Roteiro de Replicação do Aquecedor Solar

Colégio Pedro II

1º ano E.M – T.: 2106

Integrantes do grupo:

  1. Anna Carolina Alkmim Arlotta            N°01
  2. Anna Clara Cardoso Soares             N°02
  3. Luiza Barreto Gabriel                         N°21
  4. Nathalia Lima Sartore                        N°28

Materiais:

  • Uma bandeja (metálica) retangular pequena. (tabuleiro de bolo)
  • Um pedaço de vidro (espessura 2 mm) com dimensões para encaixe na bandeja.
  • Uma lata vazia de leite em pó.
  • 70 cm de mangueira plástica fina.
  • 4 pedaços (3 cm de comprimento cada) de tubinho de alumínio (vareta de antena de TV).
  • Tinta preto-fosco em spray.
  • Durepoxi.

Para a montagem da base:

  • Um piso.
  • Durepoxi.
  • Dois tubos de alumínio para sustentar a bandeja.

Como fazer:

  • Primeiramente, fizemos dois furos nas laterais do tabuleiro, com distância de 4 mm do fundo do mesmo. Na lata, fizemos também dois furos, porém os dois na vertical com cerca de 4 centímetros de distância entre eles para o encaixe dos tubinhos de alumínio (antena de TV).
  • Após a execução dos furos, pintamos a bandeja com tinta em spray preto-fosco. Optamos pela tinta spray pois sua secagem é rápida e o preto-fosco permite uma melhor absorção de radiação solar.
    Após a secagem, cortamos a antena em 4 partes com 3 centímetros cada e a mangueira em 2 partes com 70 cm cada. Encaixamos cada mangueira nos tubos da antena e esta na bandeja e na lata, fixando com durepoxi para evitar vazamentos.
  • Colocamos 4 rolhas nas extremidades da bandeja, servindo como espaçadores para apoiar o vidro. Depois, fixamos o vidro de 2mm de espessura na bandeja, envolvendo-o com uma camada de durepoxi.
  • Para um melhor funcionamento do nosso projeto, isolamos nosso reservatório com isopor para que não houvesse trocas de calor entre a lata e o meio externo. Assim, a temperatura da água aquecida não seria influenciada pela temperatura do ambiente e o reservatório não perderia muito calor. Também resolvemos fazer uma base para que nosso coletor (bandeja) ficasse inclinado e os raios solares o atingissem com mais facilidade.
Reservatório isolado termicamente.

Reservatório isolado termicamente.

 

Montagem da base do aquecedor solar.

Montagem da base do aquecedor solar.

 

Os quatro espaçadores e o vidro fixado com durepoxi.

Os quatro espaçadores e o vidro fixado com durepoxi.

Funcionamento:

Os raios solares incidem no vidro, passando por ele e aquecendo o fundo do tabuleiro, que por ser de alumínio esquenta com facilidade. Assim, a água em contato com o tabuleiro é aquecida tornando-a menos densa. A água mais leve retorna ao reservatório, desta vez aquecida. Dessa forma, a água fria contida no reservatório é conduzida ao coletor (tabuleiro), repetindo o ciclo continuamente. Depois de algum tempo é possível verificar que a água dentro da lata aumentou de temperatura. Nesse processo vemos três formas de propagação de calor: irradiação (pelos raios solares), condução (a água em contato com o tabuleiro quente é aquecida) e convecção (ao observarmos o ciclo convectivo).

Aquecedor Solar pronto e decorado.

Aquecedor Solar pronto e decorado.

