CARACTERIZAÇÃO DE UM FLUIDO EM EQUILÍBRIO

361 CARACTERIZAÇÃO DE UM FLUIDO EM EQUILÍBRIO

HIDROSTÁTICO

A hidrostática, também chamada estática dos fluidos ou fluidostática (hidrostática refere-se a água, que foi o primeiro fluido a ser estudado, assim por razões históricas mantém-se o nome) é a parte da física que estuda as forças exercidas por e sobre fluidos em repouso. Chamamos hidrostática a ciência que estuda os líquidos em equilíbrio estático.

O equilíbrio hidrostático (ou mecânico) é um conceito da mecânica dos fluidos significando um balanço entre o campo gravitacional e o gradiente de pressão.

O equilíbrio hidrostático é importante para todos os corpos celestes, nas estrelas por exemplo, se a força de pressão e a força da gravidade não são equivalentes a estrela vai sofrer mudanças violentas na sua estrutura.

A pressão atmosférica é a pressão hidrostática causada pelo peso do ar acima do ponto de medição. Áreas de baixa pressão têm menos massa atmosférica acima do local, enquanto que as áreas de alta pressão têm mais massa atmosférica acima do local. Da mesma forma, quanto maior for a elevação, menos massa atmosférica acima haverá, por isso que a pressão diminui com o aumento da altitude.

1.1 Fluido

Fluido é uma substância que tem a capacidade de escoar. Quando um fluido é submetido a uma força tangencial, deforma-se de modo contínuo, ou seja, quando colocado em um recipiente qualquer, o fluido adquire o seu formato. Podemos considerar como fluidos líquidos e gases.

Particularmente, ao falarmos em fluidos líquidos, devemos falar em sua viscosidade, que é a atrito existente entre suas moléculas durante um movimento. Quanto menor a viscosidade, mais fácil o escoamento do fluido.

2 SISTEMA DE AQUECEDORES SOLAR

A mesma energia solar que ilumina e aquece o planeta pode ser usada para esquentar a água dos nossos banhos, acender as lâmpadas ou energizar as tomadas de casa. O sol é uma fonte inesgotável de energia e, quando falamos em sustentabilidade, em economia de recursos e de água, em economia de energia e redução da emissão de gás carbônico na atmosfera, nada mais natural do que pensarmos numa maneira mais eficiente de utilização da energia solar. Esta energia é totalmente limpa e, principalmente no Brasil, onde temos uma enorme incidência solar, os sistemas para o aproveitamento da energia do sol são muito eficientes.

Para ser utilizada por nós, a energia solar deve ser transformada e, para isto, há duas maneiras principais de realizarmos essa transformação – os painéis fotovoltaicos e os aquecedores solares

Os primeiros são responsáveis pela transformação da energia solar em energia elétrica. Com esses painéis podemos utilizar o sol para acender as lâmpadas das nossas casas ou para ligar uma televisão. Os painéis fotovoltaicos são formados por células solares, ou células fotovoltaicas, que têm a propriedade de absorver energia solar e permitir que a energia elétrica circule entre duas camadas com cargas opostas. Em geral, estes sistemas são complexos e ainda custosos, apesar de haver estudos que já comprovam a sua viabilidade econômica. Em alguns países há grandes usinas de geração de energia por meio desses painéis e no Brasil já se pode notar a sua utilização em alguns locais, como os pátios de descanso de algumas estradas, que têm toda a sua iluminação artificial realizada através de energia proveniente de painéis fotovoltaicos.

A segunda forma de transformarmos a energia solar é com o uso de aquecedores solares, que transformam esta energia em água quente para chuveiros ou piscinas. Este sistema é muito eficiente e a sua tecnologia é bastante simples, antiga e totalmente dominada por diversos fabricantes. Neste artigo detalharemos o funcionamento desse sistema – os aquecedores solares para pias e chuveiros.

Um sistema básico de Aquecimento de águapor Energia Solar é composto de coletores solares (placas) e reservatório térmico (Boiler).

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.

O reservatório térmico, também conhecido por Boiler, é um recipiente para armazenamento da água aquecida. São cilindros de cobre, inox ou polipropileno, isolados termicamente com poliuretano expandido sem CFC, que não agride a camada de ozônio. Desta forma, a água é conservada aquecida para consumo posterior. A caixa de água fria alimenta o reservatório térmico do aquecedor solar, mantendo-o sempre cheio.

Em sistemas convencionais, a água circula entre os coletores e o reservatório térmico através de um sistema natural chamado termossifão. Nesse sistema, a água dos coletores fica mais quente e, portanto, menos densa que a água no reservatório. Assim a água fria “empurra” a água quente gerando a circulação. Esses sistemas são chamados da circulação natural ou termossifão. A circulação da água também pode ser feita através de motobombas em um processo chamado de circulação forçada ou bombeado, e são normalmente utilizados em piscinas e sistemas de grandes volumes.

2.1 Funcionamento de um aquecedor solar

A cobertura do colector solar é de vidro, e logo, é transparente à radiação visível. Esta radiação irá, então, entrar no colector, aquecendo o seu interior, principalmente a placa colectora. Esta, é feita de um material bom absorsor (absorve muita radiação), e logo, bom emissor (emite também muita radiação). Desta forma, a radiação solar que entrou no colector será absorvida pela placa, emitindo de seguida radiação menos energética, infravermelha. Em princípio, acharíamos este processo de absorção/emissão pouco rentável, mas na verdade não é. O facto é que o vidro, de que é feita a cobertura, é opaco à radiação infravermelha.

Logo, a energia emitida pela placa colectora não sairá facilmente do aparelho, contrubuindo este processo para o aquecimento mais rápido do sistema, e logo, da água que nele circula. Verifica-se assim efeito de estufa. A temperatura da placa coletora irá aumentar, e este, por sua vez, irá transferir energia sob a forma de calor para a serpentina de tubos com o fluido que se encontra por baixo, até que se atinja o equilíbrio térmico entre o metal e o fluido no interior dos tubos de cobre. Como