Texto de pré-visualização
Transferência de Calor Introdução O que é Transferência de Calor Transferência de Calor é a energia térmica em trânsito devido a diferença de temperatura Sempre que existir uma diferença de temperatura em um meio ou entre meios diferentes ocorre necessariamente transferência de calor Introdução O que é Energia Térmica Energia térmica é associada a translação rotação vibração das moléculas que compõe a matéria Ela representa o efeito acumulativo das atividades microscópicas e é diretamente relacionada com a temperatura Introdução Não confunda ou troque os significados de Energia Térmica Temperatura e Transferência de Calor Quantidade Significado Símbolo Unid Energia Térmica Energia associada ao comportamente microscópico da matéria U ou u J ou Jkg Temperatura Meio indiretamente de avaliar a quantidade de energia térmica armazenada na matéria T K ou oC Transferência de Calor Energia Térmica transportada devido ao gradiente de temperatura Calor Quantidade de Energia Térmica transferida em um intervalo de tempo Q J Taxa de Calor Energia Térmica transferida por intervalo de tempo q W Fluxo de Calor Energia térmica transferida por unidade de área q Wm2 Introdução Mecanismos de Transferência de Calor Condução de Calor Convecção de Calor Radiação de Calor Introdução Mecanismos de Transferência de Calor Quando existe um gradiente de temperatura em um meio estacionário que pode ser um sólido ou um líquido usamos o termo Condução para nos referirmos à transferência de calor que irá ocorrer através do meio Por outro lado o termo Convecção referese a transferência de calor que irá ocorrer entre uma superfície e um fluido em movimento quando eles se encontram em temperaturas diferentes Um terceiro mecanismo de transferência de calor é conhecido como Radiação Térmica Todas as superfícies a uma temperatura não nula emitem energia na forma de onda eletromagnéticas Assim na ausência de um meio que se interponha entre duas superfícies a diferentes temperaturas existe transferência de calor por radiação Introdução Condução Ao mencionar a palavra condução devemos nos lembrar imediatamente dos conceitos de atividade atômica e molecular uma vez que são processos físicos que ocorrem a esses níveis A condução pode ser vista como a transferência de energia das partículas mais energéticas para as partículas de menor energia em um meio devido às iterações entre elas Existem vários exemplos de transferência de calor por condução A ponta de uma colher de metal quando imersa em uma xícara de café quente será aquecida devida a condução de energia através da colher Condução K coeficiente de condução térmica Arranjos Atômicos Estruturas Moleculares Estruturas Cristalinas Estruturas Amorfas Metano CH4 Diamante C Água H2O Grafita C Vidros SiO2 C Vamos pensar um pouco Como se dá o aquecimento de uma panela Qual a relação A x K Qual a relação entre calor específico x coeficiente de condução térmica Areia x água do mar Introdução Condução Fluxo de Calor na Condução Lei de Fourier qcond k A T1 T2 L k é a condutividade térmica Wm C k Fe a 300K 802 Wm C k água a 300K 59 x 101 Wm C k ar a 300K 26 x 102 Wm C 24 T1 T1 T2 T2 q q T1 T2 q L1 L2 L3 Fluxo de calor diferente para um mesmo DeltaT em Espessuras diferentes T1 T2 q L1 t2 T1 T2 q L1 T1 T2 q L1 t5 t10 Fluxo de calor aumenta em espessuras iguais em função de um DeltaT maior A1 A2 A3 q1 q2 q3 q proporcional a A Exemplo1 T1 80º C T2 30º C L 013 m A 10 m² K 13 Wm ¹ ºC ¹ Resolvendo q KA t L t 80ºC 30ºC 50ºC q 13 Wm ¹ ºC ¹ 10 m² 50ºC 013 m q 50000 Wm² Exemplo2 T1 298º K T2 273º K A 1 m² KTijolo 069 WmK KGelo 048 WmK Resolvendo Sistema resistivo em série t T1 T225ºK ReqRTij RGelo Req L L K A K A Req 02 005 0691 048 1 Req0394 Wm² q t 25 63 Wm² Req 0394 Tijolo Gelo 02m 005m T1 T2 Exemplo3 T1 373º K T2 273º K A 004 m² KAço 502 WmK Resolvendo Sistema resistivo em paralelo t T1 T2100ºK Req 05 Wm² t100ºK q t 100 200Wm² Req 05 2m Req R2 2 2 AKL 004 502 2 T1 T2 Transferência de calor por condução e convecção combinados Aletas O sistema com aletas é muito utilizado atualmente na engenharia e nos sistemas em que há transferência de calor por condução e convecção Assim eles são utilizados no interior por condução e nas fronteiras por convecção Para observação desses dois mecanismos de transferência de calor utilizou se um sistema de aletas que constituiuse de 3 aletas sendo duas delas de aço inoxidável porém com diâmetros diferentes e uma de alumínio No experimento mediuse a temperatura em determinados pontos ao longo do comprimento das aletas e com distâncias de 50mm entre eles Materiais Utilizados A figura 1 apresenta o equipamento utilizado no experimento Figura 1 Barras A inox ø½ B alumínio ø½ e C inox ø1 012052 Impac No visible text Métodos O equipamento já se encontrava devidamente instalado A montagem do equipamento consistiuse em barras de inox com ø½ e ø1 e uma barra de alumínio com ø½ um tanque contendo água aquecida por resistências e devidamente isolado com uma manta térmica As barras possuíam furações pelo comprimento com espaçamento de 50mm entre eles onde eram fixados os termopares e um computador através do software Pico recebia os dados fornecidos pelo termopares Iniciouse a coleta de dados de temperaturas na barra de inox de diâmetro menor depois fezse a troca dos termopares para a barra de alumínio coletou se os dados de temperaturas e trocou os termopares para a barra de inox de diâmetro maior e coletou os dados de temperaturas para essa barra Anotou se os dados de temperaturas até a sua estabilização ou seja até igualar a temperatura ambiente ou se aproximar da mesma Distância da extremidade x mm 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 Temperatura da barra Inox de 12 C 983 547 387 320 287 276 271 269 Temperatura da barra Alumínio de 12 C 979 749 649 568 494 464 422 401 374 358 345 336 Temperatura da barra Inox de 1 C 972 667 506 403 343 311 292 281 272 268 Tabela 1 Dados de temperaturas coletados ao longo do comprimento das barras Alumínio K 2400 WmK Calor Especifico 900 JKgK Inox 304 K 16 WmK Calor Especifico 502 JKgK Conclusão No eixo de ½ do eixo de alumínio conduziu mais calor linear do que o de ½ de inox pois o Kalumínio é maior No eixo de inox de ½ conduziu menos calor do que o eixo de 1 de inox pois quanto