Aprendendo Física em Rede

Colégio Pedro II – U.E. Centro

1. 1ª série E.M. Turma: 2104

Grupo->

Dominique Esther Machado Ferreira – número 5

Gabriel Oliveira de Carvalho Senra – número 11

Rebecca Nora Dias Leão – número 28

Viviane Thaís Melo de Albuquerque – número 34

 Professor-> Sérgio Lima

 Material necessário->

– Tabuleiro de alumínio (coletor, de área 28×18 cm= 504 cm²)

– Tinta preta fosca

– Mangueira

– Lata de alumínio (reservatório)

– Vidro com as mesmas dimensões que o tabuleiro

– Durepoxi

– Jornal

Revisão de Conceitos aplicados à experiência->

O primeiro método de propagação do calor mais óbvio é a irradiação, que ocorre quando o sol bate no vidro, e fazendo seus raios ultravioletas ultrapassarem-no e o vidro o manter dentro do reservatório. Mas esse processo também acontece em dias nublados, pois apesar de não estarem óbvios aos nossos olhos, os raios ultravioletas ainda estão ali, só que menos perceptíveis. Com esses raios incidentes a bandeja se aquece e a água dentro dela também esquenta por condução, sendo a energia térmica passada de molécula a molécula de H2O. Assim, a convecção acontece em nosso coletor, quando a água aquecida (menos densa), sobe e vai para o reservatório enquanto a mais fria (mais densa) desce pronta para ser aquecida. Assim foi o nosso aquecimento de duas horas que alterou a temperatura de28°Ca 41,3°C. ▲T = 41,3-28= 13,3° C

Montagem->

Primeiro para a montagem do reservatório, compramos uma lata de leite em pó, e assim, em casa, com auxílio dos pais, furamos a lata com um furo de 1cm de diâmetro, colamos papel de jornal em volta da lata para funcionar como um isolante térmico, e evitar grandes perdas de calor, já que o alumínio tem calor específico baixo. Colamos a mangueira com durepoxi e evitamos assim qualquer vazamento e imprevisto com a água.

Depois, para a montagem do coletor, pintamos seu fundo de preto com tinta spray que não sai na água (Duas demãos), e colamos o vidro com o durepoxi também. E assim, encaixamos o sistema como um todo.

Tinta usada para o coletor e para o reservatórioReservatório já furadoRevestindo o reservatório com o papel de jornal

Bizus/Macetes->

Na montagem do nosso aquecedor solar, como nossa tigela era de alumínio, a qual tem suas vantagens como reter calor mais rapidamente, pois seu calor específico é pequeno (0,22 cal/g ºc), tem também suas desvantagens, pois assim como ganha calor com facilidade, também perde. Portanto pintamos seu fundo com tinta vitral preta (essa não sai na água), pois a cor preta absorve mais calor que as outras. Colocamos o vidro para causar o efeito estufa, que faz os raios ultravioletas entrarem e não saírem, aquecendo a água, fizemos o vidro fino, pois assim, seria mais barato e com a mesma eficiência. Sendo a lata de alumínio, percebemos que a água quente iria perder calor facilmente pro ambiente, e então pensamos num isolante térmico para tal. E então escolhemos como isolante térmico, o papel, que assim, estaríamos reciclando algo e com uma eficiência razoável. Pintamos para todos os efeitos o interior da lata do reservatório também, pois assim, não se dissolvendo na água, não causaria danos à pureza de tal e assim reteria mais calor, acelerando o processo. Também usamos um espelho para aumentar os raios incidentes no coletor e assim aumentar sua eficiência, aumentando os raios incidentes, aumentando o efeito estufa dentro do coletor, e assim a temperatura.

Informações:

Tempo: Duas horas- 60X60X2= 7200s

Temperatura Inicial = 28ºc

Temperatura Final = 41,3°c

Massa =400 gramas

Área da bandeja: 28×18= 504cm²

Para calcular a taxa de irradiação, usaremos a seguinte fórmula: I = Q/A. ▲Tempo => 400.1.13,3/504.7200= 0,001466, que é aprox. 0,0015 cal/s.cm²

Consumo de água quente, de uma família de quatro pessoas =>

Considerando 0,32 cobrado pela Light por 1kW, e que uma pessoas toma 10 banhos na semana, seriam 160 banhos por mês numa família de 4 pessoas e sendo 10 min cada, seriam 1600 min. por mês. 26 hrs e 40 min.

