SISTEMA DE AQUECIMENTO SOLAR DIDÁTICO EMPREGANDO UMA BANDEJA METÁLICA *



Documentos relacionados
SISTEMA DE AQUECIMENTO SOLAR DIDÁTICO EMPREGANDO UMA BANDEJA METÁLICA LABORATÓRIO CASEIRO

ENGENHARIA NAS ESCOLAS: AQUECEDOR SOLAR

Calor Específico. 1. Introdução

Abel Júlio Manuel Correia Djairosse Sairosse Mujanje DISPOSITIVO DE AQUECIMENTO DE ÁGUA USANDO A ENERGIA SOLAR. Mestrado Em Ensino de Física

BALANÇO ENERGÉTICO NUM SISTEMA TERMODINÂMICO

EXERCÍCIOS PARA ESTUDOS DILATAÇÃO TÉRMICA

A Energia solar. Fontes alternativas de energia - aproveitamento da energia solar 1

Dimensionamento de um sistema fotovoltaico. Fontes alternativas de energia - dimensionamento de um sistema fotovoltaico 1

recuperador de calor insert

Módulo 08 - Mecanismos de Troca de Calor

ROTEIRO DE ORIENTAÇÃO DE ESTUDOS Ensino Médio

Iluminação de Interiores com baixo custo ambiental e econômico

Física Térmica Exercícios. Dilatação.

FONTEDEHERON * I. Introdução. Umbelina G. Piubéli Sérgio Luiz Pibéli Departamento de Física UFMS Campo Grande MS. Resumo

CEM 09 TRABALHO 4 PLANO DE CURSO-FÍSICA-PROFESSOR: RICARDO

CALORIMETRIA Calor. CALORIMETRIA Potência ou Fluxo de Calor

Componente de Física

Ar de combustão. Água condensada. Balanço da energia. Câmara de mistura. Convecção. Combustível. Curva de aquecimento

PROBLEMAS DE TERMOLOGIA

A transferência de calor ocorre até o instante em que os corpos atingem a mesma temperatura (equilíbrio térmico).

COMO FAZER FOTOGRAVURA

Película Refletiva para Placas de Licenciamento

Trabalho 2 Dilatação térmica, escalas termométricas, reflexão da luz, espelho plano e esférico

Universidade Estadual de Campinas. Relatório Disciplina F 609

João Francisco Walendowsky * Aluno do Curso de Licenciatura em Física UFSC José de Pinho Alves Filho Depto. de Física UFSC Florianópolis SC

Atividade experimental - Tema: Luz

Química 12º Ano. Unidade 2 Combustíveis, Energia e Ambiente. Actividades de Projecto Laboratorial. Janeiro Jorge R. Frade, Ana Teresa Paiva

ALUNO: Nº SÉRIE: DATA: / / PROF.: VICTOR GERMINIO EXERCÍCIO DE REVISÃO I UNIDADE FÍSICA 2º ANO B ENSINO MÉDIO

Física 2 - Termodinâmica

Nome: Nº: Turma: Calorimetria

EPV-895 PANELA ELÉTRICA DE ARROZ

A.L. 1.3 IDENTIFICAÇÃO DE UMA SUBSTÂNCIA E AVALIAÇÃO DA SUA PUREZA

Aula de Laboratório de Materiais de Construção Civil Professora: Larissa Camporez Araújo

LISTA DE EXERCÍCIOS Trabalho, Calor e Primeira Lei da Termodinâmica para Sistemas

Saída do líquido de arrefecimento para aquecimento externo

UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS ESCOLA DE AGRONOMIA E ENGENHARIA DE ALIMENTOS SETOR DE ENGENHARIA RURAL. Prof. Adão Wagner Pêgo Evangelista

Construção Civil. Lajes Nervuradas com EPS / Fachadas e Rodatetos em EPS. A leveza do EPS, gerando economia

4. (Mackenzie 2010) Uma placa de alumínio (coeficiente de dilatação linear do alumínio =

Painéis de Concreto Armado

Questão 1. Como podemos explicar a dilatação dos corpos ao serem aquecidos?

ESTRADAS E AEROPORTOS. Prof. Vinícius C. Patrizzi

Rolamentos II. Para evitar paradas longas na produção, devido. O que verificar durante o funcionamento

07/05/2014. Professor

DIRETRIZES GERAIS PARA PROJETO DE SINALIZAÇÃO TURÍSTICA EQUIPE DE SINALIZAÇÃO E PAISAGISMO DAER

A m a r c a d a c o n s tr u ç ã o

Resistência térmica de contato

INSTITUTO POLITÉCNICO DE TOMAR ESCOLA SUPERIOR DE TECNOLOGIA Departamento de Engenharia Química e do Ambiente. Trabalho Prático nº 1

Termômetros de Radiação. Prof. Valner Brusamarello

INSTALAÇÕES PREDIAIS DE ÁGUA QUENTE - Dimensionamento

MANUAL DE TESTE. Especificações Determinadas por Lei

Título da Pesquisa: Palavras-chave: Campus: Tipo Bolsa Financiador Bolsista (as): Professor Orientador: Área de Conhecimento: Resumo

Termologia. Ramo da física que estuda o. relacionados.