maior a área maior o fluxo de calor linear Capacidade calorífica ou calor específico A capacidade calorífica C JmolK de um material é a quantidade de energia requerida para provocar a variação de temperatura desse material Esta propriedade indica a habilidade do material de absorver calor dos arredores Para se normalizar esse número tomase a variação de 1K aumento ou decréscimo e além disso fixase uma determinada quantidade de material 1 mol Deste modo determinase a quantidade de energia necessária para se elevar em 1K a temperatura de 1 mol de determinado material Passa a ser chamado de calor específico c quando a unidade for JkgK De um ponto de vista experimental essa energia requerida para se variar a temperatura de um material é medida na forma de calor trocado Material cp JkgKa α ºC 106b k WmKc L ΩWK2108 Metais Alumínio 900 236 247 220 Cobre 386 170 398 225 Ouro 128 142 315 250 Ferro 448 118 80 271 Níquel 443 133 90 208 Prata 235 197 428 213 Tungstênio 138 45 178 320 Aço 1025 486 120 519 Aço inoxidável 316 502 160 159 Latão 70Cu30Zn 375 200 120 Kovar 54Fe29Ni17Co 460 51 17 280 Invar 64Fe36Ni 500 16 10 275 Super Invar 63Fe32Ni5Co 500 072 10 268 Cerâmicas Alumina Al2O3 775 76 39 Magnésia MgO 940 135 377 Espinélio MgAl2O4 790 76 150 Sílica fundida SiO2 740 04 14 Vidro de cal de soda 840 90 17 Vidro borossolícato Pirex 850 33 14 Polímeros Polietileno alta densidade 1850 106198 046050 Polipropileno 1925 145180 012 Poliestireno 1170 90150 013 Politetrafluoroetileno Teflon 1050 126216 025 Fenolformaldeído fenólico Baquelite 15901760 122 015 Nylon 66 1670 144 024 Poliisopreno 220 014 Exemplo 1 Estime a energia necessária para elevar temperatura desde 20 até 100K de 2 kg dos seguintes materiais alumínio vidro sodalime e polietileno de alta densidade Resolução Temos a seguinte equação para energia numa dada variação de temperatura Q mct Substituindo os valores de calor específico obtidos da Tabela para o alumínio QAl 2 kg 900 JkgK 80K 144 kJ Substituindo valores para o vidro de cal de soda Qvidro 2 kg 840 JkgK 80K 1344 kJ Substituindo valores para o polietileno de alta densidade QPEAD 2 kg 1850 JkgK 80K 296 kJ Introdução Convecção O modo de transferência de calor por convecção é composto de dois mecanismos Além da transferência de calor devido ao movimento do aleatório molecular difusão a energia também é transferida através do movimento global ou macroscópico do fluido Esse movimento é associado ao fato de que em qualquer instante um grande número de moléculas está se movimentando coletivamente ou na forma de agregados de moléculas Tal movimento na presença de gradiente de temperatura contribui para a transferência de calor Estamos especialmente interessados na transferência de calor por convecção que ocorre entre um fluido em movimento e uma superfície quando os dois se encontram a diferentes temperaturas Introdução Convecção Estamos especialmente interessados na transferência de calor por convecção que ocorre entre um fluido em movimento e uma superfície quando os dois se encontram a diferentes temperaturas A transferência de calor por convecção pode ser classificada de acordo com a natureza do escoamento Referimonos a convecção forçada quando o escoamento é causada por meios externos tais como um ventilador uma bomba ou ventos atmosféricos Jà a convecção livre ou convecção natural o escoamento é induzido por forças de empuxo que são originadas por diferença de densidade causadas por variações de temperatura no fluido Convecção natural Convecção forçada Exemplificando Convecção Instalando ventiladores em ambientes fechados Resfriando uma xícara de café Motores de motos aletados Sistemas de ar condicionado Trocadores de calor Carvão vegetal Sensação térmicao que écomo se procede Descobertamaterial que cede calor ao invés de receber mesmo sendo de temperatura menor do que a do meio Introdução Convecção Processo h Wm2K Convecção livre Gases 2 25 Líquidos 50 1000 Convecção Forçada Gases 25 250 Líquidos 100 20000 Convecção com mudança de fase Ebulição ou Condesação 2500 100000 Valores típicos para coeficiente de transferência de calor por convecção Introdução Convecção Para a convecção a equação dataxa de transferência de calor conhecida pela Lei de Resfriamento de Newton T h T q S h coeficiente de transferência de calor Aplicação de conceitos Água Quente Dados Coletados Temperatura da água T1 7200 ºC Temperatura da superfical da tubulação T2 6300 ºC Temperatura do isolante com espessura 23 mm T3 2947 ºC Temperatura do isolante com espessura 16 mm T4 3212 ºC Temperatura do isolante com espessura 8 mm T5 3837 ºC Temperatura do isolante com espessura 4 mm T6 4567 ºC Isolante Lã de rocha kisolante 0063 Wm K diâmetro interno Di 22 mm diâmetro externo De 27 mm tubo de aço gavanizado ktubo 1 Wm K RTubo LN ØextTuboØintTubo 2πKTubo RIsol LN ØextTubo 2espisolante Øext Tubo 2 π Kisol 23 16 8 4 qsem isolante 27612 Wm² qcom isolante 23 mm 1671 Wm² qcom isolante 16 mm 1987 Wm² qcom isolante 8 mm 2783 Wm² qcom isolante 4 mm 3826 Wm² de redução isolante 23 mm 9395 isolante 16 mm 9281 isolante 8 mm 8992 isolante 4 mm 8614 Após a realização do experimento podemos observar que ao utilizarmos um isolante por menor que seja já temos uma redução bastante acentuada e ainda que o percentual de redução ao utilizarmos isolantes maiores não é viável se analisarmos o custo que ele representa em relaçaõ ao seu benefício R TUBO 00326 R ISOL 23 25277 R ISOL 16 19748 R ISOL 8 11756 R ISOL 4 06556 q SEM ISOLANIE 2767 q c ISOL 23 2671 q c ISOL 16 1987 q c ISOL 8 2783 Wm² q c ISOL 4 3826 REDUÇÃO ISOL 23 9395 ISOL 16 9281 ISOL 8 8992 ISOL 4 8614 5mm espessa ISOLANTE CALOR Q 116741º 2254 CALOR Q 11987º 1992 CALOR Q 7783º 1477 CALOR Q 3386º 0965 R 003 72ºC CORRUGADO DE ALUMÍNIO q132 wm² redução23mmcorrugado 952 Exemplo de aplicação de termopar Termopares Um termopar é um sensor que compreende dois pedaços de fios dissimilares unidos em uma das extremidades Sua aplicação em larga escala se dá em virtude da sua praticidade capacidade de operar em altas temperaturas e por fornecer respostas rápidas Circuito para um termopar Efeito Seebeck Em 1821 o físico alemão Thomas Johann Seebeck observou o circuito para um termômetro termopar como o ilustrado na figura Ambas as junções de medição e de referência estão em ambientes