actividades laboratoriais para o 10º e 11º anos do ensino ... · o avaliar a capacidade de...
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Gabinete de Formação Contínua de Professores
Actividades Laboratoriais
para o 10º e 11º anos do
Ensino Secundário
Formandos: Augusto Teixeira Joaquim Freitas Júlia Gonçalves
Formadores: Professor Doutor Paulo Simeão de Carvalho Professor Doutor Manuel Joaquim Marques
Porto, Julho de 2010
Construção e Estudo do Funcionamento de um
Colector Solar
2
INDICE
- Enquadramento 3
- Objectos de estudo 3
- Introdução teórica 4
- Material 6
- Procedimento experimental 7
PARTE I - Montagem do colector 7
PARTE II: Preparação do equipamento 8
PARTE III: Esquema dos ensaios 9
- Tratamentos de resultados 17
- Discussão dos resultados e conclusões 23
-Sugestões de trabalho 25
-Sugestões metodológicas 26
- Bibliografia 27
- Anexos 28
3
ENQUADRAMENTO
No âmbito do trabalho de formação Actividades Laboratoriais para o 10º e 11º anos
do Ensino Secundário pretendeu-se com a realização deste trabalho atingir os seguintes
objectivos:
o Sensibilizar a comunidade escolar para a crise energética que o planeta
atravessa.
o Demonstrar que a energia solar é uma fonte renovável de elevado potencial.
o Constatar que a energia solar pode ser utilizada para o bem comum.
o Montar um sistema solar térmico, constituído por um colector solar, utilizando
materiais baratos e de fácil aplicação.
o Avaliar a capacidade de aquecimento do colector.
o Calcular o rendimento do colector solar.
o Comparar o rendimento do colector com diferentes fluxos de entrada de água,
diferentes inclinações e presença da tampa de acrílico.
o Identificar transferências de energia como radiação.
o Explicitar os valores das grandezas anteriores nas respectivas unidades SI.
o Compreender alguns fenómenos naturais com base em conhecimento físico.
o Compreender o papel da experimentação na construção do conhecimento
científico.
o Seleccionar estratégias de resolução de problemas.
o Interpretar e criticar resultados no contexto do problema.
o Reconhecer o impacto do conhecimento científico na sociedade.
OBJECTOS DE ESTUDO
o Rendimento.
o Mecanismos de transferência de calor: condução, convecção.
o Radiação.
o Materiais condutores e isoladores do calor. Condutividade térmica
o Caudal.
o Medição de grandezas físicas.
4
INTRODUÇÃO TEÓRICA
Sendo o Sol uma fonte de energia inesgotável, faz todo o sentido aproveitar a
radiação solar e transformá-la não só em energia eléctrica como também em calor. Para
os diferentes fins, são utilizados equipamentos distintos. O painel fotovoltaico converte
directamente a luz solar em energia eléctrica. Por outro lado, os colectores solares
transformam a radiação, proveniente do Sol, em calor.
Um colector solar é um exemplo de um sistema termodinâmico em que o
aumento de energia interna da água que circula no sistema é devida à transferência de
energia por radiação.
O colector é uma caixa que possui uma tampa de acrílico que, por um lado, é
transparente à radiação visível e radiação infravermelha (IV) de baixo comprimento de
onda, e por outro lado opaco à radiação infravermelha de comprimento de onda superior
emitida pelo conjunto placa mais tubos, impedindo também as trocas de calor por
convecção para a atmosfera. A tampa de acrílico permite a criação de um efeito de
estufa, na câmara interior, melhorando significativamente o processo de transferência de
energia.
