As Máquinas e Mecanização

Universidade Federal de Goiás – Escola de Agronomia

Máquinas e Mecanização – Professor Rogério de Araújo Almeida

Alunoª: Talita Freire Almeida                Matrícula: 201609839

Goiânia, 16 de março de 2017

Trabalho 01 - Aquecimento de água com energia solar por termo sifão, Carneiro Hidráulico e Bomba de roda d'água

Aquecimento de água com energia solar por termo sifão

A Energia Solar é capturada pelos coletores solares por meio direto (quando é necessário apenas uma transformação para transformar a energia solar em uma energia utilizável), graças à capacidade das nuvens (vapor d'água) e gases da atmosfera (CO2, metano e outros) de reter parte do calor irradiado pela superfície terrestre (Efeito Estufa). Ao atingir a superfície escura dos coletores solares, a energia solar é transformada em calor, aquecendo a água. (RICARDO, NAKATANI e SOARES, 2008)

A célula solar (coletor solar) é a pedra angular em geral feita de silício e pintada com tinta preta fosca para melhor captação da energia solar. O efeito responsável pela geração da energia consiste na excitação de um material semicondutor pela radiação solar. Dessa forma há o aparecimento de uma diferença de potencial nos terminais do material, o chamado efeito fotovoltaico. (GAMA, 2014)

A instalação do sistema de aquecimento por termo sifão deve ser feita em um local sem sombreamento, fixo de forma a suportar os ventos da região. A inclinação dos coletores solares deve ser voltada para o lado Norte. Havendo impossibilidade disso, instale-os voltados para o Oeste, mas nunca para o Leste. A eficiência de um sistema de aquecimento solar não depende apenas do posicionamento dos seus coletores em relação ao Norte, mas também da inclinação deles segundo a latitude local. O que determina o local da Terra por onde passam essas linhas é a medida do ângulo de incidência dos raios de sol na superfície terrestre. Assim, quando o raio de sol incide sobre a Terra em seu maior ângulo de inclinação, temos a marca de um Trópico. O raio de sol é energia em forma luminosa. Assim, um raio que incida em ângulo reto (90 graus, frontal) terá uma área de incidência pequena, ou seja, a dispersão dessa energia no solo será mais concentrada. Já o raio de sol que incide na superfície da Terra em um ângulo menor (aproximadamente 23 graus, que é a mesma medida dos Trópicos), ou seja, incide meio inclinado e terá área muito maior para distribuir sua energia, por esse motivo transfere menos calor por centímetro quadrado de solo. (ALANO). Concluindo, para obter uma maior eficiência no aquecimento solar, o ângulo de inclinação deve ser definido de acordo com a latitude do local no qual a placa será instalada acrescido de 10°. Importante ressaltar que a inclinação nunca deve ser inferior a 15°.

Um desnível entre as estruturas do sistema deve ser considerado devido à influência da Força da Gravidade no movimento da água. O reservatório térmico deve ser instalado em um nível mais alto que o coletor solar, e a caixa d’água deve ser instalada em um nível superior ao reservatório térmico.

A alimentação de água o coletor solar e derivada da parte inferior do reservatório, ligado a parte inferior da placa solar. Já a tubulação que conduz a água aquecida da placa solar sai da parte superior do coletor solar e é acoplada na parte superior do reservatório. Ao reservatório deve ser acoplado tubo de alimentação de água fria que vem da caixa d’água. As tubulações de água fria e de agua quente, esta última de cobre e isolada, seguem aos pontos de uso. No encontro das duas tubulações devem ser instalados registros misturados em formato Y para os fluxos de águas serem misturados e destinados ao consumo na temperatura ideal. Não é preciso bombeamento elétrico para a circulação da agua entre coletor e reservatório. A água é um elemento composto por dois átomos de hidrogênio (H2) e por um átomo de Oxigênio (O), formando a molécula H2O. Formam uma ligação covalente polar. As propriedades únicas da água são devidas a sua estrutura atômica e tipo de ligações químicas, assim como ao modo como as moléculas da água se associam nas fases sólida, líquida e gasosa. As cargas negativas estão mais próximas do átomo do oxigênio, e as partes carregadas mais positivamente mais perto dos átomos de hidrogênio. No estado líquido estas cargas elétricas atraem seus contrários de outras moléculas de água (pontes de hidrogênio). É necessária muita força para quebrar as ligações de hidrogênio de acordo com as Forças de Van der Waals.  O número de pontes de hidrogênio é dependente da temperatura, da pressão e do tipo da concentração das substâncias dissolvidas. (SILVA e ALBERTONI)

Quando a agua está em processo de aquecimento, há dilatação (expansão dos gases) e o número de pontes de hidrogênio é diminuído, aumentando a agitação das moléculas. Assim, são formadas camadas de diferentes temperaturas de água dentro do reservatório, onde o volume mais quente fica na parte superior pois tem menor densidade que a água morna, que por sua vez tem menor densidade de outra camada de água mais fria que fica no fundo do reservatório.

Na circulação por termo sifão, ou natural a água circula entre o coletor e o reservatório somente pela força criada pela diferença de temperatura da agua no circuito pelo princípio dos vasos comunicantes. A água quando aquecida fica mais leve e é empurrada pela agua mais fria, que é mais pesada. No reservatório, a água de menor temperatura se concentrará na parte inferior e será conduzida pelo tubo de cobre para ser reaquecida no coletor solar.

Um fator importante a destacar é a possibilidade de ocorrer o retorno da água quente pela tubulação de água fria que alimenta o reservatório térmico, portanto é primordial a especificação de um sifão que evite tal retorno. (CORRÊA). Finalmente a água aquecida armazenada no reservatório é conduzida por meio do tubo de saída de água quente isolado que deriva da parte superior do reservatório para o uso na residência. Nesse ponto de uso também há uma tubulação de água fria que se junta ao tubo de agua quente no misturador para que o usuário regule a sua temperatura.

O respiro tem por função permitir a saída de vapor e ar, aliviando a pressão no sistema de aquecimento solar e evitando pressões negativas ou positivas no reservatório, para que não ocorra um rompimento no fluxo do sistema. A tubulação que será utilizada para o respiro não pode estar obstruída e deverá estar aberta para a atmosfera. O respiro precisa estar posicionado na tubulação a partir do ponto mais alto de saída do reservatório térmico, evitando mudanças bruscas de direção. (CORRÊA) Na imagem abaixo é possível visualizar os componentes básicos do aquecedor solar:[pic 1]

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