Conceitos básicos, definição de fluido e propriedades de fluidos

ETAPA 1

Conceitos Fundamentais, definição de fluido e propriedades dos fluidos.Fluidos em Repouso e Pressão.

Esta atividade é importante para você compreender a caracterização de um fluido em repouso, o conceito de pressão e sua aplicação no uso de um sistema de aquecimento solar.

Para realizá-la, devem ser seguidos os passos descritos.

Passo 1

Estudar sobre a caracterização de um fluido em equilíbrio hidrostático, no Livro- Texto da disciplina (identificado ao final da ATPS).

Fluido é uma substância que não tem forma própria, e que, se estiver em repouso, não resiste a tensões de cisalhamento. Classificam:

Líquidos - admitem superfície livre, são incompressíveis e indilatáveis.Gases - não admitem superfície livre, compressíveis e dilatáveis.

As placas coletoras são responsáveis pela absorção da radiação solar. O calor do sol, captado pelas placas do aquecedor solar, é transferido para a água que circula no interior de suas tubulações de cobre até o boiler. A água coletada está pronta para uso.

Passo 2

Pesquisar sobre o funcionamento de um sistema de aquecimento solar, observando a função de cada elemento que compõe esse sistema. Também pesquisar sobre os materiais que podem ser utilizados para a construção de um aquecedor solar de baixo custo.

Funcionamento:

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.

Principais elementos de um aquecedor solar:

Placas Solares – 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. Boiler– 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. Caixa d’água – Normalmente, a mesma caixa que 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. Abastecimento de água fria – Tubulação que liga a caixa de água fria ao boiler, abastecendo-o de água fria. Abastecimento das placas – Tubulação que liga o boiler às placas, abastecendo-as de água fria. Retorno das placas – Tubulação que leva a água aquecida nas placas para o boiler. Água para consumo – A água quente armazenada no boiler sai pronta para consumo. O Sol – Energia solar, natural e limpa que oferece conforto, economia e preserva outros recursos naturais.

A possibilidade de aproveitar ou adaptar as instalações hidráulicas do chuveiro e a utilização de materiais de baixo custo, disponíveis no mercado, foi fundamental para esse avanço. Os principais materiais são: a caixa d’água, a placa de forro (divisória de PVC) e os tubos de PVC comuns. A associação dos materiais de baixo custo e o aproveitamento das instalações hidráulicas residenciais permitem o retorno do investimento de 4 a 8 meses. Atualmente existem centenas de sistemas ASBC instalados em diversas cidades brasileiras

Passo 3

Definir uma residência que será objeto de estudo e que não possua sistema de aquecimento solar. Observar, nessa residência, o sistema de armazenamento de água, verificando todas as fontes de abastecimento de água e reservatórios e classificando, caso seja necessário, as fontes utilizadas para consumo e as que não são utilizadas para consumo (frequentemente usadas para fins de limpeza, como a água da chuva).

Passo 4

1 Organizar um relatório, utilizando a formatação recomendada no item Padronização desta ATPS, em que conste, na capa, o título “Aplicações de Calorimetria e Hidrostática”e o subtítulo “Construção de Sistema de Aquecimento Solar”, além dos nomes dos integrantes do grupo. Citar a residência analisada, identificando-a, se possível, por uma foto.

2 Representar, também, nesse relatório, por meio de fotos ou ilustrações, o sistema de armazenamento de água da residência analisada, descrevendo de modo detalhado seus elementos e funcionalidades e mostrando, inclusive, as fontes de abastecimento e o(s) reservatório(s).

A residência escolhida para o projeto foi de uma das integrantes do grupo localizada no bairro Pauliceia São Bernardo do Campo.

O sistema de armazenamento de água na residência acontece através do registro de entrada da concessionária que encaminha por tubulações e chega até o registro geral do consumidor (cavalete de entrada). Com a própria força exercida pelo sistema de bombeamento da concessionária são abastecidos dois reservatórios, os quais chamados de caixa d’água. Estes ficam em grande altura para que seja útil a ação da gravidade.

Da mesma saída do cavalete, também saí uma tubulação que alimenta torneiras e um chuveiro, citadas nas fotos abaixo:

ETAPA 2

Princípios de Pascal e Arquimedes.

Temperatura e Medição de Temperatura.

Esta atividade é importante para você compreender a aplicação de princípios física sem materiais e dispositivos comumente utilizados no cotidiano de profissionais da Engenharia Civil.

Para realizá-la, devem ser seguidos os passos descritos.

Passo 1

Estimar, observando o sistema de armazenamento de água, qual é a pressão utilizada para que a água alcance o(s) reservatório(s). Detalhar os princípios físicos envolvidos no cálculo dessa estimativa e colocá-los no relatório iniciado na etapa anterior.

