Aprendendo Física em Rede

Colégio Pedro II – Unidade Centro

Professor:  Sérgio Lima

Disciplina: Física –   termologia  / calorimetria

Alunos:  Aline Nascimento  N°: 02   –  Turma: 2102  –  1° Ano

Ana Carolina Martins  N°: 03

Carolina Bonfim   N°: 08

Gustavo  Campos Silva  N°: 15

Sthefanie Fernandez   N°: 32

• -MATEIRAIS:
• Durepoxi normal (secagem lenta).
• Cola de silicone
• Vidro transparente com espessura de 2mm e com dimensões compatíveis com as da forma
• Duas mangueiras plásticas e finas de 70cm  (¼)
• Forma de alumínio (assadeira)
• Lata de alumínio
• Tinta preto – fosca
• Furadeira
• Álcool

                                        INTRODUÇÃO

Para fazermos o projeto do aquecedor solar é necessário ter muita cautela e atenção aos pequenos detalhes. Primeiramente, ao comprarmos a bandeja devemos nos certificar de que as bordas sejam todas no mesmo nível para que, ao colarmos o vidro, este fique bem colado à bandeja e com isso não vaze água do material vedado.  Também precisamos nos preocupar ao fazermos os furos no coletor e no reservatório. Eles precisam de atenção especial porque devem ser do mesmo tamanho que os tubos (1/4) para que não tenhamos problemas futuros com a vedação dos mesmos. Ao colocarmos a água, que deve estar em temperatura ambiente, devemos despeja-la devagar, de forma que não entre bolhas de ar na mangueira que interromperiam o fluxo da água. Ainda com relação ao despejamento da água, devemos ter cuidado com a quantidade para que não coloquemos mais que o necessário, pois ao colocarmos em excesso, o sistema ficaria com muita pressão e, como consequência, o vidro racharia. Para medir a variação de temperatura surtida no sistema, utilize um termômetro de mercúrio.  Insira-o na abertura do reservatório e faça as medições no início (água à temperatura ambiente) e fim (água aquecida) da experimentação. Com os dados colhidos ( massa da água, tempo gasto para o aquecimento, variação de temperatura, calor específico da água e área do coletor), descubra a taxa de irradiação sofrida pelo seu aquecedor . Em todo esse processo, pode-se ver na prática os conceitos de Irradiação ( raios solares incidindo no coletor e aquecendo a água), convecção (fluxo de calor pela água e esta aquecida sobe pela mangueira) e condução ( no espaço entre a mangueira e o coletor, a água condensa e volta a seu ciclo).

 

Passo a passo:

1º- Depois de comprados, reúna todos os materiais no local escolhido para montagem do aquecedor;
2º- Limpe a forma com álcool para remover as impurezas e promover maior aderência da tinta preto-fosca;
3º- Faça furos nas partes frontais da bandeja que tenham as mesmas dimensões das mangueiras (1/4), faça o mesmo com a lata de alumínio, que será seu futuro reservatório;
4º- Instale as mangueiras nos respectivos furos e para a sua selagem utilize Durepoxi dentro e fora deles. Espere secar;
5º- Para a colagem do vidro, utilize Durepoxi e silicone;

 

 

Após as etapas de montagem do aquecedor, acrescente água ao sistema e coloque-o ao Sol por uma determinada quantidade de tempo para calcular a taxa de irradiação resultante da incidência dos raios ultravioleta no coletor.

 

 

<– Cálculos da taxa de irradiação –>

Área: 21 cm x 30 cm
Massa: 1L

Calor específico : 1,0 cal/g°c

Tempo : 2 h -> 7200seg

Temperatura inicial : 25°c

Temperatura final : 32 °c

Taxa de irradiação : cal.m².s

^{I= Q / ∆ t x A = m x c x (Ɵf – Ɵi ) / 7200 x 0,063
I= 1000g x 1 x 7 /453,6
I=7000g /453,6}
I= 15,4 cal.m².s

I= 1,54 cal.m².s^-1

Itens facultativos

1)      Gasto de um chuveiro elétrico:

Um Chuveiro com potência de 3500W usado por 15 minutos por uma pessoa equivale a um consumo de 130 litros num mês, que equivale a um consumo de R$ 12,60.
Se numa família de 4 pessoas cada uma delas toma 2 banhos por dia, num mês teríamos um consumo aproximado em litros 31200L, que equivale a um consumo de R$ 100,80

15min —– 130L
130L x 2 x 4 x 30 —– 31200L

2)      Como foi resolvido no exercício anterior, em um mês é gasto R$ 100,80 de energia elétrica com o chuveiro, logo, se não houver mais gastos com o mesmo, essa será a quantidade de dinheiro economizada.

