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Energia Solar – Aquecimento de Água: Ficha de Trabalho

Aquecimento Solar

Uma das maneiras mais eficientes de utilizar a energia solar é usá-la para aquecer directamente o espaço dentro dos edifícios ou então, também, produzir água quente para as nossas necessidades, tais como lavar, tomar banho, cozinhar e aquecer o ambiente interior.

Se usarmos os Sol para aquecer directamente as nossas casas, esse tipo de aquecimento é chamado de passivo, isto mesmo que usemos um meio de armazenamento e distribuição intermédio tais como a água ou o ar.

A vantagem de usarmos esse meio intermédio é que assim podemos concentrar o sol e recolher a sua energia de uma forma eficiente utilizando colectores solares.
Depois é só distribuir esse calor armazenado na água ou ar pela nossa casa, através de uma rede de tubos ou canos.

Vantagens:
Ambientais, pois evitamos o consumo de combustíveis fósseis para produzir o calor que vai aquecer o ar da nossa casa ou a água.

Como funciona o aquecimento solar?

Uma superfície preta aquece rapidamente quando exposta ao Sol.

Como é um Sistema de Aquecimento Solar

painelSolarTermico_1

Fig. 1 – Um sistema básico de aquecimento de água solar

Podemos ver um tanque de armazenamento grande.
Esse tanque é cheio com água e é utilizado como armazém térmico.
É muito importante que este tanque seja extremamente bem isolado termicamente, isto é, que não deixe fugir o calor que lá está armazenado.
Repare que a água dentro deste tanque não está toda à mesma temperatura, há uma estratificação: A água mais fria está no fundo e à medida que vamos subindo vai estando cada vez mais quente, sendo que a mais quente se encontra no topo.
A água quente é retirada do topo à medida que vamos precisando dela e vai sendo substituída por água fria, que entra pela parte de baixo do tanque, mantendo-se assim sempre a estratificação.

No fundo do tanque vemos uma bobina (veja o pormenor na figura 2):

painelSolarTermico_2

Fig. 2 – Corte de um tanque de armazenagem térmico

Esta bobina não é mais do que um tubo de cobre, que tem a sua entrada pelo fundo do tanque e a sua saída pelo topo do tanque.
Os tubos estão ligados em circuito fechado a um colector solar.
Este circuito fechado (o tubo) é cheio com um fluido que transfere o calor do colector solar para o tanque.

Este é o tipo mais simples de sistema solar e tem o nome de termo-sifão.
Chama-se assim devido ao processo de circulação do fluido interior do tubo desde o colector solar para o tanque (e vice-versa) ser originado por nada mais do que o próprio calor.
Isso é devido a um fenómeno físico chamado correntes de convecção naturais que formam um fluxo em que a água quente percorre o seu caminho ao longo do circuito sem ser preciso mais nada.

Se pretendermos, e há sistemas que o fazem (Activos), também é possível inserir uma bomba de água no circuito para aumentar o fluxo do meio de transferência de calor.

Essa bomba pode ser também ela alimentada através de células solares fotovoltaicas, o que significará que o nosso sistema de aquecimento não estará a gastar energia da rede e assim não estaremos a consumir combustíveis fósseis.
Há sistemas compostos destes à venda.

Colectores Solares

Há dois tipos de colectores solares:
– Painel plano
– Tubo evacuado

Na figura seguinte podemos apreciar a comparação entre os dois tipos.

painelSolarTermico_3

Fig. 3 – Comparação dos dois tipos de painel solar térmicos

Enquanto o sol está vertical e bate de chapa, os sistemas apresentam uma eficiência similar.
Contudo, à medida que o sol se movimenta num arco através do céu, a área efectiva do colector plano fica cada vez menor, enquanto os de tubo evacuado como os tubos são cilíndricos, a área em que o Sol bate é a mesma que era na perpendicular, o que torna a sua eficiência maior do que os de painel plano.

Constituição dos Colectores Solares Térmicos de Painel Plano

Na figura seguinte vemos como são fabricados os colectores de painel plano.

painelSolarTermico_4

Fig. 4 Corte de um Colector de painel plano

É um dispositivo muito simples.
Há o isolamento, que “prende” o calor que absorve evitando que este seja transmitido para o telhado em que está montado.
Uma bobina de tubo dentro dele recolhe o calor e transmite-o para o tanque de armazenamento.
A parte da frente do colector é uma superfície absorvente, que pode ser simplesmente vidro preto fosco, ou pode ser uma revestimento mais eficaz.

No telhado mostrado na figura seguinte podemos ver uma variedade de células solares diferentes, térmicas e fotovoltaicas, convivendo em pura harmonia.

painelSolarTermico_5

Fig. 5 – Um array de painéis solares térmicos diferentes no cimo de um telhado

Questionário:

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Dezembro 22, 2009   1 Comentário

Construção de Painel Solar Térmico (Parte 4/4)

Curso Profissional de Técnico de Energias Renováveis

Na continuação dos artigos anteriores, publicamos agora a terceira de quatro partes que constituem o guião para a construção de um painel solar térmico didáctico, mas plenamente funcional.

[…]
Como pode ver, basta fita adesiva para manter o conjunto fixo.

PainelTermoSolar2_18
Fig. 18 – Pormenor da fita adesiva para segurar o vidro

PainelTermoSolar2_19
Fig. 19 – Finito

No entanto recomenda-se o uso de algum tipo de grampos pois após alguns dias ao sol a fita começa a sair do lugar e a permitir que o vidro deslize. Uns quantos parafusos resolvem o problema.

