Colégio Pedro II – Campus Centro
Departamento de Física – 1ª Certificação do 2014º ano d.C.
Professor: Sérgio Lima
Alunos: Caio Gentil N°: 02 Turma: 2104
João Marcos N°: 14
João Pedro N°: 15
Leonardo Sayão N°: 21
Foi proposto a todo o 9º ano um projeto de aprendizagem, que consistia em aplicar os conceitos físicos estudados através da construção de aquecedores solares didáticos, feitos com materiais de fácil acesso. Através deste roteiro de replicação vamos dar o caminho para a construção de um aquecedor solar.
Os materiais necessários são:
– Recipiente metálico (bandeja) de aproximadamente 20cm X 30cm
– Mangueira de espessura 1/8 e de 1 metro de comprimento
– Lata de leite em pó (vazia, é claro)
– Vidro 20cm X 30cm (mesmo tamanho da bandeja) de 2mm de espessura
– Tinta preto-fosca
– Superbonder
– Silicone
Material para isolamento térmico:
– Caixa de papelão
– Jornal
Como montar o sistema:
– Pintamos o fundo de nossa bandeja com a tinta preto-fosca, porque o preto é a cor que absorve mais radiação solar.
– Fizemos 2 furos, na bandeja e 2 furos na lata. Os furos foram feitos com a bandeja no plano horizontal, nos menores lados da bandeja, um furo embaixo, e do outro lado da bandeja, um furo em cima. Na lata também foram feitos 2 furos, o primeiro deles na lateral debaixo da lata, e o segundo na lateral do lado oposto ao outro furo, na parte de cima da para. Os furos foram feitos da espessura da mangueira, com o auxílio de uma furadeira.
– A mangueira de 1 metro de comprimento foi cortada ao meio, e os dois pedaços foram fixados na lata e na bandeja, da seguinte maneira: foi colocada a mangueira na parte de cima da lata, e fixada com superbonder e silicone; a outra ponta da mangueira foi fixada no furo que foi feito na parte de cima do lado da bandeja, também fixada com superbonder e silicone. E no outro pedaço da mangueira, uma das pontas foi fixada na parte debaixo da lata, com superbonder e silicone; e a outra ponta foi fixada no furo feito embaixo, no outro lado da bandeja, também fixado com superbonder e silicone. Deve-se prestar atenção para fixar de forma correta as mangueiras, pois é vital para a corrente convectiva funcionar.
– Colamos o vidro à bandeja, Acima do fundo (parte que foi pintada). Foi utilizado nos cantos para vedar as frestas superbonder e silicone. É de suma importância que o vidro fique bem vedado, pois podem ocorrer vazamentos durante o processo de enchimento do sistema.
Finalizada a montagem do sistema, colocamos para funcionar. Para que o sistema funcione de maneira correta, o reservatório de água líquida (lata) deve ficar acima do coletor de radiação (bandeja). Indicamos a inclinação de aproximadamente 25°, com o coletor virado para o norte geográfico, pois a radiação é melhor aproveitada quando há inclinação. Basta encher o sistema de água, através da lata, e expô-lo ao sol.
- Cálculo da taxa de irradiação:
Infelizmente, apesar de nosso sistema ter sido testado 3 vezes antes de tentarmos apresentá-lo, houveram vazamentos em lugares diferentes da bandeja. Acreditamos que se tivéssemos colocado durepoxi entre o vidro e a bandeja, teríamos interrompido o vazamento. Mas para que seja calculada a taxa de irradiação de um sistema, basta substituir os valores, na seguinte equação:
Irradiação média = Q/A.T = m . c . b/A.T = (valor) cal/s cm²
Onde: Q = quantidade de calor, m (massa), c (calor específico da água), b (variação de temperatura), A (área da bandeja) e T (tempo que o sistema ficou exposto ao sol). E (valor) em calorias por segundo centímetro quadrado.
Itens Facultativos:
Sabemos que mesmo fazendo este item, não disputaríamos o ponto extra de melhor trabalho, mas ansiando em aprender, fizemos as estimativas:
Após pesquisar sobre o consumo de água quente por pessoa, utilizamos para nossos cálculos um chuveiro elétrico Lorenzetti, modelo Bello Banho, que tem uma vazão média de 3,5 litros por minuto, uma tensão nominal de 127 V, e uma potência de 4600W, segundo o INMETRO .
Supondo que em uma família de quatro pessoas cada uma delas toma pelo menos 2 banhos por dia, e 1 desses banhos é com água aquecida através do chuveiro (utilizamos somente 1 banho com água aquecida através do chuveiro devido as altas temperaturas ambiente do Rio de Janeiro, sendo pouco provável mais do que um banho quente por dia). Vamos usar o tempo de 10 minutos, para o banho. Sendo assim, 4 pessoas gastam 40 minutos por dia com seus respectivos banhos quentes. Logo:
40min X 3,5L(vazão média por minuto do chuveiro escolhido) = 140L de água quente por dia
Para calcular o quanto uma família com este consumo de água quente diário poderia economizar por mês (em reais), deixando de utilizar seu chuveiro elétrico e passando a utilizar um aquecedor solar como o nosso, é preciso saber o tempo que o chuveiro elétrico fica ligado por mês, e também saber o custo em reais do kWh (quilowatt-hora) por hora. Para saber o tempo que o chuveiro elétrico fica ligado por mês basta fazer:
(Tempo que fica ligado por dia) 40 X 30 (total de dias médios de um mês) = 1200min ou 20h
E para saber o preço do kWh verificamos no site da ANEEL (Agência Nacional de Energia Elétrica), e vimos que a Tarifa Residencial Vigente da empresa Light (Light Serviços de Eletricidade S/A) é de R$ 0,32874 por kWh, até o dia 06/11/2014. Então teremos:
Total de energia utilizada pelo chuveiro = tempo que o chuveiro fica ligado por mês X potência nominal do chuveiro
Potência nominal do chuveiro: 4600 W – 4,6 kWh
Tempo que o chuveiro fica ligado por mês = 20h
20 X 4,600 = 92 kWh (Energia utilizada por mês pelo chuveiro)
Para calcular o valor da economia em reais, teremos:
Valor da economia em reais = total da energia utilizada pelo chuveiro no mês X valor vigente de custo do kWh em nossa cidade, de acordo com a empresa que nos cobra.
Total de energia utilizada pelo chuveiro no mês = 92 kWh
Custo do kWh = R$ 0,32874
92 X 0,32874 = R$ 30,24408 ou apenas R$ 30,25 é o valor estimado de economia de uma família de 4 pessoas que trocar o chuveiro elétrico pelo aquecedor solar.
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