isotérmicos de temperatura constante cada uma numa temperatura diferente Representação esquemática da montagem de um termopar A tensão de circuito aberto através da junção de referência é a chamada tensão de Seebeck e aumenta à medida que a diferença de temperatura entre as junções aumenta O termopar que opera sob o efeito Seebeck é portanto diferente da maioria dos outros sensores de temperatura uma vez que sua saída não está diretamente relacionada à temperatura mas sim ao gradiente de temperatura ou seja da diferença de temperatura ao longo do fio termopar O termopar consiste em dois condutores elétricos diferentes A e B unidos Quando os dois materiais forem parte do circuito de um instrumento de medida haverá duas junções e se houver uma diferença de temperatura T1 e T2 entre as junções então se origina uma força eletromotriz fem denominada tensão termelétrica O valor da fem depende da diferença de temperatura e dos materiais envolvidos e mantém uma relação de proporcionalidade com essa diferença Tipos de termopares Os vários tipos de metais ou ligas comumente empregados na constituição de termopares dependem em primeiro lugar da temperatura a medir Existe uma série de termopares padronizados segundo uma determinada faixa de aplicação levando em conta também outros fatores tais como ambiente e tipo de material que se deseja medir A princípio um termopar pode ser confeccionado com dois metais diferentes quaisquer entretanto devido a uma série de fatores contaminação custos repetibilidade ponto de fusão homogeneidade facilidade de produção fácil soldagem etc são oferecidas algumas combinações padrões Tipo Liga Faixa de Operação ºC ε mV Características Genéricas T CobreConstantan CuCuNi 200 a 350 6258 a 20872 Pode apresentar problemas de oxidação Bom na presença de humidade Recomendável para baixas temperaturas e meios criogênicos J FerroConstantan FeCuNi 150 a 1000 8095 a 69553 Atmosferas redutoras inertes e com condições de vácuo Limitações em atmosferas oxidantes a elevadas temperaturas Não recomendado para baixas temperaturas K CromelAlumel NiCrNiAl 200 a 1300 6458 a 54886 Atmosferas oxidantes e inertes Limitações na utilização em vácuo ou em atmosferas redutoras A sua sensibilidade é muito aproximadamente linear S Platina10 Ródio Platina Pt10Rh Pt 0 a 1500 0236 a 18693 Atmosferas oxidantes ou inertes Não deve ser inserido em tubos metálicos Utilizado a altas temperaturas Sensível a contaminações R Platina13 Ródio Platina Pt13RhPt 0 a 1500 0226 a 21101 Semelhante ao termopar tipo S B Platina30 Ródio Platina6 Ródio Pt30RhPt6Rh 0 a 1820 0 a 13820 Atmosferas oxidantes ou inertes Não deve ser inserido em tubos metálicos Utilizado a altas temperaturas Sensível a contaminações Muito habitual na industria de vidro E CromelConstantan NiCrCuNi 270 a 1000 9835 a 76373 Atmosferas oxidantes ou inertes Uso limitado em atmosferas redutoras e em criogenia Apresenta entre todos a mais elevada fem Tipos de termopares Gráfico fem X temperatura Esquema de um sistema de medição usando termopar É necessário garantir que a junção de medição esteja numa condição isotérmica daí a importância de imergir o termopar a uma profundidade adequada Os fios de transmissão do sinal da junção de referência até o instrumento estão frequentemente em um meio mais controlado do que aquele de outros sensores de temperatura especialmente se a junção de referência estiver dentro do instrumento Se o instrumento for um voltímetro a interpretação dos dados requererá informação extra a respeito da temperatura de referência e da tabela do termopar caso contrário esta informação pode estar incluída no instrumento e a temperatura ser indicada diretamente a união de arame nu simplesmente soldado b par termelétrico no qual os dois arames estão soldados por meio de um material adicional prata c a junção entre os dois condutores está totalmente isolada d o condutor interno soldado no tubo protetor esta união forma o par termelétrico Formas de par termelétrico e tipos de junção TABELA 18 Termopar Tipo T Temperatura em Graus Celsius ITS90 EMF em Milivolts Junções à 0C C 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 VOLTAGEM TERMOELÉTRICA EM MILILVOLTS 270 6258 260 6232 6236 6239 6242 6245 6248 6251 6253 6255 6256 6258 250 6180 6187 6193 6198 6204 6209 6214 6219 6223 6228 6232 240 6105 6114 6122 6130 6138 6146 6153 6160 6167 6174 6180 230 6007 6017 6028 6038 6049 6059 6068 6078 6087 6096 6105 220 5988 5901 5914 5926 5938 5950 5962 5973 5985 5996 6007 210 5753 5767 5782 5795 5809 5823 5836 5850 5863 5876 5888 200 5603 5619 5634 5650 5665 5680 5695 5710 5724 5739 5753 190 5439 5456 5473 5489 5506 5523 5539 5555 5571 5587 5603 180 5261 5279 5297 5316 5334 5351 5369 5387 5404 5421 5439 170 5070 5089 5109 5128 5148 5167 5186 5205 5224 5242 5261 160 4865 4886 4907 4928 4949 4969 4989 5010 5030 5050 5070 150 4649 4671 4693 4715 4737 4759 4780 4802 4823 4844 4865 140 4419 4443 4466 4489 4512 4535 4558 4581 4604 4626 4648 130 4177 4202 4226 4251 4275 4300 4324 4348 4372 4395 4419 120 3923 3949 3975 4000 4026 4052 4077 4102 4127 4152 4177 110 3657 3684 3711 3738 3765 3791 3818 3844 3871 3897 3923 100 3379 3407 3435 3463 3491 3519 3547 3574 3602 3629 3657 90 3089 3118 3148 3177 3206 3235 3264 3293 3322 3350 3379 80 2788 2818 2849 2879 2910 2940 2970 3000 3030 3059 3089 70 2476 2507 2539 2571 2602 2633 2664 2695 2726 2757 2788 60 2153 2186 2218 2251 2283 2316 2348 2380 2412 2444 2476 50 1819 1853 1887 1920 1954 1987 2021 2054 2087 2120 2153 40 1475 1510 1545 1579 1614 1648 1683 1717 1751 1785 1819 30 1121 1157 1192 1228 1264 1299 1335 1370 1405 1440 1475 20 0757 0794 0830 0867 0904 0940 0976 1013 1049 1085 1121 10 0383 0421 0459 0496 0534 0571 0608 0646 0683 0720 0757 0 0000 0039 0077 0116 0154 0193 0231 0269 0307 0345 0383 C 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 0000 0039 0078 0117 0156 0195 0234 0273 0312 0352 0391 10 0391 0431 0470 0510 0549 0589 0629 0669 0709 0749 0790 20 0790 0830 0870 0911 0951 0992 1033 1074 1114 1155 1196 30 1196 1238 1279 1320 1362 1403 1445 1486 1528 1570 1612 40 1612 1654 1696 1738 1780 1823 1865 1908 1950 1993 2036 50 2036 2079 2122 2165 2208 2251 2294 2338 2381 2425 2468 60 2468 2512 2556 2600 2643 2687 2732 2776 2820 2864 2909 70 2909 2953 2996 3043 3087 3132 3177 3222 3267 