Aprendendo Física em Rede

Colégio Pedro II – Campus Centro
Profº Sérgio        Projeto de Física      1º Ano do Ensino Médio – 2014
Fabiano Ferreira                  09              Turma 2102
Guilherme Henrique           15
Miguel Celestino                  26
Vinícius Nascimento           34
Yasmin Hughes                   36

ROTEIRO DE REPLICAÇÃO

Materiais necessários:

• Uma bandeja metálica retangular (de alumínio) de dimensões 20 cm (largura) por 28 cm (comprimento);
• Um pedaço de vidro de 02 mm de espessura, feito sob medida, de modo a se encaixar corretamente na bandeja;
• 01 metro de mangueira plástica fina (1/4”);
• Lata de leite em pó (vazia);
• Tinta preto-fosco (de preferência em spray);
• Espaçadores de 03 mm;
• Durepoxi normal (secagem lenta).

Montagem do sistema:
– Fazer 02 furos na bandeja e 02 na lata. Fazer 02 furos no fundo da bandeja, próximos às extremidades (cada um próximo de cada extremidade). Fazer 02 furos na lateral da lata: o primeiro (entrada de água quente) um pouco acima da metade da lata; já o segundo (saída de água fria), bem próximo do fundo. Os furos devem ser feitos de acordo com a espessura da mangueira, todos com auxílio da furadeira;
– Pintar o fundo da bandeja com a tinta preto-fosco e esperar secar totalmente;
– A mangueira foi cortada ao meio, e os dois pedaços foram fixados na lata e na bandeja: foi colocada a primeira ponta da mangueira na parte de cima da lata, e fixada com durepoxi; a outra ponta da mangueira foi fixada no furo (da bandeja) da extremidade mais próxima, também fixada com durepoxi. E no outro pedaço da mangueira, uma das pontas foi fixada na parte debaixo da lata, com durepoxi; e a outra ponta foi fixada no outro furo da bandeja (da extremidade mais distante), também fixada com durepoxi;
– Colocar 02 espaçadores (03 mm cada) em cada canto da bandeja, fixando-os com durepoxi. Sobre eles, depositar o vidro, encaixando-o corretamente na bandeja, com o uso do durepoxi nas bordas da bandeja (dentro e fora), sempre evitando frestas, para que não ocorram vazamentos;
Para que o sistema funcione de maneira correta, o reservatório de água (lata) deve ficar acima do coletor de radiação (bandeja). Posicionar a bandeja à 23º de inclinação do chão e a lata um pouco acima do nível da bandeja (colocar algum suporte embaixo da lata e para apoio da bandeja, para manter no ângulo corretamente). Encher o sistema com água (pouco mais de um litro) e expô-lo ao sol. Eliminar possíveis bolhas de ar nas mangueiras de ligação, pois podem interromper a circulação da água e seu aquecimento.

                    Sistema pronto

CÁLCULO DA TAXA DE IRRADIAÇÃO

Irradiação média = Q/A.Δt = mcΔθ/A.Δt = V(valor) cal/s cm²
Onde: Q = quantidade de calor, m (massa da água), c (calor específico da água), Δθ(variação de temperatura), A (área da bandeja) e Δt(variação de tempo). V(valor) em calorias/segundo centímetro quadrado ou metro quadrado.
– m (massa da água) => 336g
– c (calor específico da água) => 1 cal/g ºC
– Δθ (variação de temperatura) => 38ºC – 28ºC
– A (área da bandeja) => 20 cm de largura X 28 cm de comprimento = 560 cm²
– Δt (variação de tempo) => 14:00 – 12:33 = 1h30min aproximadamente = 5.400 s
=> Q/A.Δt => 336g x 1 x 10ºC/560 cm² x 5.400 s = 3360 gºC/3.024.000 s cm² = 0,0011cal/s cm² ou 11 cal/s m²

R: V = 0,0011cal/s cm² ou 11 cal/s m²

ITENS FACULTATIVOS:
3.1 – Estimar o consumo de água em uma família de 4 pessoas.
Segundo média da ANBT (Associação Brasileira de Normas Técnicas), uma pessoa consome 110 L de água quente por dia, então:
110 L/pessoa X 4 pessoas = 440 L por dia
440 L/dia X 30 dias = 13.200 L/mês
R: Portanto uma família de 4 pessoas gastam, em média, 13.200 L de água quente em 1 mês.

 
3.2 – Estimar a economia, em reais, que se faz ao trocar o aquecimento de água por energia elétrica pela energia solar!
– Segundo a ANEEL (Agência Nacional de Energia Elétrica), a Tarifa Residencial Vigente da empresa Light (Light Serviços de Eletricidade S/A) é de R$ 0,32874 por kW/h, até o dia 06/11/2014.
– Uso estimado de água quente: 40 min (numa família de 4 pessoas, supondo que cada uma tome um banho diário de 10 min).
– Custo => R$0,32874/60min = x/40 min => R$0,21916/h => R$0,21916 X 24h = R$5,25984/dia
– R$5,25984/dia X 30 dias = R$158/mês
– Custo aproximado de manutenção do aquecedor (sem contar o custo da sua construção) => R$100,00/mês
R: Economia => R$158,00 – R$100,00 = R$58,00/mês (isso no primeiro mês, porém com o uso do aquecedor, não há cobrança mensal, então a economia será ainda maior a partir do segundo mês).

