Características do fluido no equilíbrio hidrostático

INTRODUÇÃO

Esta ATPS irá tratar basicamente de estudos para construção de aquecedores solares, o modo de funcionamento, sua finalidade e os materiais para construção do mesmo.

Tratará também dos cálculos para descobrirmos a pressão em um reservatório de água, mostrando uma tabela que demonstra altura x pressão de um reservatório.

Além disse será mostrado como é feito o controle do nível de água de um reservatório ou caixa d’água, explicando como e o porque do processo.

Além de relatórios detalhando cada assunto

1 ETAPA

Passo 1

Caracterização de um fluido em equilíbrio hidrostático

Um fluido é uma substância ou mistura de substâncias que se escoa, ou seja, flui, com maior ou menor facilidade. Consideram-se fluidos os líquidos e os gases.

A viscosidade é o atrito interno de fluido, isto é, a força de atrito entre camadas diferentes do fluido que se movem com velocidades relativas diferentes.

Um fluido encontra-se em equilíbrio hidrostático quando está em repouso relativamente ao recipiente onde está contido, ou seja, quando a sua velocidade de escoamento é nula.

Num fluido em equilíbrio hidrostático as forças que o fluido exerce sobre as paredes do recipiente são perpendiculares a estas.

Forças de pressão são forças perpendiculares à superfície sobre a qual atual.

Num fluido em equilíbrio hidrostático, as forças de pressão num ponto do seu interior:

• Exercem -se perpendicularmente em todas as direções e sentidos

• Aumentam com a profundidade

A pressão média exercida por um fluido numa superfície é, por definição, igual ao quociente da intensidade da força de pressão pela área da superfície.

Para uma superfície elementar, em que a pressão se possa considerar constante em todos os pontos, define-se pressão num ponto dessa superfície como o limite do quociente anterior, quando a superfície tende para zero.

Num ponto interior de um fluido em equilíbrio hidrostático a pressão é igual em todas as direções.

Lei Fundamental da Hidrostática (Lei de Stevin)

Num dado local, o aumento da pressão de um fluido, quando se passa de um ponto para outro, a maior profundidade, no interior do fluido em equilíbrio hidrostático, depende da massa volúmica do fluido e é proporcional ao desnível entre os pontos referidos.

A diferença de pressão entre dois pontos a diferente profundidade, no interior de um líquido em equilíbrio hidrostático, é igual ao valor do peso de uma coluna de líquido, de área de base unitária e com altura igual à diferença de nível entre os dois pontos.

• A pressão no interior de um líquido em equilíbrio hidrostático aumenta com a profundidade

• A superfície livre de um líquido em equilíbrio hidrostático é plana e horizontal

• Dois pontos que se encontrem ao mesmo nível, no interior de um líquido, em equilíbrio hidrostático, estão à mesma pressão

• Dois pontos que se encontrem ao mesmo nível, no interior de um líquido, contido num sistema de vasos comunicantes, em equilíbrio hidrostático, estão à mesma pressão.

• Num sistema de vasos comunicantes, com dois líquidos não miscíveis, em equilíbrio hidrostático, as alturas dos líquidos, medidas a partir da superfície de separação, são inversamente proporcionais às massas dos dois líquidos.

Passo 2

Funcionamento básico – Termos sifão

Acompanhe abaixo o princípio de funcionamento de um aquecedor solar instalado em termos sifão.

Um técnica de instalação que permite a circulação natural da água em aquecimento entre as placas e o boiler .

* A caixa de água fria abastece o boiler

* O boiler abastece as placas com a água fria

* As placas absorvem o calor do sol e aquecem a água

* A água aquecida retorna ao boiler e é armazenada

* O boiler é térmico e conserva sua temperatura

* A água sai quente do boiler para o consumo

* Você tempera a água quente misturando com água fria

* E aproveita todo seu conforto e economia

Instalação de Aquecedores Solares

1 – Placas solares

2 – Boiler

3 – Caixa água fria

4 – Apoio elétrico

5 – Suspiro

6 – Abastecimento das placas

7 – Retorno das placas

8 – Água para consumo

9 – Abastecimento água fria

Principais elementos de um aquecedor solar

1 – PLACAS SOLARES – Coletor SOLAREM ›› Normalmente instaladas nos telhados das casas, as placas solares devem ser posicionadas bem orientadas para o sol, evitando-se áreas de sombreamento. Cada placa solar absorve a energia do sol e aquece a água que circula em seu interior. Modelos e características das placas SOLAREM.