Considere que, no intervalo de temperatura entre os pontos críticos do gelo e da água, o mercúrio em um termômetro apresenta uma dilatação linear.

CS150-8 FOGÃO SÉRIE ÓPERA 150 CM, INOX TERMOVENTILADO CLASSES ENERGÉTICAS A + A

Dispositivos comuns para insuflação de ar

Carneiro Hidráulico de PVC - Comercial

Reostatos de grafite (um experimento simples e de baixo custo)

Estaca Escavada Circular

CONSTRUÇÃO DE UM DILATÔMETRO E MEDIDA DO COEFICIENTE DE DILATAÇÃO LINEAR MÉ- DIO DE UM TUBO DE COBRE +*

Física 2 - Termodinâmica

Levantamento Topográfico: é o conjunto de métodos e processos que, através de medições de ângulos horizontais e verticais, de distâncias horizontais,

Nº Revisão: Nome: Compactação Próctor Normal Sem Reuso. Objetivo/Resumo: Determinar o teor de umidade dos solos.

Laboratório de Física I. Experiência 3 Determinação do coeficiente de viscosidade de líquidos. 26 de janeiro de 2016

Colégio FAAT Ensino Fundamental e Médio

Erros e Incertezas. Rafael Alves Batista Instituto de Física Gleb Wataghin Universidade Estadual de Campinas (Dated: 10 de Julho de 2011.

MANUAL DE INSTALAÇÃO ABRIGO MODELO. O novo abrigo de ligação facilitará a vida de todos.

Lista de Exercícios. Estudo da Matéria

Yep. Balcão Inferior Porta Temperos 20-57cm. Partes do Produto. Componentes

EXPERIÊNCIA 9 DIODOS SEMICONDUTORES E CURVAS CARACTERÍSTICAS

Colégio Santa Dorotéia

Qualidade em Instalações de Aquecimento Solar. Boas práticas.

Aula 11 Mudança de Estado Físico Questões Atuais Vestibulares de SP

MUNICÍPIO DE ITÁPOLIS SP

Parte 05 - Técnicas de programação (mapas de Veitch-Karnaugh)

ENERGIA SOLAR E APLICAÇÕES

Fachada Plasma, um novo tipo de fachada ventilada, cujo revestimento exterior é constituído por telhas cerâmicas Plasma.

Aula 8 CONSERVAÇÃO DE ENERGIA I - CAPACIDADE CALORÍFICA DO CALORÍMETRO. Menilton Menezes

Mecânica dos Solos I. Limites de Consistência

MANUAL DE INSTRUÇÕES 6 a Edição 07/2007. HipER-1. Fonte para Soldagem Submarina.

NOTAS DE AULAS - III

Conectar a mangueira (rosca ) de entrada de água do equipamento no ponto de água da rede hidráulica.

Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental - Faculdade de Engenharia Universidade Federal de Juiz de Fora Mecânica dos Fluidos Prática

À PROVA DE EXPLOSÃO INVÓLUCROS CAIXAS DE LIGAÇÃO

PVClay - Polymer Clay

Projeto arquitetônico: Cortes Professora Valéria Peixoto Borges

4.1 Experimento 1: Cuba Eletrostática: Carga, Campo e Potenciais Elétricos

GUIA PARA A REABILITAÇÃO CLIMATIZAÇÃO. PROJETO Cooperar para Reabilitar da InovaDomus

Suponha que a velocidade de propagação v de uma onda sonora dependa somente da pressão P e da massa específica do meio µ, de acordo com a expressão:

Termologia Parte 1. . Se sua temperatura fosse medida por um termômetro graduado na escala Fahrenheit, qual seria a leitura?

3.4. Condutividade térmica

Lubrificação II. O supervisor de uma área da indústria constatou. Conceito de sistema de perda total. Almotolia

Rodas Laminadas para Acabamento Rodas Laminadas para Remoção de Rebarbas Leves Scotch-Brite Industrial

Vestibular Nacional Unicamp ª Fase - 13 de Janeiro de Física

LINHA REDE A VÁCUO. (Polipropileno Copolimero Random)

Purificação por dissolução ou recristalização

Propriedades Elétricas (cap. 42 Fundamentos de Física Halliday, Resnick, Walker, vol. 4 6ª. Ed.)