O princípio de funcionamento deste
colector solar é o uso da radiação solar para
armazenar energia calorífica para depois ser
utilizada em aquecimento de água. O nosso
sistema é constituído pelo colector, um
reservatório de água fria e outro de água
quente, ligados por meio de um tubo flexível e transparente. A radiação solar, ao incidir
directamente na parte transparente, é em parte absorvida para o interior do colector, e a
outra parte é reflectida. O interior deste colector é feito com uma placa de ferro de
construção com 3 mm de espessura que foi pintada de preto baço, para que haja uma
maximização da absorção de energia radiante. Fixada à chapa de ferro, encontra-se a
tubulação de cobre, de 5 mm de diâmetro interno, que também foi pintada de preto,
pelas razões aduzidas anteriormente. A opção pelo tubo de cobre, resulta da sua elevada
condutividade térmica, e resistência à corrosão. Pelo processo de condução, o calor
absorvido pela chapa e pelo tubo é posteriormente transferido para a água. Existe
também uma caixa de isolamento para reduzir as perdas de calor pela parte do fundo,
constituída pela placa de poliestireno extrudido e dos lados com madeira. No final foi
colocado uma placa de acrílico, para permitir a passagem da luz solar para o absorvedor
(tubo de cobre e chapa de ferro construção) mas também isolar o espaço que contém os
5
tubos colectores e minimizar as perdas de calor por convecção do ar que se encontra
aprisionado dentro do colector, além de impedir que entre dentro do colector águas da
chuva e alguns materiais sólidos, como as poeiras.
6
MATERIAL
EQUIPAMENTO NECESSÁRIO
Montagem do colector Teste do colector
• Placa de Ferro construção de 0,98 m x
1,06 m, com 3 mm de espessura
• 17 m de tubo de Cobre com 0,5 cm de
diâmetro
• Arame
• Placa de Poliestireno com 0,98 m x 1,06
m, com 2 cm de espessura.
• Madeira de Castanho
• Tubos flexível
• Depósito de 35 L - Reservatório de água
fria
• Balde de 25 L - Reservatório de água
quente
• Junções de plástico
• Braçadeiras
• Alicate
• Rebarbadeira
• Berbequim
• Fita Métrica
• Máquina calculadora gráfica TI nspire
• Máquina calculadora gráfica TI 84 Plus-
Silver Edition
• 1 Sensor de temperatura
• 1 Sensor de Temperatura Easy Temp
• 1 Interface CBL2
• 1 Suporte Universal
• Cronómetro digital
• Proveta de 500,0 ml
.
7
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
PARTE I: Montagem do Colector 1. Dobragem do tubo de cobre em serpentina.
2. Corte da chapa de ferro.
Fig.1- corte da chapa de ferro
3. Fixação da tubulação à placa de ferro.
Fig.2- Fixação da tubulação
4. Corte da placa isoladora de poliestireno
5. Fixação da placa de poliestireno, da placa de ferro com a tubulação ao caixilho
de madeira.
Fig.3- Fixação da placa de isolamento
8
6. Construção do caixilho de madeira
Fig.4- Caixilho de madeira
7. Ligação dos tubos ao colector e aos respectivos reservatórios
PARTE II: Preparação do equipamento
1. Montagem da TI Nspire e TI 84
1.1. Ligar sensor Easy Temp à máquina calculadora TI Nspire
1.2. Ligar o segundo sensor à interface CBL2
1.3. Ligar a interface à máquina gráfica TI 84
Fig.5- Preparação do equipamento de aquisição de dados
9
PARTE III: Esquema dos ensaios Parte A- Estudo da influência da inclinação. A1- Inclinação de 21,6º
Resultados
Ângulo de inclinação Temperatura da água à
entrada - ºC
Temperatura da água
à saida - ºC
Temperatura do
colector - ºC Caudal- Kg/h
Rendimento-
%
21,6º 27,3 35,3 38,6 50,4 53
Reservatório água fria
Máquina de calcular
Reservatório água quente
Sensor de Temperatura
Sensor de Temperatura
Tubo flexivel
Torneira
Máquina de calcular
Tubo de cobre em serpentina
Tubo flexivel
Placa de acrílico
Estrutura de Madeira
Placa de Ferro
Placa de Poliestireno
10
Parte A- Estudo da influência da inclinação.
A2- Inclinação de 0º
Resultados Ângulo de inclinação
Temperatura da água à
entrada - ºC
Temperatura da água à
saida - ºC Temperatura do
colector - ºC Caudal- Kg/h Rendimento- %
0º 27,6 33,8 38,6 51,4 37
Reservatório água fria
Máquina de calcular
Reservatório água quente
Sensor de Temperatura
Sensor de Temperatura
Tubo flexivel
Torneira
Máquina de calcular
Tubo de cobre em serpentina
Tubo flexivel
Placa de acrílico
Estrutura de Madeira
Placa de Ferro
Placa de Poliestireno
11
Parte B- Estudo da influência do caudal.