Problemas Encontrados:

  • Após terminarmos a montagem do sistema, verificamos no nosso teste que havia vazamentos entre a bandeja e o vidro, pois a distância entre o fundo da bandeja/ coletor e o vidro era muito grande (superior a 4 mm), aumentando a pressão da água. Devido a esse problema, refizemos todo o sistema. Na montagem do novo coletor, seguimos com mais rigor as instruções, diminuindo, então, a distância que gerou o problema já citado.
  • No novo teste o aquecedor solar funcionou corretamente, porém no dia da apresentação do trabalho surgiram muitas bolhas de ar na mangueira impedindo a água quente de chegar ao reservatório. Não conseguimos retirá-las da mangueira e nosso sistema não funcionou.
  • Ainda com vontade de vermos o aquecedor funcionando, pesquisamos e solucionamos tal problema. Colocamos o reservatório abaixo do nível do coletor, dessa forma, a água retornou para a lata, preenchendo toda a mangueira superior e eliminando as bolhas de ar.
  • É importante ressaltar que o tamanho da mangueira pedido era de 35 cm cada. Somando, então, 70 cm. Ao colocarmos 70 cm em cada mangueira, cometemos um erro, pois a passagem de água precisava de mais pressão para realizar o ciclo convectivo, dificultando a passagem de água quente ao reservatório.

 Índice de radiação solar média:

                Para calcularmos o índice de radiação solar média, usamos duas fórmulas:

  • Q = M x C x Δθ à Fórmula usada pra saber a quantidade de calor.
  • Quantidade de calor (cal) = Massa (gramas) x Calor específico ( cal/ g. °C )  x Δθ ( °C ).

* Massa de água (gramas): para calcular sua massa foi utilizado um recipiente de 900 ml para o enchimento do sistema.

Utilizamos 900 ml + 600 ml = 1500 ml = 1,5 l.

1,5 l = 1,5 kg = 1500 gramas.

 

* Calor específico da água (cal / g. °C): 1 cal/ g °C.

 

*  Variação de temperatura (°C):

12 horas – 28 °C

13: 50 horas – 36 °C

36 °C – 28 °C = 8 °C.

 

Calculamos, então:

Q = M x C x Δθ

Q = 1500 x 1 x 8

Q = 12000 cal.

 

  • IR = Q / A x Δt
  • Índice de radiação (cal/ s. m²) = quantidade de calor (cal) / área (m²) x variação do tempo (segundos).

*  Quantidade de calor (cal): 12000 cal.

*  Área do coletor (m²):

26 cm x 16 cm = 416 cm² = 0,0416 m².

*  Variação de tempo (s):

12 horas – 28 °C

13:50 – 36 °C

13:50 – 12:00 = 1:50

1 hora e 50 minutos = 60 minutos + 50 minutos = 110 min x 60 = 6600 s.

 

Calculamos, então:

IR = Q / A x Δt

IR = 12000 / 0,0416 x 6600

IR = 12000 / 274, 56

IR = 43, 70629370629371

IR = aproximadamente 43, 7 cal / s. m².

 

Estimativas:

 1.       Estimar o consumo de água quente mensal numa família de 4 pessoas:

  • Segundo a NBR – 7198 de Instalações prediais de água quente, o consumo médio diário de uma pessoa é:

Casa à 45 litros / pessoa / dia.

Apartamento à 60 litros / pessoa / dia.

 

  • Calculamos o consumo mensal (30 dias) para cada pessoa:

Casa à 45l / pessoa / dia x 30 dias = 1350 litros / pessoa / mês.

Apartamento à 60l / pessoa / dia x 30 dias = 1800 litros / pessoa / mês.

 

  • Calcula-se quanto uma família de 4 pessoas gastam por mês:

Casa à 1350 l / pessoa / mês x 4 pessoas = 5400 litros / família / mês.

Apartamento à 1800 l /pessoa / mês x 4 pessoas = 7200 litros / família / mês.

 

2.     Estimar a economia, em reais, que se faz ao trocar o aquecimento de água por energia elétrica pela energia solar.

 

Tendo como base os seguintes dados:

  • O chuveiro elétrico Lorenzetti que possui 5500 watts de potência;
  • Cada pessoa da família toma, pelo menos, um banho de 10 minutos por dia.

 

Energia consumida = potência do chuveiro x tempo de duração do seu uso.

 

* Potência do chuveiro: 5500 W.

* Tempo de uso do chuveiro: 4 pessoas x 10 min x 30 dias = 1200 min/família/mês.

