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Roteiro de replicação – Projeto Aquecedor Solar

08/05/2012 in 2012, 2106, Experimentos, Projetos, Projetos-Aprendizagem, Relatório

Colégio Pedro II – Unidade Escolar Centro       Turma: 2106           Série: 1º ano E.M             Ano:2012

Componentes do Grupo:

  • Matheus Ramos Ferreira – nº 23                                                            Priscilla Mestolo Maia – nº 26
  •  Rodrigo Sibilio do Nasimento de Barros – nº 30                                Thais Lorenzi Blatt – nº 34

Material necessário:

- bandeja de alumínio tamanho 30×20 cm                                   – tinta preto-fosco em jet

- um pedaço de vidro de espessura 2 mm, tamanho 30×20 cm

- uma lata vazia de alumínio, semelhante à de leite em pó

- 70 cm de mangueira plástica (5/16″)

- 4 pedaços de tubinho de alumínio, tendo 4 cm cada

- Durepoxi normal (secagem lenta)                                                - cola de silicone

- suporte de alumínio para encaixar a bandeja                            - furadeira                            - jornal

Primeiramente, deve-se fazer os furos necessários na lata de alumínio e na bandeja, que servirão para passagem de água através da fixação dos tubinhos de alumínio e da mangueira.

 

Pinta-se então a bandeja toda com tinta preto-fosco e fixa-se os tubinhos de alumínio e a mangueira com cola de silicone. Após a secagem desta, utiliza-se o Durepoxi. A cola de silicone serve como um meio de prevenção de possíveis vazamentos.

Para um melhor acabamento, pode-se umedecer levemente os dedos e moldar o Durepoxi, dando mais uniformidade.

Fixa-se também o vidro na borda da bandeja com o auxílio do silicone e Durepoxi. Essa é uma das partes que deve-se tomar mais cuidado, para que não ocorram vazamentos.

 

Para o reservatório (lata de alumínio), devem ser feitos 2 furos na lateral, onde serão fixados os outros 2 tubinhos de alumínio com silicone e Durepoxi. O que servirá como entrada de água quente deve ser fixado acima da metade da lata, enquanto que o de saída de água fria deve ser fixado bem próximo ao fundo.

 

 

 

 

 

 

Taxa de  irradiação :

Massa de água: 3000g
Área da bandeja : 30cm x 20 cm = 600 cm²
Diferença de temperatura ≈ 28,2 – 26,2 = 2º
Calor especifico da água = 1,0 cal /g
Tempo : 120 minutos (2horas) x 60 = 7200
Caloria =  diferença de temperatura x calor especifico x massa
                                             2 x 1 x 3000= 6000
Taxa de irradiação : caloria/ (massa x área)
  • 6000/(3000.600) = 6000/1800000 = 0.003
  • Taxa de irradiação final :
  • 0.003 cal / s.m-²

Questões opcionais:

-  Considerando um chuveiro elétrico de 3.200 kWh de potência em uma casa com uma familia de 4 pessoas que tomam 2 banhos por dia de 7 minutos .