B1- Caudal de 19,4 Kg/h
Resultados
Ângulo de inclinação
Temperatura da água
à entrada - ºC
Temperatura da água
à saida - ºC Temperatura do
colector - ºC Caudal- Kg/h Rendimento- %
23,3º 27,5 51,9 37,8 19,4 62
Reservatório água fria
Máquina de calcular
Reservatório água quente
Sensor de Temperatura
Sensor de Temperatura
Tubo flexivel
Torneira
Máquina de calcular
Tubo de cobre em serpentina
Tubo flexivel
Placa de acrílico
Estrutura de Madeira
Placa de Ferro
Placa de Poliestireno
12
Parte B- Estudo da influência do caudal.
B2- Caudal de 47,3 Kg/h
Resultados
Ângulo de inclinação
Temperatura da água
à entrada - ºC
Temperatura da água
à saida - ºC Temperatura do
colector - ºC Caudal- Kg/h Rendimento- %
23,3º 27,4 36,1 39,7 47,3 54
Reservatório água fria
Máquina de calcular
Reservatório água quente
Sensor de Temperatura
Sensor de Temperatura
Tubo flexivel
Torneira
Máquina de calcular
Tubo de cobre em serpentina
Tubo flexivel
Placa de acrílico
Estrutura de Madeira
Placa de Ferro
Placa de Poliestireno
13
Parte C- Estudo da influência da presença da placa de acrílico
C1- Caudal de 47,3 Kg/h
Resultados Ângulo de inclinação
Temperatura da água
à entrada - ºC
Temperatura da água
à saida - ºC Temperatura do
colector - ºC Caudal- Kg/h Rendimento- %
23,3º 27,4 36,1 39,7 47,3 54
Reservatório água fria
Máquina de calcular
Reservatório água quente
Sensor de Temperatura
Sensor de Temperatura
Tubo flexivel
Torneira
Máquina de calcular
Tubo de cobre em serpentina
Tubo flexivel
Placa de acrílico
Estrutura de Madeira
Placa de Ferro
Placa de Poliestireno
14
Parte C- Estudo da influência da presença da placa de acrílico
C2- Caudal de 47,4 Kg/h e sem a placa de acrílico
Resultados Ângulo de inclinação
Temperatura da água
à entrada - ºC
Temperatura da água
à saida - ºC Temperatura do
colector - ºC Caudal- Kg/h Rendimento- %
23,3º 27,4 32,9 n a 47,4 34
Reservatório água fria
Máquina de calcular
Reservatório água quente
Sensor de Temperatura
Sensor de Temperatura
Tubo flexivel
Torneira
Máquina de calcular
Tubo de cobre em serpentina
Tubo flexivel
Estrutura de Madeira
Placa de Ferro
Placa de Poliestireno
15
Parte D- Influência do caudal e sem a presença da placa de acrílico
D1- Caudal de 47,4 Kg/h
Resultados Ângulo de inclinação
Temperatura da água
à entrada - ºC
Temperatura da água
à saida - ºC Temperatura do
colector - ºC Caudal- Kg/h Rendimento- %
23,3º 27,4 32,9 n a 47,4 34
Reservatório água fria
Máquina de calcular
Reservatório água quente
Sensor de Temperatura
Sensor de Temperatura
Tubo flexivel
Torneira
Máquina de calcular
Tubo de cobre em serpentina
Tubo flexivel
Estrutura de Madeira
Placa de Ferro
Placa de Poliestireno
16
Parte D- Influência do caudal e sem a presença da placa de acrílico
D2- Caudal de 19,4 Kg/h
Resultados Ângulo de inclinação
Temperatura da água
à entrada - ºC
Temperatura da água
à saida - ºC Temperatura do
colector - ºC Caudal- Kg/h Rendimento- %
23,3º 27,4 38,7 n a 19,4 29
Reservatório água fria
Máquina de calcular
Reservatório água quente
Sensor de Temperatura
Sensor de Temperatura
Tubo flexivel
Torneira
Máquina de calcular
Tubo de cobre em serpentina
Tubo flexivel
Placa de acrílico
Estrutura de Madeira
Placa de Ferro
Placa de Poliestireno
17
TRATAMENTO DOS RESULTADOS
O trabalho experimental realizado visou a determinação da influência dos
parâmetros caudal de água, inclinação do colector e presença da cobertura de acrílico,
no funcionamento do colector solar, mais concretamente na temperatura de saída de
água e no rendimento de transferência de energia.