* Energia consumida:

5500 W x 20 horas/ família /mês = 110000 Wh = 100 kWh.

Na conta de luz de uma residência de uma família de 4 pessoas que moram na cidade do Rio De Janeiro, no ano de 2014, o preço pelo kWh é de R$ 0,50098. Calculamos:

1 kWh = R$ 0, 50098

110 kWh = R$ X

R$ X = 110 kWh x 0,50098

R$ X = 55, 1078

R$ = 55, 10

 

Então, conclui-se que R$ 55,10 é a economia se fosse utilizado o aquecedor solar no lugar do chuveiro elétrico de 5500 W por mês.

Publicado em 2106, Projetos-Aprendizagem | 1 Comentário

Roteiro de Física

Colégio Pedro II- Campus Centro 

1° ano do ensino médio
Alunas: Alessandra Alves Gomes de Sá n°1    Turma: 2102
Ana Sarah Schneider Berilo       n°3
Nathalia de Oliveira Floriano    n°29
Professor: Sérgio – Física

Roteiro do Aquecedor Solar
O aquecimento solar é o uso de energia solar para o aquecimento de água para banho, piscina, e é uma fonte energética com grande quantidade e gratuita.
Fizemos um teste, montando um aquecedor solar em um tamanho não muito grande, falaremos mais como montamos e sobre ele com algumas imagens.

Montando seu aquecedor solar.

-Material usado:

.Bandeja metálica, de preferencia pequena e retangular. (Usamos os tamanhos 30cm de comprimento por 20cm de largura e mais 4cm de altura.)

.Vidro que caiba dentro da bandeja, com uma espessura de 2 ou 3mm. (Recomendamos mandar fazer um vidro para a bandeja em si.)

.Um metro de mangueira plástica de preferencia transparente.

.Uma lata de leite ninho ou algum produto parecido que seja de metal.

.Tinta preta para metal que não se dissolva em água. (De preferencia tinta de metal em spray)

.Durepoxi em bastante quantidade, pois pode ser preciso reforçar algumas partes. ( Meu grupo usou SOS, mas isso causou problemas.)

.Opcional—Tubinhos de alumínio. (antena de TV)

.Silicone(Para reforçar o Durepoxi.)

-Como montar:
.Primeiramente passe uma ou duas camadas da tinta preta na bandeja na parte de dentro, cobrindo toda a região.

.Depois você deverá furar apenas duas extremidades da bandeja em um tamanho que os tubos de alumínios entrem e não deixem muito espaço em volta. Esses furos tem que se localizar mais ou menos 2 mm à cima do fundo da bandeja. Fure também a lata de metal, dois furos, um bem em baixo, outro no meio. (Use a furadeira para furar a bandeja e a lata.)

.Use o durepoxi para tampar os cantos entre os tubinhos e a bandeja e o tubinho e a lata, não deixando nenhuma parte que possa deixar a água passar para fora. Deixe o durepoxi secar durante umas oito horas antes de colocar mais uma camada leve de durepoxi para fortalecer. Use também silicone para reforçar o durepoxi, para não ter risco de vazar.(Usamos o SOS, que é muito parecido com o Durepoxi, porém ocorreram problemas como vazamento nos tubinhos, então não indicamos o uso.)

.Enquanto o durepoxi secar, você pode aproveitar para cortar as mangueiras, cuidado com o tamanho, uma tem que ficar maior que a outra.

.Depois de seco, cole o vidro também com durepoxi na bandeja, o vidro tem que ficar com 4 mm de distancia do fundo da bandeja. Cuidado para não deixar nenhuma parte sem durepoxi, pois pode vazar água na hora do funcionamento. Deixe secar por um dia.

.Coloque as mangueiras cortadas encaixadas nos tubinhos metálicos, e coloque fita isolante para prendê-las nos tubos para que não soltem, passem a fita umas 3 ou 4 vezes envolta da mangueira e o tubo.(Se quiser pode colocar durepoxi para deixar a mangueira pressa, mas tem o risco de ter problema depois de não ter como soltar se você precisar.