Total de Iitros no final do mês :
7x4x25x2x30= 42000 litros
7- minutos
4- pessoas
25 litros gastos por banho
2 – número de banhos por dia
30 – dias do mês
Tempo total gasto por mês :
7x 4 x 30= 840 minutos
840/60=14 horas por mês
Joule : 3200×14=44800 cal , então é 44,8 kWh
4,2 joule = 1 caloria , logo, 44800/4,2 = 10667
Caloria por mês : 10667
Custo : tempo x consumo = 0,34304 x 44,8 = R$ 15,36
2- supondo que o chuveiro citado acima tem a potência de 110 hWh e utilizando os mesmos valores
840 minutos por mês
Joule = 110.14=1540 então 15,4 kWh
4,2 J -= 1 cal logo 1540/4,2 = 366 calorias
Custo  = 0,34304 x 15,4 = 5,28
15,36- 5,28 = 10.08
A familia tem a economia de cerca de 48,84 % por mês
Licença de distribuição do roteiro:
<a rel=”license” href=”http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/br/“><img alt=”Licença Creative Commons” style=”border-width:0″ src=”http://i.creativecommons.org/l/by/3.0/br/88×31.png” /></a><br /><span xmlns:dct=”http://purl.org/dc/terms/” href=”http://purl.org/dc/dcmitype/Dataset” property=”dct:title” rel=”dct:type”>Aquecedor Solar Didático</span> de <a xmlns:cc=”http://creativecommons.org/ns#” href=”http://aprendendofisica.net/rede/” property=”cc:attributionName” rel=”cc:attributionURL”>Priscilla Mestolo , Matheus Ferreira , Rodrigo Sibilio , Thais Lorenzi</a> é licenciado sob uma <a rel=”license” href=”http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/br/“>Licença Creative Commons Atribuição 3.0 Brasil</a>.<a rel=”license” href=”http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/br/“><img alt=”Licença Creative Commons” style=”border-width:0″ src=”http://i.creativecommons.org/l/by/3.0/br/88×31.png” /></a><br /><span xmlns:dct=”http://purl.org/dc/terms/” href=”http://purl.org/dc/dcmitype/Dataset” property=”dct:title” rel=”dct:type”>Aquecedor Solar Didático</span> de <a xmlns:cc=”http://creativecommons.org/ns#” href=”http://aprendendofisica.net/rede/” property=”cc:attributionName” rel=”cc:attributionURL”>Priscilla Mestolo , Matheus Ferreira , Rodrigo Sibilio , Thais Lorenzi</a> é licenciado sob uma <a rel=”license” href=”http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/br/“>Licença Creative Commons Atribuição 3.0 Brasil</a>

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Roteiro – Aquecedor Solar

08/05/2012 in 2012, 2102, Atividade-Alunos, CP2, Experimentos, Física, Projetos, Projetos-Aprendizagem, Relatório

 

 

Colégio Pedro II – Unidade: Centro

Rio de Janeiro, 08 de maio de 2012

Nomes: Bruna Fernandes da Silva Avelino   Número 7

Thaís Nogueira Muniz                      Número 33

Série: 1° ano do Ensino Médio          Turma: 2102

 

 

 

Passo a passo…

Na noite anterior ao início do trabalho, pintamos a bandeja de tinta preta fosco. Ao amanhecer, com os materiais a mão, iniciamos a montagem do nosso aquecedor. Levamos a bandeja e a lata – nosso futuro reservatório – para o serralheiro fazer furos de acordo com a espessura do tubinho de alumínio. Voltando para o nosso ambiente de trabalho, ficamos perplexas com tantos materiais que nunca manuseamos, mas conseguimos unir a mangueira com o tubinho e o último com a bandeja, com a ajuda do durepoxi. No principio, duvidamos de sua capacidade de fixação e reconhecemos que fora de grande valia ultrapassarmos nossos receios.

 

Na hora de pôr em prática, um pequeno acidente aconteceu. Não misturamos suficientemente de durepoxi e, somado ao fato de que esperamos pouco para este secar e endurecer, a água vazou por entre furos. Após isso, adicionamos mais durepoxi, misturamos de forma correta e esperamos uns dias para que ele endurecesse completamente.

Assim, finalmente chegara o dia de testar nosso aquecedor. Enchemos o reservatório de água, com 1300 ml, e rapidamente reparamos que a água invadiu a bandeja coberta pelo vidro. Posicionada na janela, de frente para o sol, a bandeja ficou.

O primeiro método de propagação do calor que notamos é a irradiação, que ocorre quando o sol bate no vidro, esquentando-o com seu calor. Consequentemente, a bandeja se aquece e água dentro dela também esquenta por condução, já que a energia térmica das partículas mais quentes é passada de um meio para outro meio. Por fim, a convecção acontece em nosso aquecedor solar, quando a água aquecida e, portanto menos densa, sobe e vai para o reservatório enquanto a mais fria, e mais densa, desce pronta para ser aquecida. Um ciclo que se repetiu por 60 minutos, até que a temperatura antes de 27,3 °C aumentasse para 39,4°C, quando toda a água ficou aquecida.