2 – BOILER – Reservatório Térmico SOLAREM ›› Na maioria das instalações solares o boiler ou armazenador térmico é instalado dentro dos telhados, entre a caixa de água fria e o topo das placas dos coletores solares. Sua principal função é a de armazenar a água aquecida pelas placas conservando-a quente até o momento do consumo. Modelos e características dos reservatórios SOLAREM. Outros tipos de instalação solar.

3 – CAIXA D’ÁGUA – Caixa de água fria ›› Normalmente, a mesma caixa de água abastece os pontos de consumo de água fria da residência e o próprio boiler. Geralmente, é uma caixa de água fria comum encontrada em qualquer residência.

4 – APOIO ELÉTRICO – É sistema composto por um sensor, termostato ou controlador de temperatura e resistência elétrica. Entra em ação, automaticamente, para aquecer a água usando a energia elétrica em períodos prolongados de mau tempo.

5 – ABASTECIMENTO ÁGUA FRIA – Tubulação que liga a caixa de água fria ao boiler, abastecendo-o de água fria.

6 – ABASTECIMENTO DAS PLACAS – Tubulação que liga o boiler às placas, abastecendo-as de água fria.

7 – RETORNO DAS PLACAS – Tubulação que leva a água aquecida nas placas para o boiler.

8 – ÁGUA PARA CONSUMO – A água quente armazenada no boiler sai por aqui para os pontos de consumo.

9 – SUSPIRO – Funciona como suspiro e alivia a pressão do boiler no caso de superaquecimento.

10 – O SOL – Energia solar, natural e limpa que oferece conforto, economia e preserva outros recursos naturais.

MATERIA UTILIZADO PARA UM AQUECEDOR SOLAR DE BAIXO CUSTO.

• Uma caixa transparente, tipo organizadora, com tampa, que serve como reservatório térmico;

• Na caixa são fixados dois flanges para conexão do coletor (25mm x ¾”) e um menor demonstrando a saída para o chuveiro (20mm x ½”), simulado por uma torneira;

• Um coletor solar, fabricado a partir de forro modular de PVC, no tamanho 61cm (altura) x 70cm (largura), com tampos em duas extremidades.

• Um termômetro com ventosa tipo aquário;

• Uma tubulação com marcação azul (um tubo curto, dois mais compridos, uma luva e dois joelhos)

• Uma tubulação com marcação vermelha (um tubo curto e um mais comprido com dois joelhos)

• Dois suportes para o coletor, com abraçadeira de PVC.

• Um “pescador”, fabricado a partir de um pedaço de conduíte ½” e uma boia (garrafa PET de 330ml), fixada com uma abraçadeira de nylon;

• Um tubo cortado com um pedaço de forro de PVC serve para mostrar o interior do coletor.

Passo 3

Passo a ser definido no próximo trimestre

Passo 4

Apenas definir relatório

2 ETAPA

Passo1

PRESSÃO UTLIZADA NO SISTEMA DE ARMAZENAMENTO DE ÁGUA.

Comparando a altura de reservatórios com a pressão, observa-se que a pressão não depende da área, mais sim de sua altura. Observando isso, intende-se que a pressão é calculada pelos metros de coluna de água.

Um exemplo simples será mostrado na tabela abaixo:

ALTURA DO

RESERVATÓRIO PRESSÃO

1 m 1000 kgf/m² ou 1 mca

2 m 2000 kgf/m² ou 2 mca

4 m 4000 kgf/m² ou 4 mca

Passo 2

CONTROLE DE NÍVIL DA ÁGUA.

O controle de nível de um reservatório é feito através de uma boia, essa boia enquanto a caixa está vazia ela fica encosta na parte de baixo da caixa.

Conforme a caixa é enchida, essa boia vai se elevando, até chegar no nível da tubulação onde ela para e o nível de água estabiliza.

