38 Estudo e propostas de melhoria para um Aquecedor Solar construído com materiais recicláveis objetivando aumento de qualidade de vida da comunidade parceria Cas@viva. Carlos Alberto de Carvalho Vasques vasques@inatel.br Flávio Antunes de Siqueira flavioantunes@gec.inatel.br Abstract - This project aims to build a solar heater using some recyclable materials. In addition to saving electricity and directly benefit the environment, the project aims to build awareness people that post consumer packaging that are deposited to the environment can become viable and useful to society, bringing with it a better quality of life for low cost. Index Terms - Solar heater, the environment, recyclable materials, environmental education, quality life. Resumo - Este projeto visa na construção de um aquecedor solar utilizando alguns materiais recicláveis. Além de economizar energia elétrica e beneficiar diretamente o meio ambiente, o projeto tem como objetivo conscientizar as pessoas de que as embalagens pós-consumo que são depositadas ao meio ambiente podem se tornar úteis e viáveis a sociedade, trazendo a ela uma melhor qualidade de vida a baixo custo. Palavras chave - Aquecedor solar, meio ambiente, material reciclável, educação ambiental, qualidade vida. I. INTRODUÇÃO Atualmente vivemos rodeados de alta tecnologia, mas são poucos os que se preocupam em uni-la ao meio ambiente, por isso pensamos em desenvolver uma pesquisa em cima de um projeto já existente conhecido como Água quente para todos de autoria do Sr. José Alcino Alano, onde ele fabrica um aquecedor solar com embalagens de longa vida e garrafas PET. O intuito da pesquisa não é apenas em cima de um protótipo, mas sim de uma conscientização ambiental na qual se envolve a comunidade acadêmica e a comunidade da cidade de Santa Rita do Sapucaí, MG, enfatizando estes como postos de coleta. Manuscrito recebido em 20 de Fevereiro 2012.. João Paulo Ricotta (jpauloricotta@gee.inatel.br), Diana das Graças Brandão (dianag@gee.inatel.br) e Flávio Antunes Siqueira (flavioantunes@gec.inatel.br) pertencem ao Inatel. Av. João de Camargo, 510 - Santa Rita do Sapucaí Diana das Graças Brandão dianag@gee.inatel.br João Paulo Ricotta Roberto jpauloricotta@gee.inatel.br Foi desenvolvido um kit do aquecedor solar para estudo de um grupo de alunos do Cas@viva com a finalidade de mostrar à comunidade, as vantagens do projeto, seja na área ambiental, na economia de energia elétrica e na conscientização da importância da coleta. II. DESENVOLVIMENTO Apesar de simples o aquecedor solar é um projeto que beneficia diretamente o meio ambiente por ser constituído de materiais recicláveis que possuem rendimento térmico. Com intuito de abaixar custos, utilizamos nas colunas de absorção térmica, tubos e conexões de PVC, mais barato do que tubos de cobre ou alumínio aplicados aos coletores que se encontram no mercado. As garrafas de PET e as embalagens de longa vida substituem a caixa metálica, o painel de absorção térmica e o vidro utilizado nos coletores convencionais. As cartonadas de longa vida que são pintadas de preto absorvem calor, o qual é retido no interior das garrafas e transferido para a água através das colunas de PVC, também pintadas de preto. A caixa de vidro dos coletores convencionais tem a função de proteger o interior do coletor, já neste projeto a substituímos por garrafas PET possuem a mesma função, protegendo principalmente contra os ventos e oscilações da temperatura. Para aquecer a água para o banho de uma pessoa necessita-se de um aquecedor solar de um metro quadrado, ou seja, em uma casa com quatro pessoas é necessário um aquecedor com um painel de quatro metros quadrados. Assim para uma pessoa são necessárias 60 garrafas PET e 50 embalagens de longa vida, logo, para uma família com quatro pessoas precisaremos de 240 garrafas PET e 200 embalagens longa vida. A. Embalagens Longa Vida pós - consumo: Após a coleta das embalagens, devemos lavá-las para evitar proliferação de insetos indesejáveis, sendo assim podemos
iniciar o corte nas embalagens de longa vida, adotando um tamanho para poder cortar as caixas de leite. O corte é para redução da altura da embalagem. Ele deve ser feito na parte de cima por onde sai o leite, visando deixar a embalagem totalmente reta e sem cortes em suas paredes. Do mesmo lado da embalagem faremos um novo corte na parte de baixo da caixa, depois do corte, será como se a embalagem ganhasse duas pernas. Este corte servirá para o encaixe do gargalo na próxima garrafa PET. Realizada todas as dobragens necessárias, iniciaremos o processo de pintura das embalagens de longa vida. O lado que deve ser pintado é aquele que contém a superfície lisa, o que contém a emenda da embalagem deve permanecer voltado para baixo, à tinta usada deve ser a esmalte sintético preto fosco, pois a tinta com brilho comprometerá o desempenho do coletor, uma vez que os raios solares serão em parte refletidos. As embalagens ficarão igual a da figura abaixo: 39 