 

Cálculo da taxa da Irradiação

 

1300g = Massa da água

Área da bandeja = 28 x 21 = 588 m²

Diferença de temperatura = 39,4 – 27,3 = 12,1°C

Calor específico da água = 1 cal/g°

1 hora = 60 x 60 = 3600 segundos

Taxa de Irradiação = calorias sobre massa x área. (cal/seg x m²)

Calorias = diferença de temperatura x calor específico x massa = 12,1 x 1 x 1300 = 15.600

15.600/ 3600seg x 588 = 15.600/2116800 = 0, 007

Irradiação = 0,007 cal/ s.m²

 

 

Itens Facultativos 

 1)

Vamos considerar um chuveiro elétrico de 4000 watts de potência por mês. Se em uma família de 4 pessoas, cada uma gasta 10 minutos diários tomando banho, teremos no final do mês: 10 x 4 x 30 = 1200 minutos = 20 horas.

Joule = 4000 x 20 = 80000.  Então, 80 kWh.

4,2 Joule = 1 caloria. Então, 80000/4,2 = 19047.

Calorias = 19047 por mês.

Custo = tarifa x consumo = 0,34304kWh x 80 = R$ 27, 4432 por mês.

 

2)

Com uma potência de 220 kWh por mês. Usando os mesmos números, 10 minutos diários emuma família de 4 pessoas: 10 x 4 x 30 = 1200 minutos.

Joule = 220 x 20 = 4400.  Então, 4,4 kWh.

4,2 joule – 1 caloria. Então, 4400/4,2 = 1047

Calorias = 1047 por mês.

Custo = 0,34304kWh x 4,4 = R$ 1, 509376 por mês.

O aquecedor solar promove uma economia de mais ou menos 95 % no gasto com a água na hora do banho.

Licença de Distribuição

 

<a rel=”license” href=”http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/”><img alt=”Licença Creative Commons” style=”border-width:0″ src=”http://i.creativecommons.org/l/by-nc-nd/3.0/br/88×31.png” /></a><br /><span xmlns:dct=”http://purl.org/dc/terms/” href=”http://purl.org/dc/dcmitype/Text” property=”dct:title” rel=”dct:type”>Relatório de Física</span> está licenciado sob uma <a rel=”license” href=”http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/”>licença Creative Commons Atribuição-Uso não-comercial-Vedada a criação de obras derivadas 3.0 Brasil</a>.

 

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by Prof. Sérgio Lima

Projeto de Aprendizagem #1 – Aquecedor Solar

05/04/2012 in 2012, 2102, 2104, 2106, 2108, Projetos, Projetos-Aprendizagem, Recursos Educacionais

[ATENÇÃO]
Apresentação dos aquecedores montados e funcionando ficou para o dia 10/05/2012. A data para publicar o roteiro de replicação NÃO MUDOU!
[/ATENÇÃO]

Projeto Aquecedor Solar

Projeto Aquecedor Solar

Objetivos Gerais

Deseja-se que este primeiro projeto de aprendizagem seja um pretexto para que os alunos possam desenvolver as seguintes competências/habilidades:

  • Aprender a conviver;
  • Aprender a aprender;
  • Gerenciar informações(e transformá-las em conhecimento);
  • Compartilhar Conhecimento;
  • Usar tecnologias de comunicação e informação a favor das aprendizagens;

Objetivos Específicos

Na realização do projeto, para aqueles que se envolverem efetivamente com o mesmo, espera-se que os seguintes conceitos de física sejam aprofundados e, eventualmente, aprendidos*:

  • Calor e Temperatura;
  • Propagação de Calor;
  • Condução térmica;
  • Convecção térmica;
  • Irradiação térmica;
  • Calorimetria;
  • Estimar grandezas

Desenvolvimento

Aquecedor de água didático

Aquecedor de água didático


O projeto de aprendizagem se desdobra em 3 etapas:
Etapa 1: Construir propriamente o aquecedor solar, seguindo preferencialmente este roteiro didádico aqui (clique para baixar o roteiro).
Etapa 2: No dia da apresentação (vide datas) apresentá-lo em funcionamento. É desejável que ele já tenha sido testado antes da apresentação e, inclusive, os dados para a terceira etapa já tenham sido coletados!