Obs:A mangueira com o maior comprimento tem que ficar presa no tubinho de baixo na lata e no tubinho de baixo na bandeja, e a mangueira menor tem que ficar presa no tubinho de cima da lata e no de cima da bandeja.

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-Funcionamento:

.Depois de tudo pronto e seco e o durepoxi bem duro, você precisa escolher uma hora e local onde tenha e bata sol, para que o aquecedor receba a irradiação do sol.

.Depois, posicione o aquecedor de uma forma onde a bandeja fique inclinada em um angulo de uns  30° em direção ao sol, e a lata fique um pouco mais a cima, pode usar uns tijolos para deixar a lata mais alta como o meu grupo usou.

.Depois, coloque a água devagar dentro da lata até cobrir o segundo furo, deixa passar do segundo furo, e logo vai perceber que água da lata vai descer já que vai passar pelas mangueiras e entrar na bandeja, a água precisa cobrir todo o espaço da bandeja. Depois que a bandeja estiver totalmente coberta de água, verifique-se se a água na lata ainda está passando o segundo furo, e depois veja qual temperatura à água se encontra. Foi nesse momento que meu grupo percebeu que a água estava vazando, então o processo não pode ser realizado.

.Espere mais ou menos meia hora, e abra a lata e meça de novo a temperatura da água, logo você vai perceber que a água esquentou.

 

O que acontece para que a água esquente:

.Bem, explicando como funciona o aquecimento da água. Primeiro o Sol manda raios que chegam no nosso aquecedor, primeiro passando pelo vidro e pela água chegando na bandeja, podemos chamar esse ato de irradiação, depois a bandeja que mantem toda a luz por ser preta, esquenta bem rápido, e também por ser metálica, e a bandeja passa para a água o calor, esse ato chamamos de condução.

.A água mais quente é menos densa e logo sobe, e quando sobe ela passa pela mangueira de cima, e o nome que chamamos o ato de passar pela mangueira que vai da bandeja até a lata é a convecção.

.Depois a água chega à lata, e como é a mais quente e menos densa, faz com que a água que estava na lata desça por estar mais fria, e ela logo passa pelo furo de baixo, indo da mangueira até a bandeira e lá permanece até ser esquentada novamente e esse processo fica se repetindo.

-Taxa de irradiação:

.Infelizmente não podemos saber ao certo a taxa de irradiação, pois não aplicando o silicone a água acabou vazando pelos tubinhos,

 

Licença:
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Publicado em 2102, CP2, Experimentos, Física, Projetos-Aprendizagem | 2 Comentários

Roteiro de Replicação do Aquecedor Solar 2014

Colégio Pedro II – Campus Centro

Rio de Janeiro, 12 de abril de 2014

Disciplina: Física

Professor: Sérgio Lima

Integrantes do grupo:

Leonardo Cattari – nº20

Letícia Rezende – nº 22

Luiza Calixto – nº 25

Mª Eduarda Feijó – nº 27

1º ano E.M – T.: 2104

 

 

Introdução:

Por que é importante usar o aquecedor solar? Porque além de ser um sistema simples de fazer e utilizar, ele não agride o meio ambiente e trará muita economia para as pessoas que o utilizarem, pois o investimento gasto na compra do aquecedor (ou na montagem dele) logo se reverterá em contas de luz muito mais baratas.

O diretor-presidente da Soletrol (empresa que fabrica aquecedores solares) Luís Augusto Mazzon, afirma que ao substituir o chuveiro elétrico, ela diminui, em média, 35% do gasto de luz numa casa. E tem mais: a energia elétrica usada no aquecimento de água responde por 6% do consumo nacional, o dobro do destinado à iluminação pública. Em tempos de ameaça de blecaute e preocupação com o esgotamento das reservas energéticas essa parece ser a solução mais favorável para todos.