O desempenho experimental aconselhado seria a manutenção do valor de dois
dos parâmetros, variando o terceiro, e deste modo analisar a sua influência no
rendimento de funcionamento do colector. Na verdade, relativamente ao parâmetro
caudal de água, este procedimento não foi de todo observado. Este facto decorre de uma
limitação da instalação experimental. Consideramos, no entanto, que esta pequena
flutuação não compromete as conclusões a retirar sobre a influência dos restantes
parâmetros.
Os ensaios foram realizados no dia 15 de Julho de 2010, entre as 12:30 horas e
as 15:30 horas, com uma temperatura ambiente de 24,4 ºC.
PARTE A – Estudo da influência da inclinação O colector foi posicionado com uma inclinação de 21,6 ºC, permitindo assim uma
incidência perpendicular dos raios solares. A inclinação dos raios solares relativamente
ao solo foi determinada experimentalmente, recorrendo à projecção da sombra no solo
de uma haste metálica. Posteriormente, por considerações trigonométricas, determinou-
se a respectiva inclinação.
Altura da haste (H) = 102,7 cm Comprimento da sombra (L) = 40,7 cm.
Inclinação dos raios solares - º4,687,407,1021 == −tgα
Inclinação no painel - º6,214,6890 =−=θ
A1 – Inclinação de 21,6º.
Determinação do caudal
Volume da proveta (V) = 0,500 L Tempo de enchimento (Δt) = 35,56 s
Densidade da água a 31ºC (d) = 0,995 g/mL
Caudal (Q) - hkgQ /4,50
360056,35
995,0*500,0==
18
Determinação do rendimento
Potência Solar (PS) = 850 W/m2 Comprimento do painel (L1) = 1,06 m
Largura do painel (L1) = 0,98 m
Capacidade térmica mássica da água (c) = 4186Jkg-1K-1
Temp. de entrada da água (θe) = 27,3 ºC Temp. de saída da água (θs) = 35,3 ºC
Rendimento (η) - 53,006,1*98,0*850
)3,273,35(*4186*3600
4,50
=−
=η
A2 – Inclinação de 0º.
Determinação do caudal
Volume da proveta (V) = 0,500 L Tempo de enchimento (Δt) = 34,82 s
Densidade da água a 31ºC (d) = 0,995 g/mL
Caudal (Q) - hkgQ /4,51
360082,34
995,0*500,0==
Determinação do rendimento
Potência Solar (PS) = 850 W/m2 Comprimento do painel (L1) = 1,06 m
Largura do painel (L1) = 0,98 m
Capacidade térmica mássica da água (c) = 4186Jkg-1K-1
Temp. de entrada da água (θe) = 27,6 ºC Temp. de saída da água (θs) = 33,8 ºC
Rendimento (η) - 37,006,1*98,0*850
)6,271,33(*4186*3600
4,51
=−
=η
19
PARTE B – Estudo da influência do caudal B1 – Funcionamento com acrílico, a 23,3º e caudal de 19,4 kg/h
Determinação do caudal
Volume da proveta (V) = 0,500 L Tempo de enchimento (Δt) = 91,82 s
Densidade da água a 40ºC (d) = 0,992 g/mL
Caudal (Q) - hkgQ /4,19
360082,91
992,0*500,0==
Determinação do rendimento
Potência Solar (PS) = 850 W/m2 Comprimento do painel (L1) = 1,06 m
Largura do painel (L1) = 0,98 m
Capacidade térmica mássica da água (c) = 4186Jkg-1K-1
Temp. de entrada da água (θe) = 27,5 ºC Temp. de saída da água (θs) = 51,9 ºC
Rendimento (η) - 62,006,1*98,0*850