Aquecedor de Água Solar- Roteiro de Sthefanie F. ,Carolina R. ,Ana Carolina M. , Aline N. , Gustavo C. é licenciado sob uma Licença Creative Commons Atribuição-Uso não-comercial 3.0 Brasil.
Baseado no trabalho em www.copel.com.
Perssões além do escopo dessa licença podem estar disponível em http://aprendendofisica.net/rede/.

Colégio Pedro II Unidade Escolar Centro

Aquecedor Solar – 2012

Grupo:
Alessandra Lima Mansur nº1
Guilherme Pereira nº
Maiyarah Marques nº21
Maria Julia Amorim dos Santos n°23

Construindo um aquecedor solar …

Material :

-Uma bandeja retangular, não muito grande e nem muito pequena (alumínio)
-Vidro com dimensões iguais a da bandeja e com espessura maior de 2mm, mas também não muito grosso
-Tinta preta fosca
-70cm de mangueira transparente e fina (cortar em dois pedaços iguais)
-4 pedaços de 3cm cada de antena de TV, mas a antena é tipo espinha de peixe, não é dessas normais que fica em cima da tv mesmo, são aquelas que ficam em cima de casas
-Durepoxi normal, secagem lenta
-Uma lata de leite em pó vazia
-Jornal (meia folha)
-Cola de silicone, mas pode ser opcional

Obs: Para o nosso grupo a parte mais complicada foi obter os materiais, porque alguns dependem dos outros, como por exemplo o vidro e a mangueira, então tem que ter atenção ao comprar.
Obs 2 : Para caso você queira fazer os furos no fundo da bandeja a dica é ter um suporte para apoiar a bandeja.

Passo 1 :

Fazer dois furos na bandeja e na lata , pode ser com uma furadeira (que é muito melhor, MUITO mesmo) ou então com um prego,

Passo 2 :

Colar os tubinhos de antena com cola de silicone e depois durepoxi, isso vai demorar um pouquinho até secar …

Passo 3 :

Pintar a bandeja com a tinta preta, 2mãos, passar álcool antes na bandeja

Passo 4 :

Colar o vidro com durepoxi, tomar cuidado para não deixar nenhum lugar com pouco durepoxi para não vazar.
Obs: a partir de agora não temos mais fotos

Passo 5 :

Cobrir a lata com jornal, porque ele serve de isolante térmico

Passo 6 :

Encaixar a mangueira na bandeja e na lata, o nosso grupo também preferiu colar com durepoxi para não soltar de forma alguma.

Finalização :

Para poder funcionar direito deve-se por a água de forma que encha a bandeja e não sobre ar dentro dela e nem nas mangueiras, o reservatório de água (lata) deve ficar um pouco elevada, pode botar uma outra lata em baixo que já esta bom.

Taxa de irradiação :

Área da bandeja : 0,23m x 0,33m = 0,0759m²
Tempo : 30min (1800s)
Temperatura Inicial = 24,5°c
Temperatura Final = 30°c
Massa = 300gramas
Calorias = 300.1.5,5 = 1650cal
Taxa de irradiação = 1650 / 0,0759.1800 = 12,07

Fotos:

 

Roteiro de Replicação

 Rio de Janeiro, 23 de Abril de 2012.

