Aprendendo Física em Rede

Rio de Janeiro, 24 de Outubro de 2012

Colégio Pedro II – Campus Centro

Turma 2102 – 1º ano do Ensino Médio

Alunos:

-Lucas Berti nº 19
-Alice Yukiko nº 01
-Matheus Mota nº 22
-Renan Gonzales nº 30

PROJETO DE APRENDIZAGEM 2 – FORNO SOLAR

-Matérias utilizados para montagem do forno:
Duas caixas de papelão de diferentes dimensões, sendo uma maior e outra menor, jornal, papel alumínio, tinta de artesanato preta, cola branca, papel filme, durex e palito de churrasco.

-Processo de montagem do forno:
Cortamos a parte de cima de ambas as caixas de papelão, sendo que na maior não cortamos o espaço onde o jornal se localizava, para esse vão ficar tapado. Após terminar os cortes, começamos a pintar a caixa maior com a tinta preta, apesar de que a tinta é utilizada por pura estética. Depois colamos o papel alumínio na parte de dentro da caixa menor. Montamos uma caixa dentro da outra, verificando as dimensões e colocando o jornal no espaço entre as duas caixas. Medimos um novo pedaço de papelão para fazermos a tampa, com os mesmos tamanhos do fundo da caixa, porém cortando-a e deixando um espaço de abertura na caixa onde colocamos o papel filme. Por último fizemos a parte dos refletores, que cortamos três pedaços papelão com alumínio e botamos em volta da tampa.

-Processo de funcionamento físico do forno:
Primeiramente o espaço entre as duas caixas, serve para que o ar existente entre elas sirva de isolante térmico, e impeça que as caixas troquem calor por condução. O jornal é um mal condutor, e é colocado entre as caixas também como isolante térmico, apesar de não ser obrigatório para o funcionamento do forno, ajuda. A tampa é utilizada para evitar a perda de calor, e o espaço aberto preenchido por papel filme serve para que os raios entrem no forno. Na parte de fora, os refletores posicionados num ângulo indefinido, um pouco maior que noventa graus, servem para que os raios batam nele por reflexão e alguns raios vão para a tampa e refratam ao entrar no forno. Após os raios terem entrado no forno, eles ficam refletindo dentro no forno no papel alumínio localizado lá, aquecendo assim a substância presente.Nós utilizamos uma panela de ferro para esquentar a água, devido o fato que o ferro é um bom condutor, diferente do plástico por exemplo.
Obs: A utilização de três refletores não é necessário, pois pode acabar impedindo a entrada de alguns raios solares. O melhor método para melhor eficiência do forno, é colocar um refletor maior na parte maior da tampa, seja frente ou trás e um menor na parte lateral, seja esquerda ou direita da mesma.

-Gráfico do aumento da temperatura em relação ao tempo da exposição solar do forno:

Temperatura inicial=14 ºC                    Temperatura final=49 ºC

Conclusão do Forno Solar:

Segue a Licença:

Este obra foi licenciado sob uma Licença Creative Commons Atribuição-CompartilhaIgual 3.0 Não Adaptada.

ROTEIRO DE REPLICAÇÃO – FORNO SOLAR

Colégio Pedro II- Unidade Escolar Centro

Disciplina:
Física

Professor:
Sérgio Lima

1º Ano E.M.

Turma:
2102

  Alunos:
Carolina Ribeiro, nº 8
Francyne Alves, nº 12
Matheus Brito, nº 21
Sthefanie Fernandes, nº 32

Materiais necessários para a montagem do forno:

• Palito de dente
• 2 caixas de papelão com dimensões diferentes
• Fita adesiva
• Jornal
• 1 rolo de plástico filme (de cozinha)
• 2 folhas de papelão grandes para fazer as      tampas com papel alumínio e laminado
• 2 rolos de papel alumínio
• Pedaço de papelão do tamanho do fundo da caixa  menor
• Tinta em spray preto fosca
• Pincel
• Tintas coloridas para a decoração da caixa externa
• Cola branca
• Tesoura
• Folha de papelão para adaptar como tampa
• Panela
• Uma caixa de isopor média

• INTRODUÇÃO:

  Tivemos a oportunidade de, mais uma vez, realizar um projeto sustentável para entender melhor os conceitos físicos na prática.