Coloque agora o painel numa posição em que receba a maior quantidade de sol incidente.

PainelTermoSolar2_20
Figura 20 – Ao Sol…

Aqui temos a parte mais grosseira.

Coloque uma ponta do tubo no seu balde de água fria, e assegure-se que ela fica no fundo do balde.

A seguir, pegue na outra ponta do tubo e chupe-o pela ponta, com o objectivo de fazer com que alguma água comece a correr para o painel.
Isto consegue fazer-se sem que entre nenhuma água para a sua boca, se for feito com cuidado.
Coloque o balde de água fria (fonte) numa posição mais elevada do que o seu balde de água quente (retorno) de modo a que o sistema funcione como um sifão.

Devido ao modo como o sistema está projectado (ambos os portos voltam ao mesmo local no painel) ele não funcionará como um termo-sifão.
Para isso poder acontecer teríamos de cortar o tubo mais longo e pô-lo a sair no topo do painel. Não o fixemos pois a grelha do frigorífico tem as duas pontas muito perto uma da outra (ao mesmo nível).
Mas pode arranjar/cortar as coisas de modo a que tal seja possível e assim construir o termosifão.

Aviso: Este painel funciona muito bem. Testámo-lo num dia de sol brilhante e em poucos segundos a água começou a sair do painel a escaldar. Por isso tenha cuidado para não se queimar.
Esta água muito quente só se forma quando a água no interior do painel é permitida que lá fique por cerca de um minuto sem se mexer.
Se a água se mexer, devido ao sifão de gravidade, a água sai a cerca de 110 graus, e embora quente, não o queimará.
A água não flui pelo painel a uma velocidade muito grande (pois os tubos são muito pequenos) mas isso tem um lado bom que é o facto de assim ela aquecer bem na sua viajem até ao colector.
Demora um bocado a aquecer um balde de 20 litros, pelo que:

Isolei o balde de retorno com plástico preto e vede-o na parte superior excepto onde o tubo entra. Isso ajudará a manter a temperatura da água quente para ser depois usada.

Deixe o sistema a funcionar por cerca de 2 horas num dia brilhante de sol e consegui aquecer um balde de 20 litros de água fria de 21 a 45 graus centígrados. A temperatura do ar estava a cerca de 24º C.

Se obrigarmos a água a permanecer no painel por alguns minutos e depois a forçarmos a sair (soprando por um dos tubos) a sua temperatura atingirá os 75º C.
Ficámos muito contentes com a eficácia do painel e o seu baixo custo. A sua eficácia é muito melhor do que no primeiro caso.

As alterações seguintes foram alterar a porta de saída de modo a ficarmos com um termo-sifão.
Desta forma o tubo de retorno pode ser alimentado para o balde de fonte e a água continuará a circular no painel ficando cada vez mais quente.

Também poderemos acrescentar espelhos ao painel para concentrar mais o calor.
O nosso objectivo era conseguir ferver a água.

Divirtam-se com a água quente.

Materiais e Ferramentas Necessários
• Água
• 2 baldes de 20 litros
• Berbequim e aparafusadora
• Tesouras
• Serra para cortar madeira
• Madeira
• Painel de vidro
• A parte traseira (grelha) de um frigorífico
• 4 metros de tubo plástico usado nos aquários
• Material para a traseira (capacho/tapete)
• Caixa de parafusos para madeira (aprox. 3 cm de comprimento)
• Folha de alumínio
• Rolo de fita adesiva forte
(multiplicar tudo por 12, pois são 10 grupos de alunos a trabalhar em simultâneo)

Outubro 28, 2009   Não há comentários

Construção de Painel Solar Térmico (Parte 3/4)

Curso Profissional de Técnico de Energias Renováveis

Na continuação dos artigos anteriores, publicamos agora a terceira de quatro partes que constituem o guião para a construção de um painel solar térmico didáctico, mas plenamente funcional.

[…]
A seguir corte alguns entalhes na moldura, para a entrada e saída da água no colector.

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Fig. 11 – Pormenor dos entalhes para a saída e entrada de água

PainelTermoSolar2_13
Figura 12 – Pormenor

Repare de novo no uso de fita adesiva para vedar as fendas.

Compre alguns canos de água na loja local de material de pesca e fixe-os no final das entrada e saída do painel solar.

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Figura 13 – Os canos/tubos que vão conduzir a água entre o nosso painel e o nosso reservatório/balde

PainelTermoSolar2_15
Figura 14 – Junção dos tubos ao nosso colector solar (grelha de frigorífico)

A fita adesiva foi aplicada para garantir que a fixação ficava forte e poderá ser depois retirada se não for precisa.

A seguir fixe o colector à parte traseira, usando os grampos (ver pormenor na figura seguinte) que vinham montados no frigorífico e mais alguma fita adesiva.

Se preferir pode usar alguns parafusos e madeira, mas eu achei que a fita adesiva e a tensão natural da construção seria suficiente para manter tudo fixo no seu lugar.

PainelTermoSolar2_16
Figura 15 – Repare nos grampos que fixam o colector à parte traseira do painel solar

PainelTermoSolar2_17
Figura 16 – Está quase completo

Finalmente fixamos o vidro no topo.

Isso serve como “armadilha” (efeito de estufa) para a radiação infravermelha solar ficar dentro do painel, onde o colector a absorverá e assim aumentará a temperatura.

PainelTermoSolar2_17
Figura 17 – Montagem do vidro na parte da frente do painel, também com fita adesiva

(continua…)

Outubro 26, 2009   Não há comentários