Roteiro de Replicação do Forno Solar

Colégio Pedro II – Campus Centro

Profº Sérgio Lima  -Física -Setembro/2014

Fabiano Ferreira – 09                   Turma 2102

Guilherme Henrique -15

Nathalia Oliveira  – 29

Vinícius Nascimento – 34

Yasmin Hughes    – 36

 

 

Roteiro de Replicação

Materiais

1) Duas caixas de papelão, uma maior e uma menor, tendo no mínimo 2.5cm de diferença entre as duas caixas para o espaço de ar. Qualquer tamanho funcionará, mas foi usada uma caixa maior de 33 cm x 33 cm e 4 cm de profundidade, e uma menor de 22 cm x 22 cm de 3,5 cm de profundidade. É preciso que a caixa de dentro tenha menor altura do que a outra caixa (por conta da folga que deverá ser dada para os suportes da mesma). É preferível que ambas as caixas sejam baixas, possuindo menor área pra concentrar calor. A caixa maior funcionará como isolante e a menor para comportar o recipiente de cozimento;

2) Uma folha de papelão, sendo que tem de ter um tamanho igual ou no máximo 1 cm maior que a caixa externa. Será usada como refletora de luz solar. No nosso caso, não foi usado como tampa refletora de luz uma folha de papelão separada. Por conta de nossa caixa maior ser uma caixa de Correios, utilizamos a própria tampa original como refletora. Uma tampa de caixa de papelão que tenha abas laterais que se encaixem perfeitamente ao contorno da caixa externa. Será nessa tampa que a folha de acetato será presa para fazer o “efeito estufa” do forno, ou seja, não permitindo perda de calor para o ambiente;

3) Um rolo de papel alumínio ou a quantidade suficiente para revestir a caixa externa por dentro e na sua tampa, além das laterais da de dentro;

4) Um rolo de dentro de papel higiênico que será cortado em 5 partes iguais, usadas como suporte para a caixa de dentro;

5) Um pote de tinta preta para o fundo da caixa de dentro. Foi usado tinta de tecido por conta de sua resistência à água, pois poderia respingar água na base da caixa, durante o processo de cozimento;

6) Isopor ou folhas de jornal amassadas que serão usados como isolantes térmicos entre as caixas;

7) Uma folha de acetato maior ou igual à abertura da caixa menor. Também pode ser usado papel filme para o revestimento;

8) Duas linhas de barbante para regular o ângulo de inclinação da tampa refletora;

9) Um recipiente metálico ou preto ou que possa ser submetido a calor. Utilizamos uma frigideira sem o cabo, mas poderia ser uma panela em si ou outro recipiente que atenda às condições.

 

Montagem

• Para começar a montagem, precisaremos das duas caixas, papel alumínio e cola. Primeiro colocamos a caixa menor dentro da maior para vermos se o tamanho servia. Ela precisa ter o mesmo tamanho da caixa maior considerando a altura do suporte.
• Passamos a cola pelo fundo da caixa maior e nas laterais, depois colocamos o papel-alumínio da forma mais lisa possível para que no processo de uso não desviasse muita luz. Depois pegamos a caixa menor e passamos a cola apenas nas laterais, depois aplicando o alumínio.
• A folha de papelão que servirá de refletor também precisará de alumínio na parte que ficará virada para dentro. Novamente passamos a cola e colocamos o alumínio.
• Pinte o fundo da caixa menor com a tinta preta, de preferência no mínimo duas demãos para melhor fixação da mesma. Espere secar.
• Corte o rolo de papel higiênico em 05 partes iguais e organize-as na caixa maior de modo que cada parte suporte um ponto da caixa interna. Esses suportes podem ser pintados de preto para acelerar a condução (como foi feito, apesar de não estar demonstrado na foto).

 

• Pegue a tampa de papelão e coloque a caixa menor sobre ela. Marque o contorno da caixa sobre a tampa. Com o estilete, corte uma parte da tampa a partir desse contorno. É nesse espaço que será acoplada a folha de acetato presa com fita adesiva.
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• No nosso caso, usamos bandejas de isopor (aquelas que embalam frios, queijos) para o isolamento, mas poderia ser usado jornal amassado ou pedaços soltos de isopor. Coloque as bandejas preenchendo os espaços entre as caixas. As bandejas devem ser cortadas para ter a mesma altura das caixas aproximadamente.

 

• Com o auxílio de uma tesoura, faça um pequeno furo na borda superior da tampa refletora. Em seguida, insira o barbante nesse furo, faça uma volta sobre a parte superior e dê um nó como nesta imagem.
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• Faça o mesmo procedimento na face frontal da caixa maior. O nó pode ser feito e desfeito conforme a necessidade de mudança do ângulo de inclinação da tampa refletora. Pode-se prender o barbante à caixa com fita adesiva, apenas se necessário, para manter o ângulo de inclinação da tampa.

 

• E está pronto o forno solar!

  

Física do Forno Solar

Os raios luminosos incidem na tampa forrada com papel alumínio e se refletem para o interior do forno. O forno por sua vez é constituído por duas caixas, uma maior, com uma menor dentro; o espaço entre elas é revestido com isopor para isolá-la termicamente. Os lados internos de ambas as caixas são revestidos com papel alumínio para refletir possíveis raios que neles incidirem, e a base interna da caixa menor pintada com a cor preta, pois esta absorve luz e, consequentemente, o calor nela contido. Este calor por sua vez é passado por condução da base do forno, para a panela e desta para a água. O forno contém uma tampa com folha de acetato presa a ela para reter parte dos raios solares e de seu calor (Efeito Estufa).

Levantamento do Gráfico: Temperatura x Tempo de Exposição

11h00min – 25,5ºC

12h30min – 57,0ºC

Como a quantidade da água no recipiente era mínima, mesmo antes da medição final (que seria feita apenas no tempo de aula às 13h45min), fomos orientados a colocar mais água.

13h15min – foram colocados 20 ml de água a 30ºC em uma panela contendo 10 ml a 57ºC – água resultante depois do equilíbrio térmico a 39ºC.

mc∆Θ + mc∆Θ = 0

20.1(Θ – 30) + 10.1(Θ – 57) = 0

20Θ – 600 + 10Θ – 570 = 0

30Θ – 1170 = 0

Θ = 1170 / 30 => Θ = 39ºC

14h00min – foi medida a quantidade de 30 ml de água que atingiu 49ºC, que foi nossa temperatura final.  

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