Figura 2: Material Usado. (cano de PVC do tamanho da Garrafa, estilete e a garrafa). Figura 3: Inserção do cano de PVC para corte da garrafa. Figura 1: após cortes e dobragens na caixa longa vida. B. Tubos de PVC de meia polegada Os tubos das colunas do coletor solar devem ser cortados de acordo com o tamanho do conjunto das garrafas PET. Cada módulo necessitará de cinco tubos com o mesmo comprimento. Depois de cortado, pintar os tubos das colunas com a mesma tinta aplicada nas caixas. Devemos isolar com fita crepe as duas extremidades, onde mais tarde serão encaixadas as conexões T. Para este encaixe será necessário a remoção deste isolamento mais tarde. C. Materiais-PET As garrafas PET pós-consumo que utilizamos na construção do aquecedor solar são as garrafas da Coca-Cola ou similares transparentes (2 litros). O motivo da utilização das garrafas de 2 litros é o seu melhor desempenho com relação ao armazenamento de calor. Para facilitar o corte das garrafas sugerimos a construção de um molde muito simples, mostrado nas figuras abaixo: Figura 4: Corte da garrafa no tamanho correto. Porque não pode usar PET verde? Como a cor verde absorve calor, supostamente causará a degradação da garrafa mais rapidamente, comprometendo a eficiência do aquecedor, razão pela qual não a recomendamos. D. Montagem A montagem é muito simples, verificaremos se as garrafas PET estão adequadas para o uso, assim damos o início aos encaixes uma a uma, num total de cinco, simulando as montagens das colunas do aquecedor. Nesta etapa colocaremos os tubos pintados anteriormente (não se esqueçam de retirar a fita crepe antes de encaixar o tubo na parte superior do módulo). Feito isso se faz o encaixe das primeiras garrafas PET, cada uma em sua respectiva coluna. O motivo de aplicarmos no máximo cinco garrafas por coluna é devido à facilidade de instalação do coletor em relação à altura da caixa d água, pois no sudeste do país existe uma maior inclinação em razão da latitude local. Em Santa Rita do Sapucaí, a latitude gira em torno 22º 15' 08"S, em quanto que no nordeste, a latitude gira em torno dos 3 Sul, isto significa, que o aquecedor no sudeste precisa estar muito mais inclinado em relação ao do nordeste. O que será muito mais complicado se o aquecedor for extremamente grande.
40 Com as cinco colunas devidamente preenchidas com as garrafas PET, necessitamos agora posicionar a embalagem longa vida, que já foi pintada e dobrada anteriormente. Nota-se que mesmo com as cinco garrafas, sobrará um espaço na qual será necessário apenas o gargalo de uma sexta garrafa para vedar o fundo da quinta garrafa, por isso a diferença entre o número de PET e o número de embalagem de longa vida. Devidamente montada cada coluna, agora basta finalizar o módulo pela adição do barramento inferior que deverá ser apenas encaixado nas colunas com o auxílio do martelo de borracha para absorver maior parte do impacto e não trincar ou quebrar os tubos e conexões na hora do encaixe. O modo de montagem com os Tes e o módulo pronto está mostrado nas figuras abaixo: III. FUNCIONAMENTO O principio de funcionamento por termo sifão é o que melhor se adapta á sistemas simples, como ao nosso projeto. Desde que, tenhamos a possibilidade de instalarmos o coletor solar com a barra superior do coletor, ligada ao retorno de água quente, sempre abaixo do nível inferior (fundo) da caixa ou reservatório, sendo o ideal 30cm o mínimo e no máximo 3m essa diferença. Essa diferença de altura é necessária para garantir a circulação da água no coletor (mostrada na figura 9), pela diferença de densidade entre a água quente e a fria, sendo que á medida que a água esquenta nas colunas do coletor, ela sobe para a parte superior da caixa ou reservatório, pressionada pela água fria, que por ser mais pesada flui para a parte inferior do coletor empurrando á água quente para a parte de cima da caixa ou reservatório. Esse processo permanece enquanto houver radiação solar. Efeito idêntico aos aquecedores convencionais do mercado com sistema termo sifão, diferenciando-se apenas nos materiais aplicados na sua fabricação. Figura 5: Ligação entre as garafas. Figura 9: Diagrama de Funcionamento Figura 6: Módulo Pronto. IV. TESTES REALIZADOS A. Teste de Temperatura ao longo dos dias Figura 7: Módulo em funcionamento. Foram realizados alguns testes de temperatura no mês de setembro de 2011, com módulo finalizado mostrado na figura 8. Os testes realizados ocorreram em horários e dias alternados, possibilitando simular uma pequena variação da temperatura ambiente ao longo dos dias do ano. Podemos observar na tabela 1, uma variação na temperatura da água entre a parte superior e inferior da caixa d água. Isso ocorre devido à diferença entre a densidade da água fria e a quente, ou seja, a água fria possui maior densidade, com isso ocupará a parte inferior da caixa, enquanto a água quente possui menor densidade, ocupará a parte superior. Tabela 1: Temperatura da água Figura 8: Módulo finalizado.
