados a acender o forno a gás ou o fogão para aquecer a água. Mais tarde, Clarence Kemp, vai encontrar um mercado florescente para os seus aquecedores Clímax, em estados mais quentes, como a Califórnia. Em 1897, um terço dos agregados familiares, em Pasadena, usava o Climax para aquecer a água em suas casas.



1909: Surgiu um novo projeto de aquecedor solar de água que aumentava drasticamente o espaço de tempo em que a água permanecia quente, que iria ser um sucesso de vendas.

A água aquecida pelo sol flui através de tubos ligados
a uma chapa de metal dentro de uma caixa coberta de vidro.
A água aquecida, mais leve do que a água fria de entrada,
naturalmente sobe através das tubulações para um tanque de
armazenamento isolado, onde a água é mantida quente
para uso de dia e de noite.
Apesar do sucesso inicial da "Climax", os consumidores estavam insatisfeitos com uma grande desvantagem do aquecedor: a sua incapacidade para manter a água quente por mais do que algumas horas. O inventor William J. Bailey, da Carnegie Steel Company, separou o aquecedor solar em dois componentes: um elemento de aquecimento exposto ao sol e uma unidade de armazenamento isolada, mantida dentro da casa. A invenção de Bailey veio a permitir que as famílias tivessem água aquecida pelo sol durante todo o dia e noite e até mesmo na manhã seguinte. O elemento de aquecimento consistia de tubos ligados a uma chapa metálica pintada de preto, colocada dentro de uma caixa com cobertura de vidro.  Uma vez que a água a ser aquecida passava através de tubos estreitos em vez de um grande reservatório, Bailey reduziu o volume de água exposto ao sol momentaneamente e, por conseguinte, a água aquecia mais rapidamente.  O fornecimento de água quente por períodos mais longos colocou o aquecedor solar de água quente de Bailey, batizado de “Dia e Noite”, numa grande vantagem sobre a concorrência, forçando a Clímax a sair do mercado.  A partir de 1909, quando Bailey começou o seu negócio, até cerca de 1918, a sua empresa tinha vendido mais de 4000 aquecedores solares “Dia e Noite”.

As enormes descobertas de gás natural na bacia de Los Angeles nas décadas de 1920 e 1930, acabaram com a indústria dos aquecedores de água solares, naquela região.  Ao invés de perder dinheiro com as mudanças de energia, Bailey aproveitou todas as inovações que tinha feito no seu projeto de energia solar e o adaptou para um aquecedor de água a gás controlado por termóstato.  Com o seu novo “Dia e Noite”, aquecedor a gás, fez a sua segunda fortuna, tendo ainda vendido os direitos de patente do “Dia e Noite” aquecedor solar de água, a uma empresa da Florida.


“Ascensão e queda” da indústria dos aquecedores solares na Florida

Instalação de um aquecedor de água solar
 numa lavandaria na Florida, na década de 1930.
Um acréscimo de construção na Florida, durante a década de 1920, havia triplicado a população mas, assim como na Califórnia antes das grandes descobertas de petróleo, as pessoas tinham que pagar uma elevada taxa para aquecer a água.  O alto custo da energia, combinada com o clima tropical e o grande crescimento do parque imobiliário criou um grande negócio para aqueles que vendiam aquecedores solares de água.  Em 1941, mais de metade da população da Florida tinha a água aquecida pelo sol!  

Com o declínio das taxas elétricas, após a segunda guerra mundial, em conjunto com uma campanha agressiva por parte da Companhia de Eletricidade, com o intuito de aumentar consumo de energia elétrica através da oferta de aquecedores de água elétricos a preços de pechincha, levou a florescente indústria dos aquecedores solares de água da Florida a uma situação insuportável.