26 x 6000 = 15600

2/6 de 6000 = 2000

80000 W = 80 kW

80 x 0,32 = 25,60

Caso a pessoa usasse agua aquecida pelo aquecedor para tomar banho e não usasse a energia elétrica do chuveiro para esquentar a agua ela economizaria R$25,60

<a rel=”license” href=”http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/”><img alt=”Licença Creative Commons” style=”border-width:0″ src=”http://i.creativecommons.org/l/by-nd/3.0/br/88×31.png” /></a><br /><span xmlns:dct=”http://purl.org/dc/terms/” href=”http://purl.org/dc/dcmitype/Text” property=”dct:title” rel=”dct:type”>Trabalho de Física</span> está licenciado sob uma <a rel=”license” href=”http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/”>licença Creative Commons Atribuição-Vedada a criação de obras derivativas 3.0 Brasil</a>.

Colégio Pedro II – Unidade Escolar Centro

Alunos: Bruna Monteiro Bittencourt                                    Número: 02

Gabriela Dias da Cruz de Araújo Silva                     Número: 08

Gabriela do Couto Pereira                                      Número: 09

Marcelo Henrique Costa Esteves da Silva                       Número: 22

1° ano do Ensino Médio – Turno: tarde – Turma: 2106

O trabalho se inicia na compra ou separação dos materiais necessários, sendo que alguns deles são adicionais, ou seja, não são necessários. Adicionamos alguns materiais para uma maior eficácia do trabalho. Abaixo encontram-se todos eles:

– Lata de leite Ninho (para o reservatório)

– Tabuleiro (para o coletor)

-Durepox

-Mangueiras plásticas

-Tubos metálicos

-Cola de Silicone

-Vidro (com as medidas do tabuleiro)

-Tinta preto-fosco

O grupo já possuía o tabuleiro (futuramente o coletor), a lata de leite em pó (futuramente o reservatório)e a cola de silicone. Já os canos (tanto os de metal, quanto os de plástico) e também o Durepoxi foram comprados em lojas de material de construção. (O Durepoxi nós já haviamos adquirido, porém, não foi suficiente). Quanto ao vidro, é necessário ir ao vidraçeiro junto ao tabuleiro. Afinal, o tamanho deve ser feito um a partir do outro (vidro— tabuleiro)

A primeira ação do grupo, diante aos materiais, foi aperfeiçoá-los para melhor manuseio. Com a furadeira (já obtida pelo grupo), furamos as extremidades do tabuleiro e do coletor de acordo com o diâmetro do tubinho de metal. Logo em seguida, cortamos com serra (também adquirida por um os integrantes do grupo) os tubos de metal e de plastico, com os recíprocos tamanhos pedidos no roteiro a ser seguido.

Agora, vem a interação dos materiais.  Encaixamos os tubinhos de metal nos tubinhos plásticos (parcialmente encaixados). Depois, associamos os tubinhos de metal nas extremidades furadas do reservatorio. Em seguida, o outro lado dos tubos plásticos (associados aos tubos de metal) encaixamos aos furos do coletor. ATENÇÃO, ficarão ligadas então : a extremidade superior do reservatório com o furo superior do coletor, e o furo inferior do coletor com a extremidade inferior do reservatório. Para melhor fixação, evitando que o tubo se mova e que correntes de ar e vazamento de água não atrapalhem o processo, nosso grupo utilizou Durepoxi na parte de dentro e de fora das conexões proporcionadas.

Para secar o Durepoxi, foram necessárias mais ou menos 2 horas de espera. Ao confirmarmos o resultado atingído, sem possíveis danos, o trabalho continua.  Porém, como a próxima etapa era a aplicação da tinta preta fosca, seguimos o recomendado no verso da cola Durepoxi e esperamos até o dia seguinte para fazê-lo.