Etapa 3: Publicar no Aprendendo Física (na categoria “projetos de aprendizagens”) o “roteiro de replicação do aquecedor”.

OBS: Como publicar? Leia aqui!

Roteiro de Replicação

O roteiro de replicação deve conter obrigatoriamente as seguintes partes:

  • 1 – Cabeçalho constando nome completo dos integrantes do grupo, número da chamada, série, turma, ano e nome da Escola.
  • 2 – Roteiro de Replicação: Indicações práticas para a montagem do aquecedor: aqueles “bizús” que só quem colocou a mão na massa sabe como se faz. Nesta parte, fotos da montagem são bem vindas!
  • 3 – Cálculo da taxa de irradiação: Com base na massa de água que foi aquecida, no tempo de aquecimento e na variação de temperatura sofrida pela água dentro do aquecedor o grupo deve estimar qual é a taxa de irradiação solar média (estimada) obtida com o seu aquecedor. Isto é, sabendo qual é área do seu coletor, qual o valor da irradiação solar média em cal.s-1.cm-2. Sim, nesta parte o grupo precisa mostrar algum conhecimento teórico sobra a física envolvida no aquecedor!
  • 4 – Licença de distribuição do Roteiro. (Sobre como escolher uma licença de distribuição, veja aqui.)

PS: Por que é necessário uma licença de distribuição? Leia aqui um texto curto sobre aspéctos legais sobre conteúdos na web.

Itens Facultativos

Os próximos dois itens são facultativos! Aqueles grupos que o fizerem disputam o ponto extra de melhor trabalho!

  • 3.1 – Estimar o consumo de água quente mensal numa famíla de 4 pessoas. Os cálculos das estimativas devem aparecer nesta parte.
  • 3.2 – Estimar a economia em reais, que se faz ao trocar o aquecimento de água por energia elétrica por energia solar! Os cálculos das estimativas devem aparecer nesta parte.

    • Datas

    • 28/04/2012 – data para o teste de funcionamento dos aquecedores (na escola)
    • 08/05/2012 – último dia para publicar no blogue o roteiro de replicação do aquecedor

    Certificação (notas)

    • Até 1,0 ponto pela montagem funcional do aquecedor;
    • Até 1,0 ponto pelo roteiro de replicação completo;
    • Até 1,0 ponto para perguntas que serão feitas aos integrantes do grupo NO DIA da apresentação. (quem faltar neste dia, não será avaliado(perde este ponto)
    • Até 1,0 ponto (extra) para o melhor trabalho de cada turma!

    Este projeto vale 3,0 pontos (30% da avaliação). Os outros 70% são da prova escrita e o melhor trabalho de cada turma ganha 1 ponto extra de bonificação.

    Referências para pesquisa

    Algumas referências sobre aquecedores solares (inclusive com outros modelos) podem ser obtidas aqui ou Goolge é seu amigo…

    Outros

    Projeto x trabalho

    Este é um projeto de aprendizagem que por acaso também será usado para fins de certificação (nota). O objetivo primário é criar uma situação de aprendizagem, não dar nota para os alunos! Obviamente que os alunos do século XIX tratarão o projeto como um “trabalho para a nota”, o que será uma pena…

    Atividade Colaborativa x Aprendizagem

    Temos aqui um pequena experiência de estudo/atividade colaborativa, mas a aprendizagem é sempre individual. O trabalho colaborativo não exime o estudante de esforço pessoal, pelo contrário, o trabalho coletivo exige outras habilidades, o que torna muitas vezes um trabalho colaborativo mais dificil de ser realizado que um trabalho individual.

    Um trabalho colaborativo ou individual não é proposto por ser mais fácil ou mais dificil, mas por seus objetivos pedagógicos!

