Termodinamica

Introdução

O aquecedor solar é utilizado para diminuir o consumo de energia elétrica, causada pela utilização de chuveiros elétricos, equipamentos que têm um gasto de energia muito alto.

O objetivo do trabalho é fazer uma aplicação de um aquecedor solar, através de estudos das aplicações dos princípios de hidrostática e calorimetria no sistema de captação e armazenamento de água, com materiais recicláveis para diminuir o consumo de energia elétrica em uma empresa local da cidade de Jaboticabal/SP.

Etapa 1

Passo 4 - Relatório

A local utilizado para uma teórica aplicação do sistema de aquecedor solar, se situa em Jaboticabal, sendo ele, um barracão com 2 banheiros e duas caixas d’água acima deles.

Abaixo segue imagem da onde o sistema seria aplicado.

Figura 1 - Local de Aplicação

O sistema será com materiais de baixo custo, sendo eles: Placa de forro PVC, cola para PVC, canos PVC, Tinta Preta e caixas d’água.

O sistema foi encontrado através de pesquisas, para meios de baixo custo e com aplicação em pouco tempo e mais prático. O sistema é utilizado e criado pelo professor M.Sc. Neri Santos de Vargas, que leciona na Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Fonte: http://www.youtube.com/watch?v=jqGBgzjsuPo >. Acesso em: 13 set. 2013

As placas de PVC serão dispostas na parte externa do barracão, segue imagem:

Figura 2 - Localização das placas de PVC

Etapa 2

Passo 1

A diferença de altura entre a caixa d’água até as placas é de 1,30m. Portanto h = 1,30m.

O peso específico da água equivale-se à 9.765 N/m³. Portanto γ = 9.765 N/m³.

Para achar a pressão, a fórmula utilizada foi a do Teorema de Stevin:

P = P0 + ρ.g.h

ρ.g = γ

P = P0 + γ.h

Substituindo valores:

P = P0 + γ.h

P – P0 = 9.765 x 1,30

ΔP = 12.694 N/m²

ΔP = 12,7 kPa

Passo 2

O sistema utilizado será baseado no da imagem a seguir, onde a água fria entra pelas tubulações pelas duas caixas, sendo que na primeira caixa d’água (reservatório de água quente), a água fria entrará através de um redutor de turbulência para que entre nos canos de alimentação das placas de PVC, onde circulará aquecendo-se e retornando para a mesma caixa, acumulando água quente. Através da bóia pescador, a água que vai para o chuveiro será sempre a do nível mais alto, para que sempre retire a água mais quente, seguindo o nível da caixa. O mesmo acontece com a caixa de água fria, porém, sem nenhum mecanismo de aquecimento, a água apenas desce diretamente para outra tubulação. Fonte: http://www.sempresustentavel.com.br/solar/aquecedor/aquecedor-solar.htm >. Acesso em: 13 set. 2013.

Figura 3 - Sistema de aquecimento Solar

Passo 3

Os materiais analisados de baixo custo, e utilizados para ser feita a construção do aquecedor solar, foram mantidos no padrão do professor Neri Santos de Vargas, que foram utilizados:

- Placas de forro PVC, que por terem varias divisões entre elas, é mais prático do que utilizar garrafas pets.

- Tinta Preta, para pintar as placas e melhorar a absosrção da anergia solar.

- Canos de PVC, para conduzir a água até as placas e as caixas d’água.

- 2 Caixas d’água. Uma para água aquecida e outra para água na temperatura ambiente.

- Encaixes (cotovelos), colas para PVC e fita veda rosca.

Passo 4

Para realizar a conexão entre a parte hidráulica e o sistema de aquecimento solar, foi constatado que a caixa d’água ficaria abaixo da placa de aquecimento, e para que a conexão seja realizada, utillizamos canos PVC, para que água saia do fundo da caixa, que é o local onde tem maior pressão, sendo elevada a uma altura de 1,3 metros, chegando assim até as placas solares.

No sistema do barracão, por ter um teto concavo, as placas ficaram acima das caixas, diminuindo o caminho que a água vai percorrer no encanamento e facilitando o processo.

A água fria alimenta a caixa, onde é levada para a placar solar sendo aquecida, volta para mesma caixa já aquecida, onde é encaminhada para a tubulação de água quente. O mesmo acontece na caixa de água fria, porém, sem ser encaminhada para o aquecer solar, vai direto para a tubulação de água fria.

Abaixo, segue a imagem de como vai ficar a montagem do aquecedor solar:

Figura 4 - Montagem Aquecedor Solar

Etapa 3

Passo 2

A variação de temperatura sobre o encanamento provoca a variação de pressão na região interna do encanamento (evaporação da água, aquecimento do gás, elevação da pressão), provocando desgastes com o passar do tempo, fazendo assim, em um sistema de aquecimento solar, uma durabilidade do encanamento menor que um encanamento residencial interno.

Em um projeto de Engenharia, os efeitos são considerados como perda da eficiência do encanamento, podendo provocar danos nas paredes das tubulações ocorrendo vazamentos e perda de eficiência do processo.

Passo 3

De acordo com a pesquisa sugerida, foi constatado que o máximo de temperatura atingida no aquecedor solar foi de 52º C. Fonte: Aquecedor Solar. Cecimig.