3312 3358 80 3358 3403 3448 3494 3539 3585 3631 3677 3722 3768 3814 90 3814 3860 3907 3953 3999 4046 4092 4138 4185 4232 4279 Introdução Radiação Radiação térmica é a energia emitida por toda matéria que se encontra a uma temperatura finita Embora o enfoque esteja direcionado para a radiação emitida por superfícies sólidas as emissões também podem ocorrer a partir de líquidos e gases Independente da forma da matéria a emissão pode ser atribuída a mudanças nas configurações dos elétrons que constituem os átomos ou moléculas Enquanto a transferência de calor por condução e convecção requer a presença de um meio material a radiação não necessita dele Na realidade a transferência por radiação ocorre de forma mais eficiente no vácuo Introdução Radiação A taxa líquida de transferência de calor por radiação a partir de uma superfície expressa por unidade de área da superfície é dada por 4 4 viz S rad T T A q q Introdução Radiação Energia perdida devido a emissão Poder Emissivo 4 s B T E E E Poder Emissivo Wm2 emissividade Eb Poder emissivo do corpo negro constante de Stefan Boltzman 1 0 4 2 8 5 67 10 W m K x Energia absorvida devido a irradiação G Gabs Gabs Radiação incidente absorvida Wm2 absorvidade 1 0 G Irradiação Wm2 Aplicações dos conceitos Condensadores Aplicações dos conceitos Resfriamentos de componentes eletrônicos Aplicações dos conceitos Resfriamentos de componentes eletrônicos Resfriamento de um processador Vectra VL800 Aplicação Estudo de caso COLETOR SOLAR COM GARRAFAS PET UTILIZANDO CONHECIMENTO DE TERMODINÂMICA COMO MEIO DE PROMOVER A RESPONSABILIDADE SOCIAL CONSIDERAÇÕES PRÉVIAS A CONSTRUÇÃO DO COLETOR Para construção do coletor solar é necessário estudar as equações que regem os fenômenos do sistema térmico para melhor rendimento e evitar desperdício de materiais ou a falta destes Para o cálculo das placas em função do volume de água a ser aquecido o primeiro fator a ser observado é a insolação média anual da cidade em que será construído o coletor no estudo realizado é na cidade de Tucuruí em que sua média anual é em torno de 2400 horas totalizando aproximadamente 67 horas em que a radiação solar pode ser aproveitada para fins de alimentação efetiva da placa coletora Calculase a área do aquecedor ou seja quantos metros quadrados são necessários para aquecer um determinado volume de água Será usado o exemplo a seguir para contextualização do problema A equação 1 rege o fenômeno sendo denominada de Fórmula Fundamental da Calorimetria BEZERRA 1982 Volume a ser aquecido 50 L Temperatura média ambiente td 30C Temperatura desejada ta 70C Radiação incidente 086 calcm²min Rendimento térmico 50 Insolação média diária 7 h Q MCptd ta 1 Isto significa que para aquecer 50 litros de água até 70C necessitase de uma energia dada por 2000 Kcal Em seguida é calculada a área do coletor para aquecer o volume de água na temperatura escolhida através da equação 2 S Q Ixη 2 Onde Q é a quantidade de calor necessária para aquecer a água 2000 kcal já calculada I é a intensidade de radiação solar dada por 086calcm²min η é o rendimento térmico arbitrado em 50 S é a área em m² do coletor CONSTRUÇÃO DO COLETOR A montagem do coletor é muito simples só devese ter atenção quanto sua construção e cuidado no manuseio com os materiais Abaixo a tabela detalhada com todos os materiais utilizados para montagem do coletor solar Tabela 1 Construção do coletor com capacidade para 50 litros Quantidade Material necessário 50 Garrafas PET de 2 litros tipo CocaCola 50 Caixas TETRA PAK de 1 litro 20 Metros de cano PVC 20mm ½ 20 Conexão T em PVC de 20 mm½ 01 Fita Auto fusão ou borracha de câmara de ar 01 Litro de esmalte sintético preto fosco 01 Cano de PVC de 100 mm com 31 cm de comprimento para molde de corte de corte da garrafa PET 01 Tambor em PVC com capacidade de 50 litros 1Com a caixa de leite montada descolar as orelhasa dos quatro cantos 2Em seguida precione a caixa para que ela amasse e fique planificada corte com 225cm de comprimento e dobre as laterais nos vincos b existentes na caixa 3A caixa com as laterais dobradas 4Dobre as pontasd em diagonal para ajustala ao desenho da garrafa e também as duas pontas da parte inferiore no corte de 7cm para o encaixe da próxima garrafa Obs todas as pontas dobradas para baixo COMO DOBRAR E CORTAR AS CAIXAS TETRA PAK 4 RESULTADOS E DISCUSSÕES O coletor solar é uma alternativa economicamente viável pois a maioria dos materiais utilizados é reciclada logo podem ser obtidos tanto em casa quanto em cooperativas de reciclagem Sua construção é relativamente de fácil execução já que os coletores convencionais devem ser instalados por técnicos treinados Após a instalação do coletor solar é possível avaliálo com ensaios e testes de eficiência Realizaramse ensaios de eficiência térmica dos Coletores Solares de Baixo Custo conforme norma ABNT no Centro Brasileiro para Desenvolvimento da Energia Solar Térmica PUCBelo Horizonte Os resultados foram muito satisfatórios mediuse uma eficiência máxima de 67 sem vento em geral um coletor tradicional tem 70 e uma eficiência média de 33 As pesquisas do grupo prosseguem no estudo da durabilidade e qualidade destes Coletores Solares de Baixo Custo PEREIRA et al 2006 Figura 6 Preparação da placa coletora Figura 7 Placa coletora com capacidade para aquecer 50 litros Sendo assim observamos a aplicação dos conceitos de condução convecção e radiação No funcionamento do coletor solar verificamse os três processos de transferência de energia por diferença de temperatura irradiação condução e convecção Uma quantidade de energia que incide por irradiação é absorvida pela chapa metálica que transmite uma parcela dessa energia absorvida para a água enquanto uma pequena parte dessa energia é refletida para o ar que envolve a chapa A proporção dessas três parcelas de energia em relação à quantidade total de energia incidente indica a eficiência do coletor Quanto maior sua eficiência maior a quantidade de energia transmitida para a água A cor preta na placa metálica facilita a absorção da radiação incidente mas um bom absorvedor é também um bom emissor Ou seja se um objeto escuro absorve grande quantidade de energia ele a emitirá em grande quantidade Momento de estudos direcionados Fazer a leitura e busca bibliográfica dos termos utilizados