 

Passo a passo para a construção do aquecedor solar:

  • Materiais necessários
  1. uma bandeja pequena (metálica) retangular ou forma para bolo pequena(de alumínio);
  2.  um pedaço de vidro (espessura 2 mm) de dimensões compatíveis com as da bandeja;
  3.  uma lata vazia, tipo de leite em pó;
  4.  70 cm de mangueira plástica fina (1/4 );
  5.  tinta preto-fosco;
  6.  Durepoxi normal (secagem lenta).
  • Como fazer

Primeiramente, nosso grupo lixou e limpou a bandeja (para melhor aderência da tinta) e depois pintamos. Isso 2 dias antes do trabalho ser feito para a secagem ficar completa.

Após isso, pedimos para o pai de um dos integrantes do grupo furar a bandeja (coletor) e a lata (reservatório) com uma furadeira (não mexam com isso sozinhas, crianças! :D), um furo em cima e outro embaixo de cada um e o furo ficou praticamente da mesma espessura da mangueira de plástico.

Logo, nós cortamos a mangueira em duas partes iguais e afixamos essas partes nos furos da lata e da bandeja (o furo de cima da bandeja se conectava com o furo de cima da lata e o furo de baixo da bandeja se conectava com o furo de baixo da lata). Usamos o Durepoxi nessa parte, para nos certificarmos de que não haveria vazamentos de água. Após a secagem completa do Durepoxi, passamos a cola de silicone.

Depois disso, colamos o vidro à bandeja, também com o Durepoxi e esperamos secar um dia para depois testarmos.

*Ah, é importante colocar a lata num nível acima da bandeja, para melhor deslocamento da água, facilitando as correntes de convecção.

 

Testando…

Após a secagem completa do Durepoxi, resolvemos testar para ver se encontrávamos problemas. Enchemos a lata de água e prestamos atenção no seu deslocamento até a bandeja. Funcionou! Então, colocamos o equipamento no sol e esperamos a mudança de temperatura…

No dia da apresentação:

Deixamos o equipamento durante exatamente 60 minutos no sol (13:28-14:28) e notamos a diferença de temperatura de 6ºC na água (26ºC-32ºC)

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Cálculo da taxa de irradiação:

1200g = Massa da água

Área da bandeja = 21 x 25 = 525 cm² = 0,0525 m²

Diferença de temperatura = 32 – 26 = 6°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 da água x massa da água = 6 x 1 x 1200 = 7.200

7.200/ 3600seg x 0,0525 m²= 7.200/189

Irradiação = 38,09/ s.m² (aproximadamente)

 

Itens facultativos:

Consumo de água quente mensal numa família de 4 pessoas:

Supondo que uma pessoa gaste, em média, 45 litros por dia, temos:

45 x 4= 180 litros por dia

Em um mês:

180 x 30 = 5400 litros

Supondo que um chuveiro tenha 3200 W e cada pessoa tome um banho por dia de, em média, 7 minutos:

Tempo = 7 x 4 x 30 = 840 minutos = 14h

Energia gasta = 14 x 3200 = 63.000 kWh

1kwh na Light = R$ 0,32874

0,32874 x 63000 = R$ 20,71 de economia trocando o chuveiro elétrico pelo aquecedor solar.

Publicado em 2014, 2104, Atividade-Alunos, carolcastro, CP2, Física, Projetos, Projetos-Aprendizagem, Relatório | 1 Comentário

Aquecedor Solar – 2106

 

1º ano do Ensino Médio      Turma: 2106      Ano: 2014

Colégio Pedro II – Campus Centro

Física: prof. Sérgio

 Grupo: Letícia Helena da Silva Pamplona Côrte Real- nº17

Rafaella Brascher Halpern- nº30

Luiza Siqueira Cavalcante Ferreira-nº22

Fernanda Queiroz Corrêa Lima- nº11

Roteiro de Replicação:

    Nós quando estávamos fazendo descobrimos algumas dicas boas para agilizar o processo de montagem do experimento como:

   – Após pintar e colocar o durepoxi levar o tabuleiro ao forno à 100ºC durante uns 20 minutos para a secagem ser mais rápida;

   – Usar como espaçadores de 4mm uma rolha;

   – O tabuleiro deve ser lixado antes do vidro ser preso com o durepox para a melhor aderência e só após esse processo ser pintando de preto em volta para dar o acabamento;

   – Usar EVA para fazer o isolamento térmico do reservatório;

   – Antes de colocar o vidro limpá-lo para n ficar marcas de dedo, uma vez que elas são um obstáculo para que a passagem da luz.