A pressão é uma força exercida sobre uma determinada área. Sendo assim, sua unidade de medida é quilograma força por centímetro quadrado – kgf/cm².

Existem outras formas de expressarmos as unidades de medida de pressão: m.c.a: metros de coluna d’água.

Pa: Pascal.

Estima se que a pressão utilizada para levar a água do sistema de armazenamento até a caixa de água é de 1kgf/cm² a 2kgf/cm².

Pascal e Arquimedes: um corpo que se encontra imerso em um líquido, exercem duas

forças: a força peso ( ), devida à interação com o campo gravitacional terrestre, e a

força de empuxo ( ), devida à sua interação com o líquido.

Quando um corpo está totalmente imerso em um líquido, podemos ter as seguintes condições:

-se ele permanece parado no ponto onde foi colocado, a intensidade da força de empuxo é igual à intensidade da força peso (E = P);

-se ele afundar, a intensidade da força de empuxo é menor do que a intensidade da força peso (E < P); e

-se ele for levado para a superfície, a intensidade da força de empuxo é maior do que a intensidade da força peso (E > P) .

Passo 2

Descrever, no relatório, como é feito o controle do nível de água no reservatório da residência, detalhando os princípios físicos abordados.

Nas duas caixas d’água existe uma bóia que regula o nível em determinada altura, para evitar de transbordar e nem faltar água. Uma saída na parte de baixo para a residência e outra saída, na parte de cima, o vertedouro, (chamado popularmente de ladrão), por onde sai o excesso para evitar o transbordamento.

Sistema Caixa D’água

Passo 3

Avaliar, listar e adquirir os materiais de baixo custo mais adequados para a construção e implementação de um sistema de aquecimento solar para a residência analisada.

-três placas de PVC

-caixa de água em fibra de vidro capacidade 250 Litros

-dois pedaços de cano de PVC 32 mm de 70 cm de comprimento para cada placa de PVC

-cola de PVC

-pó de quartzo malha 200

-pó de PVC

-tinta vinílica automotiva preto fosco

-uma caixa d’água 250 litros

-mantas de revestimento térmico de polietileno expandido

-um metro de mangueira de borracha lonada de uso automotivo 1 1/2”

-uma lâmina de serra de aço utilizada para serrar metais

-uma peça em madeira com um rasgo suficiente para encaixar o tubo de 32 mm de forma justa.

Passo 4

1 Avaliar, na residência, como poderia ser realizada a conexão entre a parte hidráulica e um sistema de aquecimento solar.

2 Descrever detalhadamente, no relatório, o modo de implementação desse sistema.

O material do aquecedor solar de baixo custo (ASBC) escolhido pelo grupo são placas de forro modulares de PVC que foi pintado de tinta preta fosca, pois ajuda absolver o calor do sol e aquece ainda mais a água.

Os coletores serão posicionados na estrutura de madeira do telhado, direcionados e inclinados aproximadamente 30º na direção Norte. Esta direção vai proporcionar o melhor rendimento do coletor. Nesta direção é possível ter insolação durante todo o dia. Após a fixação dos coletores na posição definitiva iremos fazer a interligação dos coletores com o reservatório. O reservatório será instalado acima do nível das placas,

pois quanto maior este desnível, melhor a circulação de água entre os coletores e o reservatório.

O funcionamento do aquecedor se inicia quando a energia solar irradiante, luz e infravermelho, incide sobre a superfície preta dos coletores. A energia absorvidatransforma-se em calor e aquece a água que está no interior dos coletores.

A água aquecida diminui a sua densidade e começa a se movimentar em direção à caixa, que ficará armazenada termicamente isolada que evitará perda de calor dando início a um processo natural de circulação da água, chamado de termo-sifão. Esse processo é contínuo, enquanto houver uma boa irradiação solar ou até quando toda água do circuito atingir a mesma temperatura. Por esse motivo o reservatório será instalado em um ponto mais alto que o das placas coletoras e estará revestido de mantas térmicas para assegurar água quente pelo maior tempo possível. O principio de funcionamento do ASBC, é o mesmo da grande maioria dos aquecedores solar de água diferenciando-se basicamente pelo material utilizado de baixo custo.

Sistema hidráulico: a tubulação será feita com tubos comerciais de PVC marrom, considerando a natural limitação térmica do coletor solar ASBC. Isto evita a utilização mais complexa e custosa.

Desenho esquemático

1)Coletores solar em placas de PVC

2)Reservatório com isolação térmica em polietileno expandido e aluminizado

2a) água quente

2b) água fria

3) descida da água fria

4) subida da água quente

5) água quente p/ o consumo

6) reposição de água fria

Para implementação, seguirem os o seguintes passos:

-Cortaremos com o auxílio de uma serra de serrar de metal, o tubo em PVC marrom de 32 mm em pedaços de 70 cm.