Os aquecedores solares no Japão

Tanques de água de metal em forma cilíndrica, 
colocados em caixas cobertas de vidro,
 cobriram os telhados de quase quatro
 milhões de lares japoneses em 1969.
Ao contrário da América, nos anos seguintes à segunda guerra mundial, os japoneses não tinham energia barata e abundante para fornecer água quente para satisfazer a procura. Os produtores de arroz, em particular, ansiavam por um banho quente depois de trabalhar longas horas nos arrozais quentes e húmidos, mas para aquecer a água, eles tiveram que queimar palha de arroz, produto que poderiam ter usado para alimentar o seu gado, ou fertilizar a terra.

Assim, quando uma empresa japonesa começou a comercializar um aquecedor solar de água simples, que consistia de uma bacia com o seu topo coberto por vidro, a aderência foi grande e mais de 100 mil aquecedores estavam já em uso na década de 1960. As pessoas que viviam nas cidades, tanto adquiriam um aquecedor solar de água de plástico, que se assemelhava a um colchão de ar insuflado com uma cobertura de plástico transparente, como um modelo mais caro, mas mais duradouro, que lembrava os velhos “Clímax” - aquecedores de água solares, que consistia em tanques  de metal, em forma cilíndrica, colocados numa caixa coberta com vidro. Perto de 4 milhões desses aquecedores solares de água foram colocados nos telhados até 1969.

A chegada de grandes petroleiros na década de 1960, permitiu o acesso do Japão a novos campos de petróleo no médio oriente, fornecendo-lhe combustível barato e abundante. Como tinha acontecido na Califórnia e na Florida, o setor de energia solar - aquecedores de água - entrou em colapso, mas não por muito tempo. O embargo do petróleo em 1973 e o subsequente aumento dramático do preço desse combustível fez renascer a indústria local dos aquecedores de água solares. As vendas anuais foram superiores a 100.000 unidades, a partir de 1973 até à segunda crise do petróleo em 1979. A partir desse ano as vendas saltaram para cerca de meio milhão e aumentaram para quase um milhão no ano seguinte. Por esta altura, os japoneses favoreciam os aquecedores solares de água que se assemelham ao modelo introduzido na Califórnia em 1909, por William J. Bailey, com as unidades de aquecimento e armazenamento separados. Como o preço do petróleo começou a estabilizar em 1985 e a cair acentuadamente nos anos seguintes, as vendas de aquecedores solares de água diminuíram também, mantendo-se, ainda assim, em torno  dos 250 mil em cada ano. Atualmente, mais de 10 milhões de domicílios japoneses aquecem a sua água com o sol.


O aquecimento solar de água na Austrália

Solahart, a principal fabricante australiana de
aquecedores solares de água, produziu na
década de 1970 um modelo de coletor-tanque
integral, para fácil instalação em telhados inclinados.
O novo design também economizou dinheiro
eliminando a extensa tubulação e a necessidade de
um tanque de armazenamento pesado nos sótãos.
A Solahart, a principal fabricante australiana de aquecedores solares de água produziu, na década de 1970, uma configuração coletor-tanque integral para fácil instalação em telhados inclinados, comummente encontrados na Austrália. O novo design também economizava dinheiro eliminando a extensa tubulação e a necessidade de um tanque de armazenamento pesado, no sótão.

De 1950 até o início dos anos 1970, alguns milhares de australianos se valeram do sol para aquecer a água. Os números cresceram fenomenalmente como consequência de dois picos enormes nos preços do petróleo em 1973 e 1979. Curiosamente, a compra de aquecedores solares de água durante estes anos atípicos variou de estado para estado. Enquanto 40 a 50% das pessoas que viviam nos territórios do norte da Austrália aquecia a água com o sol, o percentual caía para cerca de 15% na Austrália ocidental, afundando para menos de 5% nos estados do leste mais povoados. A diferença acentuada tinha mais a ver com o custo da eletricidade do que com a quantidade de sol disponível. Os habitantes dos territórios do norte e da Austrália ocidental compravam eletricidade gerada por petróleo e outros produtos importados, o que os tornava mais caros, enquanto aqueles que viviam nos estados do leste de Nova Gales do Sul, Queensland e Victoria, tiveram sua eletricidade produzida por carvão, um produto mais barato e que era extraído localmente.