<a rel=”license” href=”http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/”><img alt=”Licença Creative Commons” style=”border-width:0″ src=”http://i.creativecommons.org/l/by-sa/4.0/88×31.png” /></a><br />Este obra está licenciado com uma Licença <a rel=”license” href=”http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/”>Creative Commons Atribuição-CompartilhaIgual 4.0 Internacional</a>.

Colégio Pedro II – Campus Centro

Turma 2108 – Ano 2014

Laura Beatriz Botelho Kobler – 15

Mariane Militão Barbosa – 25

Mylena Fernandes da Costa – 26

Margarida Maria Xavier de Andrade – 24

Relatório de replicação do aquecedor solar

Para fazer o aquecedor solar proposto é necessário:

1.  Uma bandeja metálica retangular (foi usada uma de 20cm x 15cm x 2cm)

2. Um vidro do tamanho da bandeja de 2mm de espessura.

3. Tinta preta fosca.

4. Uma lata de leite vazia.

5. Duas mangueira de aprox. 50cm de comprimento cada.

6. 4 pequenos tubos de aprox. 3cm cada (foram usadas antenas de tv)

7. (MUITO) Durepoxi.

1º passo: Limpe e pinte a bandeja com a tinta preta fosca, dando duas demãos (preto é a cor que mais absorve irradiação).

2º passo: Faça dois furos na bandeja, um em cada lateral menor e dois furos na lata, um bem próximo do fundo e outro um pouco acima da metade (os furos foram feitos com o auxílio de um prego e de um martelo mas também poderia ter sido uma furadeira, teria sido mais fácil).

3º passo: Em cada furo deve ser fixado um dos tubos com muito (eu disse MUITO) Durepoxi. É importante que não haja vazamento de água, então se necessário use também silicone na hora de vedar o furo.

4ºpasso: Ligue os tubinhos com as mangueiras: o tubo na parte inferior da lata ao tubo da parte inferior da bandeja e o superior da lata no superior da bandeja.

5º passo: Fixe o vidro na bandeja (certifique-se de que está bem encaixado e vede-o com muito (MUITO!!!) Durepoxi ou outro material como cola quente, silicone, etc). É vital que o vidro esteja perfeitamente vedado e sem nenhum vazamento.

6º passo: É importante que o equipamento seja testado antes de ser colocado em prática pois é neste momento que os erros no sistema são descobertos e podem ser consertados.

7º passo: Encha o sistema com água através da lata até a agua cobrir a mangueira superior da lata e deixe a bandeja a aprox 25º do chão e a lata acima da bandeja (é muito importante que seja feito assim para o funcionamento do sistema convectivo). Finalmente exponha ao sol e a água esquentará.

Cálculo da taxa de irradiação:

O aquecedor feito pelo meu grupo apresentou inúmeros problemas porém o mais determinante foram os vazamentos que dificultaram bastante o cálculo da taxa de irradiação com a seguinte equação: Q/A.T = m . c . b/A.T = x cal/s cm² onde Q é quantidade de calor, m é massa (800g), c é calor específico da água (=1,0cal/g), b é variação de temperatura (37ºC-27ºC=10ºC), A é a área da bandeja (600cm²) e T é tempo de exposição do aquecedor ao sol (1h=3600s). E x em calorias por segundo centímetro quadrado é a taxa de irradiação. Logo:

800x1x10/3600×600 = 800/2160000 = aprox. 0,0003703704 cal/cm².s

Item facultativo:

a) Consumo mensal de água quente em uma família de 4 pessoas (chuveiro):

a cada 1min, 4,5 litros de água em uma família de 4 pessoas: 4,5x10x4=180L por dia, 180Lx30=5400L mensais (levamos em consideração que cada pessoa da família toma apenas um banho quente por dia, de aprox. 10min.).

b) Usamos para o cálculo o chuveiro elétrico Lorenzetti Ducha Relax, de potência 6500W=6,5kWh. Chuveiro ligado: 10x4x30=1200min-20h (em um banho de 10 minutos). 20×6,500=130kWh por mês. O preço do kWh pela empresa Light  é R$0,32874, logo: 130×0,32874=42,72362. Se a água quente utilizada pelo chuveiro elétrico fosse substituida pela água quente do aquecedor solar por completo uma família poderia economizar R$42,72 reais por mês.