Texto de pré-visualização
Transferência de Calor Introdução O que é Transferência de Calor Transferência de Calor é a energia térmica em trânsito devido a diferença de temperatura Sempre que existir uma diferença de temperatura em um meio ou entre meios diferentes ocorre necessariamente transferência de calor Introdução O que é Energia Térmica Energia térmica é associada a translação rotação vibração das moléculas que compõe a matéria Ela representa o efeito acumulativo das atividades microscópicas e é diretamente relacionada com a temperatura Introdução Não confunda ou troque os significados de Energia Térmica Temperatura e Transferência de Calor Quantidade Significado Símbolo Unid Energia Térmica Energia associada ao comportamente microscópico da matéria U ou u J ou Jkg Temperatura Meio indiretamente de avaliar a quantidade de energia térmica armazenada na matéria T K ou oC Transferência de Calor Energia Térmica transportada devido ao gradiente de temperatura Calor Quantidade de Energia Térmica transferida em um intervalo de tempo Q J Taxa de Calor Energia Térmica transferida por intervalo de tempo q W Fluxo de Calor Energia térmica transferida por unidade de área q Wm2 Introdução Mecanismos de Transferência de Calor Condução de Calor Convecção de Calor Radiação de Calor Introdução Mecanismos de Transferência de Calor Quando existe um gradiente de temperatura em um meio estacionário que pode ser um sólido ou um líquido usamos o termo Condução para nos referirmos à transferência de calor que irá ocorrer através do meio Por outro lado o termo Convecção referese a transferência de calor que irá ocorrer entre uma superfície e um fluido em movimento quando eles se encontram em temperaturas diferentes Um terceiro mecanismo de transferência de calor é conhecido como Radiação Térmica Todas as superfícies a uma temperatura não nula emitem energia na forma de onda eletromagnéticas Assim na ausência de um meio que se interponha entre duas superfícies a diferentes temperaturas existe transferência de calor por radiação Introdução Condução Ao mencionar a palavra condução devemos nos lembrar imediatamente dos conceitos de atividade atômica e molecular uma vez que são processos físicos que ocorrem a esses níveis A condução pode ser vista como a transferência de energia das partículas mais energéticas para as partículas de menor energia em um meio devido às iterações entre elas Existem vários exemplos de transferência de calor por condução A ponta de uma colher de metal quando imersa em uma xícara de café quente será aquecida devida a condução de energia através da colher Condução K coeficiente de condução térmica Arranjos Atômicos Estruturas Moleculares Estruturas Cristalinas Estruturas Amorfas Metano CH4 Diamante C Água H2O Grafita C Vidros SiO2 C Vamos pensar um pouco Como se dá o aquecimento de uma panela Qual a relação A x K Qual a relação entre calor específico x coeficiente de condução térmica Areia x água do mar Introdução Condução Fluxo de Calor na Condução Lei de Fourier qcond k A T1 T2 L k é a condutividade térmica Wm C k Fe a 300K 802 Wm C k água a 300K 59 x 101 Wm C k ar a 300K 26 x 102 Wm C 24 T1 T1 T2 T2 q q T1 T2 q L1 L2 L3 Fluxo de calor diferente para um mesmo DeltaT em Espessuras diferentes T1 T2 q L1 t2 T1 T2 q L1 T1 T2 q L1 t5 t10 Fluxo de calor aumenta em espessuras iguais em função de um DeltaT maior A1 A2 A3 q1 q2 q3 q proporcional a A Exemplo1 T1 80º C T2 30º C L 013 m A 10 m² K 13 Wm ¹ ºC ¹ Resolvendo q KA t L t 80ºC 30ºC 50ºC q 13 Wm ¹ ºC ¹ 10 m² 50ºC 013 m q 50000 Wm² Exemplo2 T1 298º K T2 273º K A 1 m² KTijolo 069 WmK KGelo 048 WmK Resolvendo Sistema resistivo em série t T1 T225ºK ReqRTij RGelo Req L L K A K A Req 02 005 0691 048 1 Req0394 Wm² q t 25 63 Wm² Req 0394 Tijolo Gelo 02m 005m T1 T2 Exemplo3 T1 373º K T2 273º K A 004 m² KAço 502 WmK Resolvendo Sistema resistivo em paralelo t T1 T2100ºK Req 05 Wm² t100ºK q t 100 200Wm² Req 05 2m Req R2 2 2 AKL 004 502 2 T1 T2 Transferência de calor por condução e convecção combinados Aletas O sistema com aletas é muito utilizado atualmente na engenharia e nos sistemas em que há transferência de calor por condução e convecção Assim eles são utilizados no interior por condução e nas fronteiras por convecção Para observação desses dois mecanismos de transferência de calor utilizou se um sistema de aletas que constituiuse de 3 aletas sendo duas delas de aço inoxidável porém com diâmetros diferentes e uma de alumínio No experimento mediuse a temperatura em determinados pontos ao longo do comprimento das aletas e com distâncias de 50mm entre eles Materiais Utilizados A figura 1 apresenta o equipamento utilizado no experimento Figura 1 Barras A inox ø½ B alumínio ø½ e C inox ø1 012052 Impac No visible text Métodos O equipamento já se encontrava devidamente instalado A montagem do equipamento consistiuse em barras de inox com ø½ e ø1 e uma barra de alumínio com ø½ um tanque contendo água aquecida por resistências e devidamente isolado com uma manta térmica As barras possuíam furações pelo comprimento com espaçamento de 50mm entre eles onde eram fixados os termopares e um computador através do software Pico recebia os dados fornecidos pelo termopares Iniciouse a coleta de dados de temperaturas na barra de inox de diâmetro menor depois fezse a troca dos termopares para a barra de alumínio coletou se os dados de temperaturas e trocou os termopares para a barra de inox de diâmetro maior e coletou os dados de temperaturas para essa barra Anotou se os dados de temperaturas até a sua estabilização ou seja até igualar a temperatura ambiente ou se aproximar da mesma Distância da extremidade x mm 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 Temperatura da barra Inox de 12 C 983 547 387 320 287 276 271 269 Temperatura da barra Alumínio de 12 C 979 749 649 568 494 464 422 401 374 358 345 336 Temperatura da barra Inox de 1 C 972 667 506 403 343 311 292 281 272 268 Tabela 1 Dados de temperaturas coletados ao longo do comprimento das barras Alumínio K 2400 WmK Calor Especifico 900 JKgK Inox 304 K 16 WmK Calor Especifico 502 JKgK Conclusão No eixo de ½ do eixo de alumínio conduziu mais calor linear do que o de ½ de inox pois o Kalumínio é maior No eixo de inox de ½ conduziu menos calor do que o eixo de 1 de inox pois quanto