  Como a radiação solar é uma fonte barata, eficiente e inesgotável de energia e calor, há um crescimento de projetos sustentáveis que procuram redirecionar essa energia para uso pratico, como por exemplo, a energia solar, aquecedores e fornos solares. Além do baixo custo, é importante ressaltar que estes não liberam gases tóxicos e inflamáveis na atmosfera, aumentando o seu potencial ecológico.

  Explicando suscintamente o funcionamento do Forno Solar: Os Raios luminosos que viajam do Sol à Terra atingem o forno solar que possue um receptor de radiação solar, responsável por aquecer o conteúdo deste. Dos raios que atingem a tampa do equipamento alguns refletem na agua contida no recipiente interno ao forno e retornam ao primeiro meio e outros refratam.  O próprio ar que fica entre as duas caixas desse sistema é utilizado como isolante térmico e aumenta a eficácia deste.

  Depois das longas jornadas á procura de caixas de papelão que se enquadrassem nos requisitos básicos, encontramos duas caixas (uma maior que a outra) e iniciamos o trabalho:

• MONTAGEM:

  1-    Coloque as duas caixas viradas pra cima de modo que a menor fique centralizada sobre a maior e assim faça os traçados que determinariam o tamanho a ser cortado das as da tampa maior para a entrada da caixa menor.

  2-  Recorte as abas das duas caixas. Uma observação importante é que se deve colocar jornal ou isopor em baixo da caixa menor caso ela seja mais baixa que a maior.

  3-  Retire a caixa menor de dentro da maior e pinte de preto todo o interior das caixas. Depois coloque jornal para nivelá-las e revista com papel laminado que pode ser colado com fita adesiva.

  4-  Reserve essas duas caixas e comece as preparações para a montagem da tampa onde estará o papel laminado refletor e a tampa onde estará o plástico filme.

  5-  Corte uma grande “folha” de papelão nas dimensões da base da caixa maior (folha 1) e centralize a base da caixa menor em cima dela para delimitarmos o tamanho a ser recortado desta novamente e a reserve. Nessa folha coloque o plástico filme.

  6-    Corte uma segunda grande folha de papelão nas mesmas dimensões da folha 1, só que nesta não realize mais nenhum corte.  Nela coloque o papel laminado.

  7-    Cole a folha 2 de modo que esta forme um ângulo de no mínimo 90º com a folha 1 e que a parte de papel laminado esteja voltada a parte de papel filme.

  8-    No centro da caixa menor estará uma panela preta com água. Ela será aquecida pelo calor fornecido pela radiação solar diretamente e indiretamente através dos raios luminosos que refletem no papel laminado e refletem e refratam ao se encontrarem com ao agua e do próprio aquecimento do sistema pela radiação solar e o chão quente do pátio, onde será testado na escola.

  9-    Coloque a tampa que possue o plástico filme e a folha de papelão refletora e o forno já está pronto para ser testado.

DIFICULDADES:

As dificuldades enfrentadas foram recortar nas dimensões corretas e forrar as caixas com papel alumínio, porque este rasga e corta muito facilmente, portanto os passos que envolvam essas ações devem ser feitos com muita calma e cuidado. Aconselhamos a quem reproduzir esse trabalho a fazer as medições de cada parte das caixas e recortar o papel alumínio antes de cola-lo nelas. Assim se evita rasgar o papel no manuseio. Quanto os recortes, sempre faça uma linha nas caixas onde será cortado pra evitar erros nessa parte da montagem. Sempre faça tudo com muito cuidado, por mais que demande mais tempo, será mais seguro para você e seus colegas de trabalho.

REVISANDO CONCEITOS POR PARTES:

• Caixa maior e caixa menor: Como foram pintadas de preto e revestidas com papel laminado, há uma absorção do calor da radiação que aquecerá o recipiente e reflexão dos raios luminosos para a agua da panela respectivamente realizados pela cor preta e pelo papel alumínio. O espaço de ar e jornal entre as caixas servirá de isolamento térmico, evitando que o calor se perca para o meio externo e fazendo com que se volte para a caixa menor.
• Plástico filme: Servirá como um meio que possibilite que os raios luminosos passem, reflitam ao entrarem em contato com o papel laminado e refratem ao entrarem em contato com a agua, além de não deixar que o calor do sistema se disperse para o meio externo a ele.
• Papel laminado e tinta preta: o papel laminado ajudará na reflexão da luz para o sistema e para a panela e a tinta preta no fundo da caixa menor absorve a energia solar intensificará o processo de aquecimento deste por meio da condução do calor que aquecerá a panela.
• Os demais materiais participaram no processo de montagem do forno e do auxílio no funcionamento de algumas partes específicas, como um suporte para a tampa que ajuda na regulagem desta para o alcance de um ângulo que tenha uma maior incidência de raios solares.