Colégio Pedro II- Campus Centro

1º Ano Ensino Médio  – Turma: 2108

Integrantes:

João Pedro Pedroza Cabral dos Santos N°: 12
Leonardo Barbosa de Oliveira N°:16
Lucas Pinhel N°:20
Lyandra Paredio de Lima N°21

• Material:

1. Fôrma Metálica Retangular;
2. Durepoxi;
3. Cola de Silicone;
4. Mangueira Plástica (70 cm);
5. Lata de Leite em Pó Vazia;
6. Vidro Plano e Retangular que Encaixe na Forma;
7. 4 Tubinhos de Alumínio;
8. Espaçador 1cm;
9. Tinta Preta Fosca.

• Montagem

O procedimento padrão seria pintar a fôrma em seu interior de preto fosco para que a energia luminosa fosse aproveitada (levando em consideração que os raios luminosos que são absorvidos pela cor preta são transformados em calor, facilitando assim o aquecimento da água). Essa medida, porém não foi necessária por que a forma usada era preta fosco de fábrica.
O próximo passo é fazer furos em suas extremidades para que os acessos sejam devidamente colocados. E colocar espaçadores entre a forma e o vidro, que no caso desta montagem foi algumas tampas de garrafa pet de 1cm de altura.
Agora deve-se encaixar o vidro sobre ou dentro da fôrma, já com os espaçadores devidamente colocados na forma. Cola-se o vidro com cola de silicone , e deve-se atentar para que não haja nenhum ponto que não esteja vedado.
Em seguida fura-se a lata de leite em pó com furadeira. O primeiro furo deve ser na parte superior esquerda da lata, onde supostamente entraria a água quente. O segundo furo deve ser na parte inferior direita da lata, onde sairá a água fria.
Após os furos, Corta-se a mangueira em dois, a maior parte em 45 cm, que será usada para o transporte da água fria e a menor parte em 25 cm, que será usada para o transporte da água quente. Deve-se colocar a menor mangueira no furo superior da forma para transportar a água quente e fixar com durepoxi. Em seguida, deve-se colocar a maior mangueira na parte inferior da forma e a outra ponta no furo inferior direita da lata onde irá passar a água quente.

Posteriormente, coloca-se o durepoxi por cima do silicone e do vidro para maior certeza que a água não irá passar e espere a secagem. Depois de 2 horas, teste o reservatório para descobrir se esta vazando ou não. Caso vaze, repita o precedimento até que esteja completamente vedado$

Quanto a estrutura estiver corretamente montada e quando for certificado que não há nenhum vazamento de água, por que o sistema todo deve estar totalmente vedado, conforme já foi dito anteriormente, deve-se pôr o aparelho sob o sol da seguinte forma:
A fôrma deve estar apoiada sobre um suporte fazendo mais ou menos 90º com os raios solares, de forma que fique inclinada, pois o sistema não funcionará se o reservatório (fôrma+cobertura de vidro) estiver plano. A mangueira da extremidade de baixo deve ser a que acessa a lata em sua parte superior, a mangueira da extremidade de cima acessa a lata por baixo. É necessário encher todo o sistema com água pura e em temperatura ambiente (considerando aproximadamente 20º).

• Funcionamento:

Se o sistema estiver em total funcionamento os raios solares atravessarão o vidro atingindo a água, o calor do do sol será transferido para a água através de condução tendo como condutor principal a fôrma, a energia dos raios, por sua vez, chegarão por irradiação até o sistema e, como já foi dito, essa irradiação atravessará o vidro. Porém os raios solares permanecerão no interior do reservatório atendendo assim, o princípio do efeito estufa. A luz que vem do sol também será aproveitada, pois tendo o interior da fôrma pintada de preto, a energia da luz que foi absorvida pela cor preta se converterá em calor que será transferido para a água. Tendo então a água com temperatura ascendente, e obedecendo aos princípios da física (convecção) , a água “quente” subirá pela mangueira conectada à lata e a água “fria” descerá pela mangueira conectada à fôrma, gerando assim um revezamento. Depois de um período de tempo (que será relativo à quantidade de água, obedecendo seu calor específico) a água toda do sistema estará aquecida.

• Observações:

Após a montagem foi observado e constatado através de testes práticos que o sistema apresentava uma falha decisiva em seu funcionamento que comprometeu por completo o aquecedor. Tratava-se de um vazamento no reservatório pela parte de tangência do vidro o que impossibilitou seu funcionamento, pois quando era depositada a água a ser aquecida, a mesma escoava através da citada fístula/ vazamento.

• Considerações Finais:

Tendo em vista que o aquecedor não funcionou por causa da má adesão do vidro á fôrma, pode-se concluir que é mais eficiente é aconselhável que esse passo de montagem seja feito de outra forma, visando a melhor eficiência. A colagem por cima da fôrma parece ser mais eficiente, conforme foi observado em outros trabalhos. Em relação as outras partes do trabalho, não foi observado mais nenhuma falha.

• Licença:

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