Passo 3

O CUSTO DO AQUECEDOR (BAIXO CUSTO).

O custo foi mínimo pois se tratava de materiais de reaproveitamento.

Passo 4

Para próximo trimestre.

3 ETAPA

Passo 1

Para próximo trimestre.

Passo 2

O QUE PODE ACONTECER COM VARIAÇÕES DE TEMPERATURA, AO AQUECEDOR SOLAR

Se a temperatura esteja muito elevada pode aquecer o cano que pode aquecer a água e provocar a sua evaporação e aumentar a pressão no cano, se a temperatura esteja baixa demais pode congelar a água e entupir o cano. Mesma coisa com o armazenamento. Eles são considerados como um dos pontos importantes em uma construção para garantir que a temperatura esteja em equilíbrio, evitando problemas com o cano e com a água.

Passo 3

TEMPERATURA MAXIMA JÁ ALCANÇADA PELO UM AQUECEDOR SOLAR.

A temperatura máxima é de 80º C em um dia ensolarado

Passo 4

Para próximo trimestre

4 ETAPA

Passo 1

TRANSFERÊNCIA E CALOR.

Denomina-se transmissão de calor à passagem da energia térmica de um local para outro. Essa transmissão pode ocorrer de três formas diferentes: condução, convecção e radiação.

Transmissão de Condução

É o processo de transmissão de calor em que a energia térmita passa de um local para o outro através das partículas do meio que os separa. Na condução, a passagem da energia térmica de uma região para outra se faz da seguinte maneira: na região de maior temperatura, as partículas estão mais energizadas, vibrando com maior intensidade; assim, estas partículas transmitem energia para as partículas vizinhas, menos energizadas, que passa a vibrar com intensidade maior; estas, por sua vez, transmitem energia térmica para as seguintes, e assim sucessivamente.

Passo 2

O processo de transferência de calor da placa, para a agua e dai para o abastecimento, acontece de forma simples e eficaz.

A placa solar capta a energia solar, que transfere o calor para a água que passa pela placa, essa água é armazenada em um reservatório feito de uma material que não deixa o calor sair.

Para a transferência da água até a residência, ela passa por um encanamento normalmente feito de cobre, que é feito para manter o calor da água.

Para minimizar os efeitos de danificação do sistema, é de suma importância usar o sistema durante a manhã ou durante a tarde, realizar a limpeza das placas, pelo menos 2 vezes ao ano, e 1 vez realizar a limpeza do reservatório onde a água quente é armazenada.

Passo 3

A transferência ocorrida em sistema de aquecimento solar, é simples, a placa solar que capta o calor, e internamente usada como passagem da água fria, essa água fria sai de um reservatório, ela é transportada através de uma tubulação.

Ao passar pela placa, a água é aquecida e entra por outra tubulação de cobre (alta resistência de temperatura) e é armazenada em um reservatório, onde dali vai até os chuveiros, torneiras, etc.

Passo 4

Normalmente em residências, o alto custo financeiro pago no fim do mês devido a conta de luz se dá, porque o banho normalmente tem uma alto gasto de energia, suponha que uma pessoa toma 3 banhos ao dia de 12 min cada, e seu chuveiro tem uma potência de 5400 W, o custo disto no fim do mês é de aproximadamente 48,60 centavos, conforme tabela abaixo.

Tempo de banho dia = 12 min x 3 = 36 minutos

Tempo de banho mês = 36 x 30 = 1080 minutos = 18h

Potência do chuveiro = 5400 W = 5,4 KW

Consumo = Potência x tempo = 5,4 x 18 = 97,2 KWh

Valor Pago = Valor (kWh) x Consumo = 0,50 x 97,2 = R$ 48,60

CONCLUSÃO

Nesta ATPS foi mostrado como funciona um aquecedor solar, sua funcionalidade, seus materiais para sua construção e sua instalação.

Foi também dirigido um estudo sobre o cálculo de pressão de um reservatório ou caixa d’água, demostrando uma tabela de altura x pressão.

O controle do nível de um reservatório foi demostrado também, onde foi explicado como ele é feito e como funciona.

Além de relatórios explicando cada assunto e seus detalhes.