No final de 1980, o mercado dos aquecedores solares de água australianos começou a estagnar. Gasodutos traziam o recém-descoberto gás natural para as regiões onde anteriormente o combustível era escasso, como os territórios do norte e Austrália ocidental e isso abrandou o crescimento da indústria dos aquecedores solares, nestes mercados. As exportações passaram a representar mais de 50% das vendas feitas pela Solahart, líder na fabricação de aquecedores solares de água na Austrália.


Israel – Manter os bons hábitos em consumo de energia

Levi Yissar, que trouxe o aquecimento solar de água
 para Israel, está ao lado do seu protótipo.
Ao contrário dos Estados Unidos e de grande parte da Europa, Israel, tal como o Japão, encontrou-se sem fornecimento de combustível em quantidade suficiente no início dos anos 1950. A situação tornou-se tão sombria que o governo decretou um racionamento do aquecimento de água e também do consumo de eletricidade. Apesar desse racionamento a escassez de energia piorou, causando falhas nas estações de bombeamento e ameaçando o encerramento de fábricas. Uma comissão especial nomeada pelo governo apontava como solução a compra de geradores mais centralizados para superar o problema. Essa conclusão não foi do agrado do engenheiro israelita, Levi Yissar, que sugeriu: "e que tal utilizar uma fonte de energia, que já existe e que o nosso país tem em abundância: o sol. Certamente que precisamos de trocar a energia elétrica pela energia solar, pelo menos para aquecer a nossa água". Yissar investiu o seu dinheiro na solução que apontara, tornando-se o primeiro fabricante de aquecedores solares de água em Israel.
Em 1967, cerca de uma, em cada vinte famílias, aquecia a água com o sol. Mas o petróleo barato proveniente do Irão na década de 1960, bem como de campos de petróleo capturados durante a Guerra dos Seis Dias, reduziu drasticamente o preço da electricidade e, consequentemente, do número de pessoas que compravam aquecedores solares de água.

Em 1973, a Guerra do Yom Kippur, originou um boicote do fornecimento de petróleo a Israel. Os israelitas reagiram a essa crise passando a comprar, em massa, aquecedores solares de água. Em 1983, 60% da população tinha a água aquecida pelo sol.

Quando o preço do petróleo caiu, em meados de 1980, o governo israelita não quis que as pessoas mudassem os seus bons hábitos de consumo de energia, como acontecera no resto do mundo. Era uma necessidade que os israelitas continuassem com o bom costume de aquecer a sua água utilizando a energia solar. Atualmente, mais de 90% das famílias israelitas possuem aquecedores solares de água.


Aquecimento de piscinas

Em 1970, os aquecedores de água solares para piscinas, eram classificados como a aplicação solar comercial menos anunciada e a mais bem sucedida. A produção de equipamentos para aquecimento de piscinas por energia solar e a necessidade dos proprietários de piscinas faziam um jogo perfeito. As unidades de armazenamento para a água aquecida por energia solar já existiam: as próprias piscinas. Os proprietários das piscinas apenas tinham que comprar os coletores solares e a bomba necessária para empurrar a água através deles, independentemente da tecnologia usada para aquecer a água. Como aqueles que utilizavam as piscinas não desejavam, como é evidente na maioria dos casos, a temperatura da água muito alta, os coletores solares não exigiam uma tampa de vidro cara, nem chapas de metal e tubulação dispendiosas. De facto, na década de 1970, a American Freeman Ford, desenvolveu um plástico de baixo custo para agir com o coletor solar. Expostos ao sol, a água circulava através de tubos estreitos de plástico, onde a temperatura da água era apenas a suficiente para aquecer a piscina. Naturalmente, a época de natação ao ar livre coincidia com a potência máxima dos colectores solares e isso era uma grande vantagem nesse tipo de utilização. Mesmo com a existência de outras formas de energia vendidas muito baratas, os proprietários de piscinas começaram a economizar dinheiro muito rapidamente com a energia solar.

Este artigo foi elaborado a partir de pesquisas efetuadas em vários sites de língua inglesa.

Fontes principais:



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