 Colégio Pedro II – Unidade Escolar Centro

 Grupo: Dominique Walquíria Ribeiro Santos – nº 07

 Ítalo dos Santos Martins – nº 13

Natalhie Andrade – nº 25

 Thamires Brangança Florito Ferreira – nº 32

 Turma: 2108 Professor: Sérgio

 

 Material: – Lata de Leite Ninho e Lata de Sustagen Kids(sabor morango)

                   – Forma de Bolo

                   – 2 Mangueiras Transparentes (70cm cada)

                   – Vidro

                   – Cola de Silicone

                   – Cola Ricacol (Adesivo para junta de motores)

                   – Cola Quente

                   – 4 Pedaços de Mangueira de Alta Pressão

                   – Jornal

                   – Tinta Preta PVA Fosca

                   – Maquina Furadeira

                   – Durex

 

Montagem: Primeiro pintamos o fundo da forma de bolo com a tinta preta. Após a secagem da tinta, furamos a lata de leite ninho e o forma de bolo com uma maquina furadeira. Foram feitos dois furos, em alturas diferentes, na lata de leite ninho e dois furos, em alturas diferentes, na forma de bolo. Após isso, encaixamos os 4 pedaços da mangueira de alta pressão nos furos feitos e fixamos com cola Ricacol, para que não houvesse vazamento de água. Colamos o vidro usando a cola de silicone, pressionamos por alguns instantes e esperamos a cola secar. Enquanto o vidro secava, colamos pedaços de jornal em volta da lata de leite ninho, para dar o efeito de isolante térmico. Para fixar o jornal na lata, usamos durex. O próximo passo foi ligar a forma e a lata de leite utilizando as duas mangueiras transparentes e a cola quente. Após todas as secagens, o aquecedor está pronto para testagem e funcionamento.

Obs.: Usamos a lata de Sustagen kids(sabor morango) para sustentar a lata de leite ninho(reservatório) em uma altura superior a da forma(coletor).

 

 Cálculos da taxa de irradiação:

 Água contida no reservatório: 3Kg = 3.000g

 Calor específico da água: 1 cal/gºC

 Diferença de temperatura em certo tempo (1h): 3ºC

 Área do Aquecedor: 0,0207 m²

 Duração do aquecimento: 3h/10800s

Cálculo para encontrar a quantidade de calorias necessárias para aquecer a água:

 3.000g x 1 x 3 = 9.000 cal

 

Cálculo da radiação:

 9000cal / 10800s x 0,0207 m² = 40, 25m² aproximadamente.

Radiação encontrada: aproximadamente 40,25m²

 

 

Itens Facultativos:

 Considerando uma ducha de 4000 watts de potência e que cada membro da família toma um banho de 10 minutos, mas duas vezes ao dia, temos então que:

 10 min x 2 (quantidade de banho) x 4 (membros da família) = 80 min por dia

 Ponderando a quantidade de dia no mês ser 30:

80 min x 30 = 2400 min

2400 min : 60 = 40 h por mês

 Como a ducha é de 4000 watts, convertendo seu consumo para KWh / mês temos:

 4000 x 40 h = 160000 watts = 160 KWh

 O consumo mensal de água aquecida pela ducha nessa família é de 160 KWh.

Custo Mensal aproximado, calculado ao preço médio de R$ 0,12 por KWh (média internacional)

160 KWh x 0,12 = 19, 20

O valor somente do consumo do chuveiro elétrico é de R$ 19, 20.

 

O preço de um aquecedor solar de 200 litros, é, em média, R$ 1700, 00.

No primeiro ano de uso, o chuveiro elétrico ainda é mais econômico:

19,2 x 12 = 230,4

Mas em dez anos já podemos notar a diferença, pois a vida média de um aquecedor solar é longa (em torno de 15 anos ou mais) e sua manutenção é muito simples, consistindo apenas na limpeza periódica dos vidros dos coletores, para que a poeira acumulada não afete a eficiência da captação de energia solar.
19,2 x (12 x 10) = 2304

2304 – 1700 = 604

Notamos uma diferença de R$ 604,00, o que significa que, a longo prazo, o uso de energia solar é mais econômico e também mais ecológico. Em média, a economia é de 30%, esse valor podendo variar para mais.

 

Direitos Autorais: O projeto é uma replica de um aquecedor solar realizado por Dominique Santos, Ítalo Martins, Nathalie Andrade e Thamires Brangança, para a aula de física do ano de 2012, no Colégio Pedro II – Unidade Escolar Centro. A utilização(não comercial) do projeto, após a apresentação, é autorizada ao professor Sérgio Lima, dentro ou fora do Colégio Pedro II. Toda e qualquer modificação ocorrida neste projeto é de responsabilidade dos alunos citados acima.