B. Variação da Temperatura com o passar do Tempo Realizamos um teste simulando um banho de aproximadamente 20 minutos, mostrado no gráfico 1. Podemos observar que ouve uma pequena variação ao longo do tempo, isso ocorre devido ao funcionamento do sistema, em acumular a água na temperatura maior sempre na parte mais alta da caixa e conforme vamos consumindo a água, o nível da caixa diminui. Assim captaremos a água em pontos diferentes com temperaturas diferentes. Gráfico: Variação da temperatura V. CONCLUSÕES A princípio o projeto parece não ser tão eficaz quanto os aquecedores solares que encontramos no mercado, mas podemos comprovar que ele apresenta uma ótima eficiência, além de ser 75% mais barato que os convencionais e beneficiando o meio ambiente, o custo final sai a R$ 192,00 não levando em consideração onde será comprado. No ano de 2011, a plataforma construída pelo Inatel, nos permitiu ajustes importantes na instalação do kit, para simularmos qualquer inclinação de telhado. Em nossa sala de montagem, desenvolvermos nosso projeto em conjunto com os alunos do Cas@Viva. Essa parceria tem como objetivo proporcionar ao aluno o aprendizado de como construir um coletor solar com materiais recicláveis, conscientizando-os sobre a importância da coleta seletiva, e mostrando como vários tipos de materiais podem ser reaproveitados. 41 Profa. Renata/Coordenadora Educacional da Cas@viva e alunas voluntárias em frente ao coletor construído. Existe também um trabalho de divulgação do projeto à comunidade de Santa Rita do Sapucaí e região através da rádio comunitária do Inatel, que transmite seu programa em várias cidades do sul de minas. O programa Minuto Inatel tem a finalidade de promover entretenimento através de músicas e de manter os acadêmicos e região, informados dos acontecimentos e novidades tecnológicas. Logo, no projeto do aquecedor solar estaremos usando a rádio comunitária para conscientizar e instruir os moradores sobre questões ambientais, que podem ajudar na preservação do meio ambiente. Este projeto está sendo desenvolvido por alunos bolsistas de iniciação científica do Inatel, e são monitorados por um orientador, que coordena as atividades. Tornando possível o aperfeiçoamento e aprendizado dos alunos às questões ecológicas unidas às questões tecnológicas. Implantamos no final do ano de 2011 e começo de 2012, uma plataforma no Cas@Viva construída pelo INATEL, onde nos possibilitou a ligação entre o nosso sistema e uma caixa d água que alimenta um chuveiro. Isso nos proporcionara a realização de testes mais precisos para possíveis instalações futuros em ambientes sociais. Foto do suporte com coletor solar interligado à caixa d água de um dos banheiros da Cas@viva. Alunas voluntárias da Cas@viva em plena atividade de construção de um coletor solar.
42 Foto do banheiro que é alimentado com água aquecida (o sistema permite misturar água fria e quente) Estamos também desenvolvendo um circuito eletrônico de baixo custo para ajuste de temperatura em dias mais frios com o mínimo consumo de energia elétrica. REFERÊNCIAS [1] ALANO, J.A. Manual água quente para todos. Paraná: SEMA, 2007.43p. [2] ALANO, J.A. Manual água quente para todos. Paraná: SEMA, 2007 Disponível em: <www.pr.gov.br/sema>. Acesso: Nov.2007. [3] Atkins, P. W.; Jones, L. (2005) Princípios de Química Questionando a Vida Moderna e o Meio Ambiente, Porto Alegre, Bookman. [4] Kotz, J. C.; Treichel Jr., P. Mem 1994. (2005) Química a Geral e Reações Químicas, vol. 1, trad. da 5. ed. norteamericana, São Paulo, Thomson. Carlos Alberto de Carvalho Vasques nascido em Bento Gonçalves-RS, em 12 de Julho de 1953. Concluiu o curso de Engenharia Química (Faculdade de Eng.Química de LorenaSP) em 1980 e Especialização em Docência do Ensino Superior ( Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras FEPI, Itajubá-MG) e atualmente Professor Titular do Instituto Nacional de Telecomunicações (INATEL, 2012) Diana das Graças Brandão nasceu em Pouso Alegre, em 14 de setembro de 1990. Concluiu o Ensino Médio no final de 2008, atualmente cursando o 3º período de Engenharia Elétrica com ênfase em Telecomunicações (INATEL, 2012). Flávio Antunes de Siqueira nasceu em Piranguçu, MG, em 7 de Agosto de 1991. Concluiu o curso de Técnico em Eletrônica (SENAI, 2009) e atualmente cursando o 3º período de Engenharia de Telecomunicações no Instituto Nacional de Telecomunicações (INATEL, 2012). João Paulo Ricotta Roberto nasceu em Itajubá, MG, em 13 de setembro de 1986. Possui o título: Técnico em Mecatrônica (Colégio de Itajubá, 2004) e está cursando o 9 período de Engenharia Elétrica com ênfase em Telecomunicações (INATEL, 2012).