maior a área maior o fluxo de calor linear Capacidade calorífica ou calor específico A capacidade calorífica C JmolK de um material é a quantidade de energia requerida para provocar a variação de temperatura desse material Esta propriedade indica a habilidade do material de absorver calor dos arredores Para se normalizar esse número tomase a variação de 1K aumento ou decréscimo e além disso fixase uma determinada quantidade de material 1 mol Deste modo determinase a quantidade de energia necessária para se elevar em 1K a temperatura de 1 mol de determinado material Passa a ser chamado de calor específico c quando a unidade for JkgK De um ponto de vista experimental essa energia requerida para se variar a temperatura de um material é medida na forma de calor trocado Material cp JkgKa α ºC 106b k WmKc L ΩWK2108 Metais Alumínio 900 236 247 220 Cobre 386 170 398 225 Ouro 128 142 315 250 Ferro 448 118 80 271 Níquel 443 133 90 208 Prata 235 197 428 213 Tungstênio 138 45 178 320 Aço 1025 486 120 519 Aço inoxidável 316 502 160 159 Latão 70Cu30Zn 375 200 120 Kovar 54Fe29Ni17Co 460 51 17 280 Invar 64Fe36Ni 500 16 10 275 Super Invar 63Fe32Ni5Co 500 072 10 268 Cerâmicas Alumina Al2O3 775 76 39 Magnésia MgO 940 135 377 Espinélio MgAl2O4 790 76 150 Sílica fundida SiO2 740 04 14 Vidro de cal de soda 840 90 17 Vidro borossolícato Pirex 850 33 14 Polímeros Polietileno alta densidade 1850 106198 046050 Polipropileno 1925 145180 012 Poliestireno 1170 90150 013 Politetrafluoroetileno Teflon 1050 126216 025 Fenolformaldeído fenólico Baquelite 15901760 122 015 Nylon 66 1670 144 024 Poliisopreno 220 014 Exemplo 1 Estime a energia necessária para elevar temperatura desde 20 até 100K de 2 kg dos seguintes materiais alumínio vidro sodalime e polietileno de alta densidade Resolução Temos a seguinte equação para energia numa dada variação de temperatura Q mct Substituindo os valores de calor específico obtidos da Tabela para o alumínio QAl 2 kg 900 JkgK 80K 144 kJ Substituindo valores para o vidro de cal de soda Qvidro 2 kg 840 JkgK 80K 1344 kJ Substituindo valores para o polietileno de alta densidade QPEAD 2 kg 1850 JkgK 80K 296 kJ Introdução Convecção O modo de transferência de calor por convecção é composto de dois mecanismos Além da transferência de calor devido ao movimento do aleatório molecular difusão a energia também é transferida através do movimento global ou macroscópico do fluido Esse movimento é associado ao fato de que em qualquer instante um grande número de moléculas está se movimentando coletivamente ou na forma de agregados de moléculas Tal movimento na presença de gradiente de temperatura contribui para a transferência de calor Estamos especialmente interessados na transferência de calor por convecção que ocorre entre um fluido em movimento e uma superfície quando os dois se encontram a diferentes temperaturas Introdução Convecção Estamos especialmente interessados na transferência de calor por convecção que ocorre entre um fluido em movimento e uma superfície quando os dois se encontram a diferentes temperaturas A transferência de calor por convecção pode ser classificada de acordo com a natureza do escoamento Referimonos a convecção forçada quando o escoamento é causada por meios externos tais como um ventilador uma bomba ou ventos atmosféricos Jà a convecção livre ou convecção natural o escoamento é induzido por forças de empuxo que são originadas por diferença de densidade causadas por variações de temperatura no fluido Convecção natural Convecção forçada Exemplificando Convecção Instalando ventiladores em ambientes fechados Resfriando uma xícara de café Motores de motos aletados Sistemas de ar condicionado Trocadores de calor Carvão vegetal Sensação térmicao que écomo se procede Descobertamaterial que cede calor ao invés de receber mesmo sendo de temperatura menor do que a do meio Introdução Convecção Processo h Wm2K Convecção livre Gases 2 25 Líquidos 50 1000 Convecção Forçada Gases 25 250 Líquidos 100 20000 Convecção com mudança de fase Ebulição ou Condesação 2500 100000 Valores típicos para coeficiente de transferência de calor por convecção Introdução Convecção Para a convecção a equação dataxa de transferência de calor conhecida pela Lei de Resfriamento de Newton T h T q S h coeficiente de transferência de calor Aplicação de conceitos Água Quente Dados Coletados Temperatura da água T1 7200 ºC Temperatura da superfical da tubulação T2 6300 ºC Temperatura do isolante com espessura 23 mm T3 2947 ºC Temperatura do isolante com espessura 16 mm T4 3212 ºC Temperatura do isolante com espessura 8 mm T5 3837 ºC Temperatura do isolante com espessura 4 mm T6 4567 ºC Isolante Lã de rocha kisolante 0063 Wm K diâmetro interno Di 22 mm diâmetro externo De 27 mm tubo de aço gavanizado ktubo 1 Wm K RTubo LN ØextTuboØintTubo 2πKTubo RIsol LN ØextTubo 2espisolante Øext Tubo 2 π Kisol 23 16 8 4 qsem isolante 27612 Wm² qcom isolante 23 mm 1671 Wm² qcom isolante 16 mm 1987 Wm² qcom isolante 8 mm 2783 Wm² qcom isolante 4 mm 3826 Wm² de redução isolante 23 mm 9395 isolante 16 mm 9281 isolante 8 mm 8992 isolante 4 mm 8614 Após a realização do experimento podemos observar que ao utilizarmos um isolante por menor que seja já temos uma redução bastante acentuada e ainda que o percentual de redução ao utilizarmos isolantes maiores não é viável se analisarmos o custo que ele representa em relaçaõ ao seu benefício R TUBO 00326 R ISOL 23 25277 R ISOL 16 19748 R ISOL 8 11756 R ISOL 4 06556 q SEM ISOLANIE 2767 q c ISOL 23 2671 q c ISOL 16 1987 q c ISOL 8 2783 Wm² q c ISOL 4 3826 REDUÇÃO ISOL 23 9395 ISOL 16 9281 ISOL 8 8992 ISOL 4 8614 5mm espessa ISOLANTE CALOR Q 116741º 2254 CALOR Q 11987º 1992 CALOR Q 7783º 1477 CALOR Q 3386º 0965 R 003 72ºC CORRUGADO DE ALUMÍNIO q132 wm² redução23mmcorrugado 952 Exemplo de aplicação de termopar Termopares Um termopar é um sensor que compreende dois pedaços de fios dissimilares unidos em uma das extremidades Sua aplicação em larga escala se dá em virtude da sua praticidade capacidade de operar em altas temperaturas e por fornecer respostas rápidas Circuito para um termopar Efeito Seebeck Em 1821 o físico alemão Thomas Johann Seebeck observou o circuito para um termômetro termopar como o ilustrado na figura Ambas as junções de medição e de referência estão em ambientes