Para um melhor efeito de comparação entre resultados e interpretação dos conceitos físicos, o nosso grupo elaborou dois projetos: um forno solar feito com duas caixas de papelão e um forno solar feito com uma caixa de isopor, que por ser um material isolante, já cumpriria a tarefa do espaço dado entre as duas caixas no primeiro forno.

A diferença entre eles na montagem seria que no forno de isopor só precisaríamos pintar a parte interna de preto e forrá-la com papel laminado, colocar a/as camadas de plástico filme sobre o vão da parte superior e fazer uma tampa com papel laminado na face que está para o plástico filme.

                                                                                                    Levantamento do Gráfico: Temperatura interna x Tempo de exposição

Como não temos as informações suficientes para fazer uma função da temperatura interna pelo tempo de exposição, fizemos meramente uma comparação com base na avaliação das medições, no gráfico e comparando o desempenho dos dois fornos constatamos que se colocássemos agua a 29ºC no forno de papelão este teria a capacidade de esquentar 13ºC por hora sob Sol forte, já que nas duas medições realizadas ( 12:50h e 14:00h) a agua subiu 16ºC de temperatura

Ɵi= 29ºC ; Ɵf= 45ºC ; ∆Ɵ= 16ºC

1h10/1=16/x

16º=1h10x

x= aprox.. 13,8º

Porém assim que o segundo forno solar (o feito de isopor) foi colocado para teste, houve uma diminuição da temperatura ambiente e o céu se tornou mais nublado que quando o primeiro forno foi colocado. Tal efeito temporal diminuiu a quantidade de calor recebida pelo sistema e alterou o resultado do experimento e este somente conseguiu fazer com que a agua do recipiente interno que estava inicialmente a 25º aquecesse somente 5,1ºC por hora de exposição.

Duração da exposição: de 13:30 à 14:40

Ɵi= 25ºC ; Ɵf= 31ºC ; ∆Ɵ= 6ºC

1h10/1=6/x

6º=1h10x

x= aprox.. 5,1º

•                    FOTOS:

FORNO SOLAR – PAPELÃO

                                                                                                                               TINTA PRETA FOSCA – SPRAY

                                                                                                                         COMPONENTES DO GRUPO E FORNOS

                                                                                             JORNAIS E ESTRUTURA DE SUPORTE PARA A CAIXA PEQUENA  E NIVELAMENTO COM  A GRANDE

Licença : <a rel=”license” href=”http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/br/deed.pt_BR”><img alt=”Licença Creative Commons” style=”border-width:0″ src=”http://i.creativecommons.org/l/by-sa/3.0/br/88×31.png” /></a><br /><span xmlns:dct=”http://purl.org/dc/terms/” property=”dct:title”>Forno Solar</span> de <a xmlns:cc=”http://creativecommons.org/ns#” href=”http://aprendendofisica.net/rede/” property=”cc:attributionName” rel=”cc:attributionURL”>Matheus Brito, Sthefanie Fernandez, Carolina Ribeiro e Francyne Alves </a> é licenciado sob uma <a rel=”license” href=”http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/br/deed.pt_BR”>Licença Creative Commons Atribuição-CompartilhaIgual 3.0 Brasil</a>.<br />Baseado no trabalho em <a xmlns:dct=”http://purl.org/dc/terms/” href=”http://aprendendofisica.net/rede/” rel=”dct:source”>http://aprendendofisica.net/rede/</a>.<br />Perssões além do escopo dessa licença podem estar disponível em <a xmlns:cc=”http://creativecommons.org/ns#” href=”http://aprendendofisica.net/rede/” rel=”cc:morePermissions”>http://aprendendofisica.net/rede/</a>.