Tecnologias, Materiais e Técnicas de Construção V

(baseado em 11 avaliações)

Painel I A Importância das Energias Renováveis no Contexto das Mudanças Climáticas

ESTADO DO ACRE Secretaria de Estado da Gestão Administrativa Secretaria Adjunta de Compras e Licitações Comissão Especial de Licitação CEL 01

Transcrição:

SISTEMA DE AQUECIMENTO SOLAR DIDÁTICO EMPREGANDO UMA BANDEJA METÁLICA * Jorge Roberto Pimentel Departamento de Física UNESP RioClaro SP Resumo Este artigo descreve um aquecedor solar didático para água, de circulação natural, construído utilizando-se essencialmente uma bandeja metálica enegrecida e coberta com uma placa de vidro, que desempenha as funções de absorver a radiação externa incidente e de manter parte da água que vai ser aquecida pelo sistema, e um recipiente fechado para armazenar a água que é aquecida. O equipamento permite que os alunos compreendam o processo pelo qual ocorre a conversão de energia solar em energia térmica armazenável, bem como as funções dos principais componentes dos coletores solares planos. São apresentados resultados de medidas da variação da temperatura no reservatório térmico, em função do tempo e utilizando-se luz natural e artificial como fonte de energia solar, os quais mostram que o equipamento teve bom desempenho nas duas situações. Palavras-chave: Ensino de Física, energia solar, temperatura, calor. I. Introdução Coletores solares planos constituem dispositivos integrados à nossa paisagem urbana. Um bom número de residências já se utilizam deles para aquecer a água, substituindo os aquecedores elétricos e à gás. Em vista disso, aumenta o interesse dos alunos em saber como funciona um equipamento desse tipo. Por outro lado, os baixos recursos financeiros disponíveis, aliados a outras dificuldades existentes em nossas escolas, freqüentemente tolhem a iniciativa de professores. Desse modo, criar ou reproduzir equipamentos e/ou experimentos que venham a contribuir para a melhoria do aprendizado são atividades difíceis de serem implantadas e reconhecidas. Diante dessa problemática, estamos apresentando um sistema de aquecimento solar (coletor e reservatório térmico) que emprega um mínimo * Publicado no Caderno Catarinense de Ensino de Física, v. 4, n. 2, ago. 1987. 114

de material em sua construção, cujo desempenho, mesmo considerando-se a sua simplicidade, é muito bom. Seu objetivo maior é o de servir de instrumental para uma aula no ensino médio, de modo que os alunos: a) desenvolvam suas habilidades, construindo um coletor solar; b) entendam como ocorre a captação da energia solar e sua transferência para o líquido, aquecendo-o; c) obtenham água aquecida no reservatório térmico; d) proponham modificações que melhorem o desempenho do sistema construído. Propositalmente, itens de importância como isolamento térmico, medidas de temperatura, ângulo de inclinação do coletor e seu posicionamento, foram deixados de lado, para simplificar o projeto. Sua importância deverá ser discutida com os alunos. II. Material Os materiais necessários são os seguintes: - uma bandeja pequena (metálica) retangular ou forma pequena para bolo (de alumínio); - um pedaço de vidro (espessura 2 mm), de dimensões compatíveis com as da bandeja; - uma lata vazia, do tipo das de leite em pó; - 70 cm de mangueira plástica fina (1/4 ); - 4 pedaços (3 cm de comprimento cada) de tubinho de alumínio (vareta de antena de TV); - tinta preto-fosca; - Durepoxi normal (secagem lenta). III. Método 1. Coletor Devem ser feitos 2 furos no fundo da bandeja (ou forma), próximos às extremidades. Instalam-se 2 tubinhos de alumínio, fixando-os dentro e fora com Durepoxi. Obs.: Para facilitar o trabalho de misturar os componentes do Durepoxi, podem ser usadas algumas gotas de água. Do mesmo modo, após a aplicação dessa massa, é possível moldá-la, umedecendo os dedos e dando melhor acabamento. Pimentel,J.R. 115

(2 demãos). Em seguida o interior da bandeja deve ser pintado com tinta preto-fosco Observação: Para melhorar a aderência da tinta, recomendamos que, antes da pintura, o interior seja limpo com álcool ou, preferencialmente, com thinner. Após a pintura, instala-se o vidro, que deve ser cortado de modo a encaixar-se corretamente na bandeja. É importante que a distância entre o fundo da bandeja e o vidro seja pequena. Para obter isso, podem ser usados, como espaçadores, dois pedacinhos do próprio vidro, unidos com durex. Teremos espaçadores com cerca de 4 mm de espessura, que devem ser colocados nos cantos da bandeja. Sobre eles depositar o vidro. Este deve ser colado nas bordas da bandeja usando-se o Durepoxi. Ele deve ser bem aplicado, tomando o cuidado de evitar frestas, por onde possam ocorrer vazamentos. Na Fig. 1 temos um esquema do nosso coletor. 2. Reservatório térmico Para o reservatório, devem ser feitos dois furos na lateral da lata, onde serão fixados com Durepoxi os outros dois caninhos de alumínio. Fig. 1 - Esquema do coletor. Um deles (o que servirá como entrada de água quente) deve ser fixado pouco acima da metade da lata, enquanto que o outro (saída de água fria), bem próximo do fundo. A Fig. 2 mostra um esquema do reservatório. 116