isotérmicos de temperatura constante cada uma numa temperatura diferente Representação esquemática da montagem de um termopar A tensão de circuito aberto através da junção de referência é a chamada tensão de Seebeck e aumenta à medida que a diferença de temperatura entre as junções aumenta O termopar que opera sob o efeito Seebeck é portanto diferente da maioria dos outros sensores de temperatura uma vez que sua saída não está diretamente relacionada à temperatura mas sim ao gradiente de temperatura ou seja da diferença de temperatura ao longo do fio termopar O termopar consiste em dois condutores elétricos diferentes A e B unidos Quando os dois materiais forem parte do circuito de um instrumento de medida haverá duas junções e se houver uma diferença de temperatura T1 e T2 entre as junções então se origina uma força eletromotriz fem denominada tensão termelétrica O valor da fem depende da diferença de temperatura e dos materiais envolvidos e mantém uma relação de proporcionalidade com essa diferença Tipos de termopares Os vários tipos de metais ou ligas comumente empregados na constituição de termopares dependem em primeiro lugar da temperatura a medir Existe uma série de termopares padronizados segundo uma determinada faixa de aplicação levando em conta também outros fatores tais como ambiente e tipo de material que se deseja medir A princípio um termopar pode ser confeccionado com dois metais diferentes quaisquer entretanto devido a uma série de fatores contaminação custos repetibilidade ponto de fusão homogeneidade facilidade de produção fácil soldagem etc são oferecidas algumas combinações padrões Tipo Liga Faixa de Operação ºC ε mV Características Genéricas T CobreConstantan CuCuNi 200 a 350 6258 a 20872 Pode apresentar problemas de oxidação Bom na presença de humidade Recomendável para baixas temperaturas e meios criogênicos J FerroConstantan FeCuNi 150 a 1000 8095 a 69553 Atmosferas redutoras inertes e com condições de vácuo Limitações em atmosferas oxidantes a elevadas temperaturas Não recomendado para baixas temperaturas K CromelAlumel NiCrNiAl 200 a 1300 6458 a 54886 Atmosferas oxidantes e inertes Limitações na utilização em vácuo ou em atmosferas redutoras A sua sensibilidade é muito aproximadamente linear S Platina10 Ródio Platina Pt10Rh Pt 0 a 1500 0236 a 18693 Atmosferas oxidantes ou inertes Não deve ser inserido em tubos metálicos Utilizado a altas temperaturas Sensível a contaminações R Platina13 Ródio Platina Pt13RhPt 0 a 1500 0226 a 21101 Semelhante ao termopar tipo S B Platina30 Ródio Platina6 Ródio Pt30RhPt6Rh 0 a 1820 0 a 13820 Atmosferas oxidantes ou inertes Não deve ser inserido em tubos metálicos Utilizado a altas temperaturas Sensível a contaminações Muito habitual na industria de vidro E CromelConstantan NiCrCuNi 270 a 1000 9835 a 76373 Atmosferas oxidantes ou inertes Uso limitado em atmosferas redutoras e em criogenia Apresenta entre todos a mais elevada fem Tipos de termopares Gráfico fem X temperatura Esquema de um sistema de medição usando termopar É necessário garantir que a junção de medição esteja numa condição isotérmica daí a importância de imergir o termopar a uma profundidade adequada Os fios de transmissão do sinal da junção de referência até o instrumento estão frequentemente em um meio mais controlado do que aquele de outros sensores de temperatura especialmente se a junção de referência estiver dentro do instrumento Se o instrumento for um voltímetro a interpretação dos dados requererá informação extra a respeito da temperatura de referência e da tabela do termopar caso contrário esta informação pode estar incluída no instrumento e a temperatura ser indicada diretamente a união de arame nu simplesmente soldado b par termelétrico no qual os dois arames estão soldados por meio de um material adicional prata c a junção entre os dois condutores está totalmente isolada d o condutor interno soldado no tubo protetor esta união forma o par termelétrico Formas de par termelétrico e tipos de junção TABELA 18 Termopar Tipo T Temperatura em Graus Celsius ITS90 EMF em Milivolts Junções à 0C C 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 VOLTAGEM TERMOELÉTRICA EM MILILVOLTS 270 6258 260 6232 6236 6239 6242 6245 6248 6251 6253 6255 6256 6258 250 6180 6187 6193 6198 6204 6209 6214 6219 6223 6228 6232 240 6105 6114 6122 6130 6138 6146 6153 6160 6167 6174 6180 230 6007 6017 6028 6038 6049 6059 6068 6078 6087 6096 6105 220 5988 5901 5914 5926 5938 5950 5962 5973 5985 5996 6007 210 5753 5767 5782 5795 5809 5823 5836 5850 5863 5876 5888 200 5603 5619 5634 5650 5665 5680 5695 5710 5724 5739 5753 190 5439 5456 5473 5489 5506 5523 5539 5555 5571 5587 5603 180 5261 5279 5297 5316 5334 5351 5369 5387 5404 5421 5439 170 5070 5089 5109 5128 5148 5167 5186 5205 5224 5242 5261 160 4865 4886 4907 4928 4949 4969 4989 5010 5030 5050 5070 150 4649 4671 4693 4715 4737 4759 4780 4802 4823 4844 4865 140 4419 4443 4466 4489 4512 4535 4558 4581 4604 4626 4648 130 4177 4202 4226 4251 4275 4300 4324 4348 4372 4395 4419 120 3923 3949 3975 4000 4026 4052 4077 4102 4127 4152 4177 110 3657 3684 3711 3738 3765 3791 3818 3844 3871 3897 3923 100 3379 3407 3435 3463 3491 3519 3547 3574 3602 3629 3657 90 3089 3118 3148 3177 3206 3235 3264 3293 3322 3350 3379 80 2788 2818 2849 2879 2910 2940 2970 3000 3030 3059 3089 70 2476 2507 2539 2571 2602 2633 2664 2695 2726 2757 2788 60 2153 2186 2218 2251 2283 2316 2348 2380 2412 2444 2476 50 1819 1853 1887 1920 1954 1987 2021 2054 2087 2120 2153 40 1475 1510 1545 1579 1614 1648 1683 1717 1751 1785 1819 30 1121 1157 1192 1228 1264 1299 1335 1370 1405 1440 1475 20 0757 0794 0830 0867 0904 0940 0976 1013 1049 1085 1121 10 0383 0421 0459 0496 0534 0571 0608 0646 0683 0720 0757 0 0000 0039 0077 0116 0154 0193 0231 0269 0307 0345 0383 C 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 0000 0039 0078 0117 0156 0195 0234 0273 0312 0352 0391 10 0391 0431 0470 0510 0549 0589 0629 0669 0709 0749 0790 20 0790 0830 0870 0911 0951 0992 1033 1074 1114 1155 1196 30 1196 1238 1279 1320 1362 1403 1445 1486 1528 1570 1612 40 1612 1654 1696 1738 1780 1823 1865 1908 1950 1993 2036 50 2036 2079 2122 2165 2208 2251 2294 2338 2381 2425 2468 60 2468 2512 2556 2600 2643 2687 2732 2776 2820 2864 2909 70 2909 2953 2996 3043 3087 3132 3177 3222 3267 