Passado o dia, pintamos o tabuleiro na parte inferior e exterior (deixando apenas o fundo exterior a ser pintado), e em segida, passamos a segunda demão de tinta preto-fosco. Passadas, pelo menos, 3 horas até a tinta secar, continuamos o processo.

Após a secagem da tinta, colocamos o vidro sobre o reservatório. Então, o fixamos primeiramente com cola de silicone (EXTRA: adicionada pelo grupo, para melhor fixação.) Para aperfeiçoamento do trabalho, colocamos Durepoxi em torno de toda a borda do vidro ligada à borda do tabuleiro.

Já nas etapas finais do Aquecedor, botamos várias camadas de jornal e uma ultima camada de papel branco em toda parte exterior do reservatório (para que não houvesse troca de calor do ambiente -por própria irradiação solar- em prol do mesmo. Afinal,como o coletor tambem é de metal, bom condutor, esse foi o ISOLANTE TÉRMICO utilizado pelo grupo.)

Ao final, colocamos uma quantidade de água no reservatório para que ela escorresse até o coletor através dos tubos conectados. Então, conferimos se as correntes de convecção, condução e troca de calor também, por irradiação estavam ocorrendo propriamente.

Por fim, terminamos a parte “mão na massa” do trabalho. Contas foram feitas a seguir para calcular a taxa de irradiação produzida e contas extras neccessárias. (Logo abaixo do calculo da taxa de irradiação)

Cálculo da taxa de irradiação:

Massa da água envolvida no sistema:1700 gramas
Calor específico da água:1,0 cal /g °C
variação de temperatura:3°C (início 24°C,término 27°C)
Área do aquecedor:795cm²
Tempo em segundos:3600 seg

Sendo assim,procedemos :
[(m.c.QT)/A]/s

onde:m:massa da água,c:calor específico da água,QT:variação de temperatura,A:área do aquecedor,s:tempo

Taxa de radiação estimada:aprox. 1,8 . 10-3

Dicas, sugestões e percepções do grupo:

– É interessante o trabalho ser feito em local com bastante espaço. Nosso grupo fez na varanda do apartamento de um dos integrantes. A bagunça é grande.

– O trabalho não é realizado em apenas um dia. Então, que sejam reservados dias disponíveis para o grupo, exclusivamente para isso.

– Um material EXTRA utilizado foi a cola de silicone, no momento de junção do vidro com o reservatório. Super interessante na hora da montagem, já que o silicone nos ajudou a não deixar água vazar e foi extremamente eficaz.

– Quanto ao isolante térmico utilizado pelo grupo (JORNAL), podem ser utilizados outros como até mesmo isopor. Importante é não ser bom condutor para que não haja nenhum tipo de troca de calor!

– Após a conclusão do trabalho, colocamos o coletor inclinado (aproximadamente 23 graus) e o reservatório superior ao reservatório. Afinal, a Terra em seu movimento de translação em volta do Sol,gira em torno de seu eixo sob um ângulo de aproximadamente 23,27 graus.Com isso,se colocarmos o aquecedor sob um ângulo de 23° com o solo,os raios solares irão atingi-lo fazendo um ângulo de 90° e com isso,melhorando a absorção da irradiação pois diminuirá o número de raios que sofreram reflexão.

E uma das fundamentais para que o trabalho flua, é a interação do grupo! É necessária muita paciência e companheirismo uns com os outro. Não é um trabalho fácil, porém, quando se faz unido fica divertido!

Itens Facultativos:

a)     Consumo de água quente mensal de uma família de 4 pessoas(no inverno):

1 pessoa gasta 40 litros de água quente por dia( estimativa) durante 1 mês,a quantidade de água gasta por essa família seria:

40x4x30=4800

Essa família gastaria 4800 litros de água quente por mês.