-Iniciaremos o corte com a serra de serrar ferro de um furo ao outro em linha reta- Iremos fazer um rasgo no tub o de PVC marrom de 32 mm.

-Para a montagem do coletor, introduziremos a placa de PVC no rasgo do tubo e em

seguida colocaremos um cabo de vassoura no tubo para delimitar e padronizar a porção da placa introduzida ao tubo.

- Com uma bisnaga de ketchup espalharemos uma pequena camada de cola na junção entre o cano e a placa em um a das faces e escore o conjunto em uma parede de forma que a ação da gravidade ajude a penetração da cola entre as duas peças.

-Retiraremos o cabo de vassoura do cano e colocaremos a quantidade suficiente de cola na face interna do cano em u ma das duas junções do cano com a placa. Para que a cola escorra adequadamente inclinar a placa até que a cola chegue na outra extremidade.

-para isolação térmica do coletor cortaremos um pedaço de manta de subcobertura

aluminizada de mesmas dimensões da placa com uma fina camada de cola de contato para colagem.

- o reservatório térmico será p reparado a partir de uma caixa para água fria em fibra, de 250 litros de capacidade: far emos dois furos de diâmetro de 32 mm em du as paredes opostas, um terceiro furo co m diâmetro de 25 mm numa parede perpendic ular a dos furos anteriores e mais dois furos de 25 mm de diâmetro na lateral esquerda e outro na parede oposta.

Bibliografia

http://www.caixasdagua.com/como-funciona-a-caixa-dagua.htmlhttp://www.sempresustentavel.com.br/solar/aquecedor/aquecedor-solar.htmhttp://marcioanreis.blogspot.com.br/2012/05/aquecedor-solar-de-forro-pvc.html

HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jearl. Fundamentos da Física: gravitação, ondas e termodinâmica

www.youtube.com ATPS - ATIVIDADE PRÁTICAS SUPERVISIONADA

Fundamentos de Hidrostática e Calorimetria

Etapa 1 e 2

São Bernardo do Campo

2013

ETAPA 1

Conceitos Fundamentais, definição de fluido e propriedades dos fluidos.Fluidos em Repouso e Pressão.

Esta atividade é importante para você compreender a caracterização de um fluido em repouso, o conceito de pressão e sua aplicação no uso de um sistema de aquecimento solar.

Para realizá-la, devem ser seguidos os passos descritos.

Passo 1

Estudar sobre a caracterização de um fluido em equilíbrio hidrostático, no Livro- Texto da disciplina (identificado ao final da ATPS).

Fluido é uma substância que não tem forma própria, e que, se estiver em repouso, não resiste a tensões de cisalhamento. Classificam:

Líquidos - admitem superfície livre, são incompressíveis e indilatáveis.Gases - não admitem superfície livre, compressíveis e dilatáveis.

As placas coletoras são responsáveis pela absorção da radiação solar. O calor do sol, captado pelas placas do aquecedor solar, é transferido para a água que circula no interior de suas tubulações de cobre até o boiler. A água coletada está pronta para uso.

Passo 2

Pesquisar sobre o funcionamento de um sistema de aquecimento solar, observando a função de cada elemento que compõe esse sistema. Também pesquisar sobre os materiais que podem ser utilizados para a construção de um aquecedor solar de baixo custo.

Funcionamento:

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.

Principais elementos de um aquecedor solar:

Placas Solares – 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. Boiler– 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. Caixa d’água – Normalmente, a mesma caixa que 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. Abastecimento de água fria – Tubulação que liga a caixa de água fria ao boiler, abastecendo-o de água fria. Abastecimento das placas – Tubulação que liga o boiler às placas, abastecendo-as de água fria. Retorno das placas – Tubulação que leva a água aquecida nas placas para o boiler. Água para consumo – A água quente armazenada no boiler sai pronta para consumo. O Sol – Energia solar, natural e limpa que oferece conforto, economia e preserva outros recursos naturais.

A possibilidade de aproveitar ou adaptar as instalações hidráulicas do chuveiro e a utilização de materiais de baixo custo, disponíveis no mercado, foi fundamental para esse avanço. Os principais materiais são: a caixa d’água, a placa de forro (divisória de PVC) e os tubos de PVC comuns. A associação dos materiais de baixo custo e o aproveitamento das instalações hidráulicas residenciais permitem o retorno do investimento de 4 a 8 meses. Atualmente existem centenas de sistemas ASBC instalados em diversas cidades brasileiras