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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.

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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.

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

Questionário:

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1. O que entende por aquecimento passivo?

2. No aquecimento passivo a energia calorífica do sol é usada para:
a) Aquecimento da nossa casa
b) Aquecimento da água que usamos em nossa casa
c) As duas anteriores
d) Produção de energia eléctrica

3. O aquecimento do espaço interior das nossas casas pode ser feito através do aquecimento prévio de água ou ar (pela energia calorífica do sol) que depois é levada por condutas para os locais que pretendemos aquecer. Qual a vantagem deste método relativamente ao aquecimento solar directo?

4. Que substâncias se usam como meios intermédios para aquecimento do interior das residências?

5. O que entende por colectores solares?

6. Por que razão se diz que o aquecimento residencial a partir da energia solar traz vantagens para o nosso ambiente?

7. Qual o princípio de funcionamento do aquecimento solar de residências?

8. Explique como funciona um sistema básico de aquecimento de água a partir da energia solar.

9. Por que razão o tanque de armazenamento de água deve ser muito bem isolado termicamente?

10. O que significa “bem isolado termicamente”?

11. Por que razão a água quente para o aquecimento da casa tem de ser retirada do topo do tanque de armazenamento?

12. Diga quais os componentes (cinco) que formam um sistema de aquecimento de água pelo sistema termosifão e as respectivas funções.

13. Qual a razão da denominação “termosifão”?

14. Como se chama o princípio físico que faz com que o sistema de termosifão funcione?

15. Qual a diferença principal entre o sistema passivo de termosifão e o sistema activo?

16. Para que serve a bomba no sistema de aquecimento activo?

17. Indique uma situação concreta em que um sistema activo é mais adequado do que um passivo.

18. Indique uma vantagem do sistema passivo relativamente ao activo.

19. Indique uma vantagem do sistema activo relativamente ao passivo.

20. Quais os dois tipos de colectores solares que conhece?

21. Qual dos dois tipos de colectores solares é mais eficiente? Justifique.

22. Quais os elementos constituintes de um colector solar térmico de painel plano?

23. Qual a função do vidro num colector solar térmico de painel plano?

24. Qual a função do vidro num colector solar térmico de painel plano?

25. Qual a função do vidro num colector solar térmico de painel plano?

26. Como é constituído o absorvedor num colector solar térmico de painel plano?

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1 comentário

1 Victor Nascimento { 12.28.15 at 13:21 }

Olá, boas festas e feliz ano novo.

Sou professor de electricidade e electrónica na escola técnica da cidade da Praia (Cabo Verde). Pretendo me registar no vosso site para realizar compras e receber o vosso newslwtter, mas não estou conseguindo fazê-lo através dp vosso site.
Caso a minha pretensão seja possível, gostaria de saber como registar no vosso site.
Muito obrigado pela atenção.
Atenciosamente, Victor Nascimento
Abraços

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