Fig. 2 - Esquema do reservatório. 3. Montagem do sistema O coletor deve ser acoplado ao reservatório, por meio das mangueiras plásticas, ligando o caninho de cima da coletor ao de cima do reservatório (água quente)eocaninhodebaixodocoletoraodebaixodoreservatório(águafria). O reservatório deve ser posicionado um pouco acima do nível superior do coletor. Encher o sistema com água (ele conterá pouco mais de 1 litro) e verificar se não existem bolhas de ar nas mangueiras de ligação. Se houver, devem ser eliminadas, já que podem interromper o processo de circulação da água e, conseqüentemente, o aquecimento no reservatório. Observação: Não é necessário que o coletor fique completamente preenchido com água. O importante é que o nível de água ultrapasse o orifício do caninho superior do coletor. IV. Funcionamento Os processos de troca de calor (radiação, convecção e condução), envolvidos no funcionamento do nosso sistema, podem ser resumidos com o auxílio do seguinte esquema: Fig.3-Cicloconvectivo. Pimentel,J.R. 117

A radiação solar incide na cobertura transparente do coletor. A parcela que é transmitida através dela, e da camada de água, atinge o fundo do coletor enegrecido. O fundo metálico se aquece e a água que está em contato com ele também é aquecida, por condução. Com isso, essa água torna-se mais leve (menos densa) e tende a se acumular na parte superior do coletor. Por intermédio da mangueira de ligação nº 1 (saída de água quente), ela é conduzida ao reservatório, ficando armazenada na parte superior deste. A água que é aquecida no coletor é substituída por água fria mais pesada (mais densa) que sai da parte inferior do reservatório (através da mangueira nº 2) e entra pela parte de baixo do coletor. Novamente ocorre troca de calor entre o fundo do nosso coletor e a água, tornando-a mais leve. Dessa maneira, ela se movimenta, acumulando-se na parte superior do reservatório. Esse ciclo, que chamaremos de ciclo convectivo, repete-se continuamente. Após algum tempo, teremos uma quantidade apreciável de água quente armazenada no reservatório. A cobertura transparente tem a função de diminuir as perdas de calor, devido à convecção. Além disso, serve para provocar o efeito estufa no interior do coletor. Esse efeito deve-se à propriedade apresentada pelo vidro de barrar a radiação infravermelha, retendo-a no interior do coletor. Com isso, a temperatura interna da água aumenta ainda mais, favorecendo o desempenho do sistema. Observação: Os coletores residenciais geralmente empregam trocadores de calor na forma de tubos, fixados em uma placa absorvedora de radiação. Seu mecanismo de funcionamento é, basicamente, o mesmo que descrevemos. A diferença está no fato de que a radiação solar incide na placa absorvedora, que, aliada ao efeito estufa, aquece os tubos. A água circula dentro desses tubos e rouba calor deles, aquecendose. Isso provoca alteração na sua densidade, fazendo com ela circule pelo sistema, estabelecendo o ciclo convectivo. V. Resultados experimentais Embora o objetivo final de nosso equipamento seja apenas o de obter água aquecida no reservatório, para um resultado quantitativo de seu desempenho, fizemos algumas medidas. Instalamos um termômetro na tampa do reservatório, de modo que pudemos medir a temperatura média (T R ) da água do reservatório à medida que o tempo transcorria. 118

Na Fig. 4, apresentamos o resultado da variação de T R em função do tempo, tendo como fonte de radiação o Sol. O sistema mostra uma rápida resposta à radiação. Nos primeiros 30 minutos de operação, a declividade da curva fornece uma variação de 0,6ºC/min. Nota-se uma tendência à estabilização na temperatura em 48ºC, atingida após uma hora de exposição ao Sol. A temperatura ambiente na ocasião do teste era de 30ºC. Na Fig. 5, temos a variação temporal de T R, usando uma lâmpada comum de 200 watts como fonte de radiação. A temperatura ambiente era de 27ºC. A resposta nessa situação foi mais lenta. A declividade da curva fornece uma variação de 0,36ºC/min. A temperatura de estabilização situou-se em 38ºC, atingida cerca de 50 minutos após o início das medidas. A fotografia a seguir mostra o sistema que montamos, no qual foram feitas as medidas. W. Fig. 4 - Fonte de radiação: Sol. Fig. 5 - Fonte de radiação: lâmpada de 200 Pimentel,J.R. 119

120