Colégio Pedro II
1º ano E.M – T.: 2106
Integrantes do grupo:
- Anna Carolina Alkmim Arlotta N°01
- Anna Clara Cardoso Soares N°02
- Luiza Barreto Gabriel N°21
- 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.
Montagem da base do aquecedor solar.
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.
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.