Passo a passo da montagem:

   Durante a montagem do aquecedor primeiro nós cortamos a bandeja e a mangueira, depois pintamos o fundo da bandeja de preto e prendemos os espaçadores, após ser feito isso limpamos o vidro para tirar as marcas de dedo e o prendemos com durepoxi na bandeja. Então nós encaixamos a mangueira na bandeja. Já no reservatório, nós o encapamos com EVA preto para fazer o isolamento e depois fixamos a outra ponta da mangueira nele. Para base do projeto cortamos um pedaço de madeira mais comprido para colocar o reservatório acima do coletor solar e para fixar tudo usamos outro pedaço de madeira. Para testarmos o funcionamento usamos uma lâmpada de 500W pois o dia estava chuvoso.

  • Projeto Pronto                                     Limpando o vidro para fixá-lo a                                                                          bandeja

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Prendendo o vidro com durepoxi

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Cálculo da Taxa de Irradiação:

Ti =  m. Δθ . c    =    m . 17℃ . 1(cal/gºC)   =     17. m .1cal/g    =  17.1200g.1cal/g 

    Área . Tempo          499,5cm².7200s           3596400cm²s         3,5964.10⁶cm²s

Ti =    2400cal     ≅  0,5672.10⁻²cal

   3,5964.10⁶cm²s            cm²s

Ti =    20400cal   ≅   56,72cal

         359,64m²s           m²s

Cálculos:

Δθ = 25ºC até 42ºC = 17ºC

Área = 27.18,5 = 499,5cm²

Tempo = 2h (9:40 até 11:40) = 7200s

m = 1200g

Extra:

A) O consumo de água quente em uma família com quatro pessoas:

-Supondo que uma pessoa gaste 55 litros de água quente em um banho de 5 minutos e ela tome dois banhos por dia, então em uma casa com quatro pessoas o consumo mensal será de 2x55x4x30 = 13200litros.

-Supondo que uma pessoa gaste 115 litros de água quente lavando a louça durante 15 minutos com a torneira meio aberta três vezes ao dia, o consumo mensal dela será 3x115x30 = 10350 litros.

-Supondo que uma pessoa que escove os dentes com água quente durante 5 minutos três vezes ao dia, gaste 12 litros de água a cada vez que for escovar, então em uma família com quatro pessoas esse gasto será de 12x3x4x30 = 4320 litros.

Então no final do mês essa família terá gasto 4320+13200+10350 = 27870 litros de água quente.

B) Em média um aquecedor solar custa R$ 2500,00 e a conta de uma família com quatro pessoas fica por volta de R$270,00 por mês, logo após 9 meses a conta dessa família já terá ultrapassado o valor do aquecedor solar. Mas caso ela opte por obter um aquecedor, essa família pagará só uma vez o valor de R$2500,00 e terá o aquecedor sem pagar a conta mensalmente, já com a conta de luz ela pagará um valor mensalmente que ultrapassará o valor pago pelo aquecedor, logo é mais vantajoso a compra do aquecedor.

1º ano) Aquecedor solar   –    Energia Elétrica

              R$2500,00                   R$3240,00

2º ano) Aquecedor solar   –   Energia Elétrica

               R$o0.000,00              R$3240,00

No final de dois anos essa família terá pago R$6480,00 se ela não optar pelo uso do aquecedor, mas se ela tiver comprado o aquecedor a conta dela ficaria só nos R$2700,00.

A economia dessa família em dois anos, então, seria de 38,58% ou de R$3980,00 no final desses dois anos.

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