Obs.: é importante ressaltar que a quantidade de água quente gasta mensalmente pode variar bastante. Alguns fatores são: estações do ano( ou seja, dependendo do clima utiliza-se mais água quente ou não), quais ocasiões usa-se água quente(nosso grupo se baseou em banho de água quente, torneira de água quente e maquina de lavar que faça algumas lavagens a água quente) e

b)      Economia mensal em reais:    No Rio de janeiro,a light cobra 0,31 centavos por kWh consumidos,sendo assim calculamos quantos kWh uma família gasta pela seguinte expressão:

Uma família pagua uma conta de luz de R$100,00,sendo que eles gastam 60kWh por mês com chuveiro eletrico de potência 5000 W.Se eles substituirem o chuveiro elétrico por um de aquecedor solar,a economia será:

60 . 0.31(kWh)=18,6 -> 100 – 18,6 =81,4

Eles passariam a pagar R$81,4 reais usando o chuveiro de aquecedor solar,tendo uma economia de aprox. 18,6%

Licença de distribuição do Roteiro:
<a rel=”license” href=”http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/br/“><img alt=”Creative Commons License” style=”border-width:0″ src=”http://i.creativecommons.org/l/by/3.0/br/88×31.png” /></a><br />This work is licensed under a <a rel=”license” href=”http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/br/“>Creative Commons Attribution 3.0 Brazil License</a>.
 

Grupo: Karina Santiago, Maria Júlia Santana, Nathalia Garcia, Rodrigo Reis e Wallace Araújo.

Ano: 1° série, Ensino Médio.

Turma: 2108

Turno: Tarde

Colégio Pedro II, Unidade Escolar Centro.

Material e Método de Montagem

Desde o mais simples (o caseiro) até o mais complexo (abastecem uma casa inteira ou até mesmo um prédio), um aquecedor solar é composto, basicamente, pelo coletor solar e pelo reservatório.  

Para o coletor, usamos uma forma para bolo (já usada, veja uma forma de reciclagem!) já com o fundo preto, logo não foi necessário o uso de tinta óleo.

Para furar a bandeja, esquentamos o alumínio para que ele dilatasse. Depois furamos com prego.

O reservatório é uma lata de leite em pó e para conectá-los, uma mangueira de chuveiro. Utilizamos o Durepox para fixar a mangueira na lata e na forma e a cola de silicone para impedir que o metal dilate e a água vaze, pois a cola dilata junto com o material.

Depois desses processos, o aquecedor ficou assim:(foto)

Então, botamos o vidro para o isolamento parcial da água do meio externo.

E por último, o isolante térmico, para que a água não perca calor para o meio. Utilizamos isopor.

blabla

O aquecedor pronto:

Como a água é aquecida?

A radiação é uma propagação de energia através de ondas eletromagnéticas. Ao serem absorvidas, parte da energia se transforma em energia térmica (vira calor).

Essa é a forma de propagação de calor para o aquecimento da água. Primeiramente, o calor solar chega a Terra por meio de irradiação. Depois até o coletor (que absorve um calor maior por causa do fundo preto).

Depois, por meio de condução o calor passa de molécula por molécula aquecendo toda a água do coletor. Condução é definida pelo processo de propagação de calor de passa energia de partícula para partícula.

E finalmente a água passa pela mangueira e, por meio de convecção, a água quente sobe, por ser menos densa e a fria é empurrada para baixo por ser mais densa.

Daí concluímos, que a água aquecida ficará no reservatório e a água fria no coletor.

Calculo da Irradiação

Q= m.c. ΔT

I= Q/ΔTempo.A

Q=1000ml.1.5°C

Q=5000cal/ml°C

I= 5000/60.30.20

I= 1,38 aproximadamente

Quanto podemos economizar com o uso de aquecedor solar?

Supondo que uma casa de quatro pessoas tenha um chuveiro elétrico de potência 6000 W ou 6 kWh. Cada indivíduo toma dois banhos de 15 minutos ao dia (quente).

Unidade: quilowatt – hora (kWh)

E = P. ΔT

E = 6. (0,25. 2. 4)

E = 12

E = 12 kWh diárias

12. 30 = 360kWh mensais

Cada kWh é R$ 0,4 (aproximadamente)

360. 0,4 = 144

Logo, essa família gasta R$ 144,00 só com o aquecimento da água. Todo esse dinheiro seria economizado se ela usasse o aquecedor solar (que não poderia ser o caseiro, mas sim um mais complexo)

Fontes:

www.sofisica.com.br

http://aprendendofisica.net/rede/

Aulas de física

FIM