Aprendendo Física em Rede

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
Roteiro – Aquecedor Solar Ano Letivo: 2014
Professor: Sérgio         Turma: 2102         Série: 1° ano do Ensino Médio
Alunas: Joyce Rodrigues de Oliveira Cunha           N°:20
Julianne de Brito                                          N°: 21
Larissa Assis de Paula                                 N°: 22
Stephanie Fernandes Rodrigues                N°: 32

1. Roteiro de Replicação

Introdução:
No mundo atual, diante de vários avanços tecnológicos, ainda estamos a procura de mais desenvolvimento.Porém estamos a procura de avanços diferentes, estamos a procura de um desenvolvimento mais sustentável.Desse modo, o ser humano passou a estudar diversas fontes de energia visando um futuro melhor para todos. Entre as principais fontes está a energia solar, a qual o nosso grupo irá mostrar o seu funcionamento, em pequena escala, através de um aquecedor solar.
Materiais necessários:
– uma pequena bandeja retangular metálica ou forma para bolo pequena de alumínio.
– um pedaço de vidro (espessura 2 mm) de dimensões compatíveis com as da bandeja
– uma lata vazia, tipo de leite em pó, de metal
– 70 cm de mangueira plástica fina (1/4)
– 4 pedaços (3 cm de comprimento cada) de tubinho de alumínio (vareta de antena de TV)
– tinta preto-fosco
– Durepoxi normal com secagem lenta

Obs.: Para a compra do vidro é recomendável que suas medidas sejam mais precisa possível com as da bandeja, para que evite danos na produção do trabalho.

Montagem:
No dia 31/03/2014 (segunda-feira), com todos os materiais em mãos, reunimos todos os componentes do grupo e começamos a execução do nosso aquecedor.

1° Passo: Preparação do Coletor
A bandeja funcionará como coletor, logo, na noite anterior à elaboração do trabalho foram feitos dois furos no fundo na bandeja, utilizando uma máquina de furar com broca de medidas compatíveis com a mangueira, que servirão para a passagem de água.

Furo na bandeja

A parte interna da bandeja foi pintada com a tinta preto-fosco, em duas demãos. A tinta preto-fosco foi utilizada pois permite melhor absorção de energia, logo contribuirá para o melhor funcionamento do aquecedor.

Utilizando uma tesoura sem ponta, o pedaço de mangueira foi dividido em medidas diferentes. Uma com 25 cm que será por onde a água aquecida passará. E outra com 45cm, esta para a passagem de água fria.

Utilizando o durepoxi, foram fixados os tubinhos metálicos na bandeja e cada pedaço da mangueira neles.

Em seguida, cortarmos três pequenos pedaços da tampa da lata do leite em pó e fixamos no fundo de nossa bandeja (isso foi feito para que houvesse um espaço entre a bandeja e o vidro).

Após limpar o vidro cuidadosamente com uma flanela, fixamos o vidro à bandeja coletora utilizando cola quente e em seguida durepoxi. É necessário que sele bem qualquer espaço entre o vidro e a bandeja para evitar futuros vazamentos.

Vidro fixado na bandeja apenas com cola quente

Coletor com durepoxi

2° Passo: Preparação do Reservatório
A lata de alumínio, tipo de leite em pó, funcionará como reservatório, logo nela também foram feitos dois furos com a máquina de furar. O primeiro deve ser feito aproximadamente 4cm abaixo da borda da lata e o segundo, linearmente, bem abaixo.

Furos na lata

Em seguida foram fixados os tubinhos de alumínio utilizando o durepoxi, e à esses tubinho foram colocadas as outras extremidades da mangueira.

Reservatório

Obs.: Para melhor funcionamento do nosso dispositivo. O reservatório foi isolado com pequenas tiras de isopor colocadas lado a lado e coladas com cola quente, para que não trocasse calor com o meio ambiente.

Reservatório isolado

3° Passo: Preparação do suporte
Com papelão e caixas de sapato foi montado um suporte para o coletor, para melhor captação do sol.
Obs.: A bandeja, no caso, o coletor deve ter cerca de 23° de inclinação.

4° Passo: Testagem
Fizemos nossa testagem no dia 02/04/2014, o céu estava parcialmente ensolarado. Certificando-se que não havia ar dentro de nosso dispositivo para que não atrapalhasse na convecção da água, colocamos água no aquecedor. Após alguns minutos surgiram as primeiras falhas.
Mesmo com muito cuidado na hora de selar o vidro a bandeja, ali apareceu o vazamento. Para solucionar tiramos toda água do recipiente, colocamos mais durepoxi onde estava vazando e deixamos secar para que no dia do trabalho (dia 05/04/2014) ocorresse tudo bem.

2. Cálculo da taxa da Irradiação
1020 g = Massa da água
Área da bandeja = 32x 23 = 736 cm² => 0,32m x 0,23m = 0,0736m²
Diferença de temperatura = 42– 28= 14 °c
Calor específico da água = 1 cal/g°
1 hora = 60 x 60 = 3600 segundos
Taxa de Irradiação = calorias sobre massa x área. (cal/seg x m²)
Calorias = diferença de temperatura x calor específico x massa = 14 x 1 x 1020 = 14.280
14.280/ 3600seg x 0,0736m² = 14.280/264,96 = 53,9 cal/s x m²

R: Irradiação de  53,9 cal/s x m² aproximadamente

3. Itens Facultativos

1) Estimar o consumo de água quente mensal de uma família com 4 pessoas:
Considerando uma casa uma família de 4 pessoas que só usam água quente para tomar banho, duas vezes ao dia 8 minutos
Total de litros no final do mês :
4- pessoas
76 litros de água gastos em 8 min, por pessoa
2 – número de banhos por dia
30 – dias do mês
4x76x2x30=18.240 litros

R: O consumo de água quente mensal é de 18.240 litros

2) Estimar a economia, em reais, que se faz ao trocar o aquecimento de energia elétrica pela energia solar :

Considerando um chuveiro elétrico de 5500 W de potência em uma casa com uma família de 4 pessoas que tomam 2 banhos por dia de 8 minutos . Em um mês de 30 dias.
Tempo total gasto por mês : 8x 4 x 2x 30= 1920 minutos
1920/60=32 horas por mês
Joule : 5500×32=176.000 cal , então é 176 kWh
O preço do kwh na light dia 04/04/2014= 0,49648
Custo : tempo x consumo = 0,49648 x176= R$ 87,38048 por mês

R: A economia que essa família tem economia de aproximadamente R$ 87,40

<a rel=”license” href=”http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/”><img alt=”Licencia de Creative Commons” style=”border-width:0″ src=”http://i.creativecommons.org/l/by/4.0/88×31.png” /></a><br />Este obra está bajo una <a rel=”license” href=”http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/”>licencia de Creative Commons Reconocimiento 4.0 Internacional</a>.

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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