    Eu sei que sempre que alguém acende uma luz na escuridão, sempre surgem mariposas que só ficam voando em torno da luz. Não é por conta disso que você (aluno do século XXI) deixará de acender a luz na escuridão!

    A questão é se você será sempre aquele que acende a luz ou aquele que é sempre a mariposa (aluno do século XIX)! Pense nisto!

    Dúvidas ou discussões sobre este projeto são muito bem vindas e devem ser feitas, obrigatoriamente, aqui nos comentários deste texto.

    * – A aprendizagem é um fenômeno individual… sem envolvimento pessoal não há aprendizagem!

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    by Tommy Lau

    Relatório Final – Projeto Leis de Newton

    09/12/2011 in 2108, Experimentos, Projetos, Relatório

     1º ano – Turma 2108

    Professor: Sérgio Lima

    Integrantes:

    Cristovam Ullmann – nº 6

    Igor Nunes – nº 12

    Marcos Motta – nº 22

    Tommy Lau – nº 31

     

    Sobre o trabalho:

    O grupo, no laboratório de física, fez o experimento e calculou as medidas com o objetivo de achar o coeficiente de atrito(µ). Para iniciar o experimento, escolhemos dois corpos A e B de massa respectivamente igual a 100g e 90g, montamos o sistema e verificamos que h é 28,5 cm e x é 6,5cm.

    Dados do problema:

    Bloco a: 100g – 0,1 kg

    Bloco b: 90g – 0,09kg

    Altura h: 28,5cm – 0,0285m

    Distancia x: 6,5cm – 0,065m

    Tempos de a ‘cair’ os 28,5cm – 0,6s  (tempo médio)

     

    Resolução:

    Usaremos a seguinte equação para determinar µ

    µ = (Ma.h) / (Ma + Mb). x + Mb.h

    Substituindo os valores na equação:

    µ = (0,09 . 0,285)/(0,1 + 0,09).0,065 + 0,1. 0,285)

    µ = 0,02565 / 0,04085

    Logo: µ é aproximadamente 0,63

    Incertezas:

    Como foram utilizadas réguas escolares para medir-se a altura h e a distância x, há imprecisões milimétricas que pode ter modificado o resultado, mesmo que milimetricamente. E como foram usadas aproximações em certos momentos, o resultado também pode ter sido modificado. Para evitar erros de medição, o experimento foi realizado mais de uma vez.

     

    Velocidades e acelerações (outros elementos calculados):

    Para aceleração depois que o bloco ‘b’ não sofra mais tração por parte do bloco ‘a’:

    Como: Fat = Fr =m.a  ; então Fat = m.a ; µ.N = m.a ; µ.mg = m.a  ;

    µ = a/g

    Logo: a = µ.g

    Considerando g = 10m/s² e adotando o numero 0,63 (aproximação) como µ então:

    a = 0,63 . 10

    a = 6,3m/s²

    A aceleração (para depois que não haja mais tração do bloco ‘a’ sobre o ‘b’, depois que o bloco a ‘cai’ os 28,5cm) é no sentido oposto da velocidade, no sentido oposto ao positivo do eixo x , fazendo-a ser negativa. Então a = -6,3m/s²

     

    Para aceleração enquanto há tração do bloco ‘b’ pelo bloco ‘a’:

    Em a:    Pa – T = ma . a

    Em b:   T = mb . a

    Pa  = (ma + mb) a

    Substituindo os valores:

    1 = 0,19a    ;      a = 1/0,19m/s²

     

    Considerando que o experimento ocorreu em 0,6s(até o momento que ‘b’ não sofra mais influencia de ‘a’), que no inicio do experimento, o sistema todo estava em repouso (logo v0 = 0) a equação:

    V=v0 + at    ;    v = at   ;  v = 1/0,19 . 0,6

    V é aproximadamente 3,16 m/s

    Essa velocidade no tempo 0,6 (momento q acaba a tração pelo fio) é igual a velocidade inicial do momento que o bloco ‘b’ começa a ser acelerado para o sentido oposto ( a = -6,3m/s²)

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