3312 3358 80 3358 3403 3448 3494 3539 3585 3631 3677 3722 3768 3814 90 3814 3860 3907 3953 3999 4046 4092 4138 4185 4232 4279 Introdução Radiação Radiação térmica é a energia emitida por toda matéria que se encontra a uma temperatura finita Embora o enfoque esteja direcionado para a radiação emitida por superfícies sólidas as emissões também podem ocorrer a partir de líquidos e gases Independente da forma da matéria a emissão pode ser atribuída a mudanças nas configurações dos elétrons que constituem os átomos ou moléculas Enquanto a transferência de calor por condução e convecção requer a presença de um meio material a radiação não necessita dele Na realidade a transferência por radiação ocorre de forma mais eficiente no vácuo Introdução Radiação A taxa líquida de transferência de calor por radiação a partir de uma superfície expressa por unidade de área da superfície é dada por 4 4 viz S rad T T A q q Introdução Radiação Energia perdida devido a emissão Poder Emissivo 4 s B T E E E Poder Emissivo Wm2 emissividade Eb Poder emissivo do corpo negro constante de Stefan Boltzman 1 0 4 2 8 5 67 10 W m K x Energia absorvida devido a irradiação G Gabs Gabs Radiação incidente absorvida Wm2 absorvidade 1 0 G Irradiação Wm2 Aplicações dos conceitos Condensadores Aplicações dos conceitos Resfriamentos de componentes eletrônicos Aplicações dos conceitos Resfriamentos de componentes eletrônicos Resfriamento de um processador Vectra VL800 Aplicação Estudo de caso COLETOR SOLAR COM GARRAFAS PET UTILIZANDO CONHECIMENTO DE TERMODINÂMICA COMO MEIO DE PROMOVER A RESPONSABILIDADE SOCIAL CONSIDERAÇÕES PRÉVIAS A CONSTRUÇÃO DO COLETOR Para construção do coletor solar é necessário estudar as equações que regem os fenômenos do sistema térmico para melhor rendimento e evitar desperdício de materiais ou a falta destes Para o cálculo das placas em função do volume de água a ser aquecido o primeiro fator a ser observado é a insolação média anual da cidade em que será construído o coletor no estudo realizado é na cidade de Tucuruí em que sua média anual é em torno de 2400 horas totalizando aproximadamente 67 horas em que a radiação solar pode ser aproveitada para fins de alimentação efetiva da placa coletora Calculase a área do aquecedor ou seja quantos metros quadrados são necessários para aquecer um determinado volume de água Será usado o exemplo a seguir para contextualização do problema A equação 1 rege o fenômeno sendo denominada de Fórmula Fundamental da Calorimetria BEZERRA 1982 Volume a ser aquecido 50 L Temperatura média ambiente td 30C Temperatura desejada ta 70C Radiação incidente 086 calcm²min Rendimento térmico 50 Insolação média diária 7 h Q MCptd ta 1 Isto significa que para aquecer 50 litros de água até 70C necessitase de uma energia dada por 2000 Kcal Em seguida é calculada a área do coletor para aquecer o volume de água na temperatura escolhida através da equação 2 S Q Ixη 2 Onde Q é a quantidade de calor necessária para aquecer a água 2000 kcal já calculada I é a intensidade de radiação solar dada por 086calcm²min η é o rendimento térmico arbitrado em 50 S é a área em m² do coletor CONSTRUÇÃO DO COLETOR A montagem do coletor é muito simples só devese ter atenção quanto sua construção e cuidado no manuseio com os materiais Abaixo a tabela detalhada com todos os materiais utilizados para montagem do coletor solar Tabela 1 Construção do coletor com capacidade para 50 litros Quantidade Material necessário 50 Garrafas PET de 2 litros tipo CocaCola 50 Caixas TETRA PAK de 1 litro 20 Metros de cano PVC 20mm ½ 20 Conexão T em PVC de 20 mm½ 01 Fita Auto fusão ou borracha de câmara de ar 01 Litro de esmalte sintético preto fosco 01 Cano de PVC de 100 mm com 31 cm de comprimento para molde de corte de corte da garrafa PET 01 Tambor em PVC com capacidade de 50 litros 1Com a caixa de leite montada descolar as orelhasa dos quatro cantos 2Em seguida precione a caixa para que ela amasse e fique planificada corte com 225cm de comprimento e dobre as laterais nos vincos b existentes na caixa 3A caixa com as laterais dobradas 4Dobre as pontasd em diagonal para ajustala ao desenho da garrafa e também as duas pontas da parte inferiore no corte de 7cm para o encaixe da próxima garrafa Obs todas as pontas dobradas para baixo COMO DOBRAR E CORTAR AS CAIXAS TETRA PAK 4 RESULTADOS E DISCUSSÕES O coletor solar é uma alternativa economicamente viável pois a maioria dos materiais utilizados é reciclada logo podem ser obtidos tanto em casa quanto em cooperativas de reciclagem Sua construção é relativamente de fácil execução já que os coletores convencionais devem ser instalados por técnicos treinados Após a instalação do coletor solar é possível avaliálo com ensaios e testes de eficiência Realizaramse ensaios de eficiência térmica dos Coletores Solares de Baixo Custo conforme norma ABNT no Centro Brasileiro para Desenvolvimento da Energia Solar Térmica PUCBelo Horizonte Os resultados foram muito satisfatórios mediuse uma eficiência máxima de 67 sem vento em geral um coletor tradicional tem 70 e uma eficiência média de 33 As pesquisas do grupo prosseguem no estudo da durabilidade e qualidade destes Coletores Solares de Baixo Custo PEREIRA et al 2006 Figura 6 Preparação da placa coletora Figura 7 Placa coletora com capacidade para aquecer 50 litros Sendo assim observamos a aplicação dos conceitos de condução convecção e radiação No funcionamento do coletor solar verificamse os três processos de transferência de energia por diferença de temperatura irradiação condução e convecção Uma quantidade de energia que incide por irradiação é absorvida pela chapa metálica que transmite uma parcela dessa energia absorvida para a água enquanto uma pequena parte dessa energia é refletida para o ar que envolve a chapa A proporção dessas três parcelas de energia em relação à quantidade total de energia incidente indica a eficiência do coletor Quanto maior sua eficiência maior a quantidade de energia transmitida para a água A cor preta na placa metálica facilita a absorção da radiação incidente mas um bom absorvedor é também um bom emissor Ou seja se um objeto escuro absorve grande quantidade de energia ele a emitirá em grande quantidade Momento de estudos direcionados Fazer a leitura e busca bibliográfica dos termos utilizados