)5,279,51(*4186*3600
4,19
=−
=η
B2 – Funcionamento com acrílico, a 23,3º e caudal de 47,3 kg/h
Determinação do caudal
Volume da proveta (V) = 0,500 L Tempo de enchimento (Δt) = 37,83 s
Densidade da água a 32ºC (d) = 0,995 g/mL
Caudal (Q) - hkgQ /3,47
360083,37
995,0*500,0==
Determinação do rendimento
Potência Solar (PS) = 850 W/m2 Comprimento do painel (L1) = 1,06 m
Largura do painel (L1) = 0,98 m
Capacidade térmica mássica da água (c) = 4186Jkg-1K-1
Temp. de entrada da água (θe) = 27,4 ºC Temp. de saída da água (θs) = 36,1 ºC
20
Rendimento (η) - 54,006,1*98,0*850
)4,271,36(*4186*3600
3,47
=−
=η
Parte C- Estudo da influência da presença da placa de acrílico C1 – Funcionamento com acrílico, a 23,3º e caudal de 47,3 kg/h
Determinação do caudal
Volume da proveta (V) = 0,500 L Tempo de enchimento (Δt) = 37,83 s
Densidade da água a 32ºC (d) = 0,995 g/mL
Caudal (Q) - hkgQ /3,47
360083,37
995,0*500,0==
Determinação do rendimento
Potência Solar (PS) = 850 W/m2 Comprimento do painel (L1) = 1,06 m
Largura do painel (L1) = 0,98 m
Capacidade térmica mássica da água (c) = 4186Jkg-1K-1
Temp. de entrada da água (θe) = 27,4 ºC Temp. de saída da água (θs) = 36,1 ºC
Rendimento (η) - 54,006,1*98,0*850
)4,271,36(*4186*3600
3,47
=−
=η
C2 – Funcionamento sem a placa de acrílico, a 23,3º e caudal de 47,4 kg/h
Determinação do caudal
Volume da proveta (V) = 0,500 L Tempo de enchimento (Δt) = 37,83 s
Densidade da água a 30ºC (d) = 0,996 g/mL
Caudal (Q) - hkgQ /4,47
360083,37
996,0*500,0==
21
Determinação do rendimento
Potência Solar (PS) = 850 W/m2 Comprimento do painel (L1) = 1,06 m
Largura do painel (L1) = 0,98 m
Capacidade térmica mássica da água (c) = 4186Jkg-1K-1
Temp. de entrada da água (θe) = 27,4 ºC Temp. de saída da água (θs) = 32,9 ºC
Rendimento (η) - 34,006,1*98,0*850
)4,279,32(*4186*3600
4,47
=−
=η
Parte D- Influência do caudal e sem a presença da placa de acrílico
D1 – Funcionamento sem a placa de acrílico, a 23,3º e caudal de 47,4 kg/h
Determinação do caudal
Volume da proveta (V) = 0,500 L Tempo de enchimento (Δt) = 37,83 s
Densidade da água a 30ºC (d) = 0,996 g/mL
Caudal (Q) - hkgQ /4,47
360083,37
996,0*500,0==
Determinação do rendimento
Potência Solar (PS) = 850 W/m2 Comprimento do painel (L1) = 1,06 m
Largura do painel (L1) = 0,98 m
Capacidade térmica mássica da água (c) = 4186Jkg-1K-1
Temp. de entrada da água (θe) = 27,4 ºC Temp. de saída da água (θs) = 32,9 ºC
Rendimento (η) - 34,006,1*98,0*850
)4,279,32(*4186*3600
4,47
=−
=η
22
D2- Funcionamento sem acrílico, a 23,3º, com menor caudal. Caudal de 19,4 Kg/h
Determinação do caudal
Volume da proveta (V) = 0,500 L Tempo de enchimento (Δt) = 92,33 s
Densidade da água a 33ºC (d) = 0,995 g/mL
Caudal (Q) - hkgQ /4,19
360033,92
995,0*500,0==
Determinação do rendimento
Potência Solar (PS) = 850 W/m2 Comprimento do painel (L1) = 1,06 m
Largura do painel (L1) = 0,98 m
Capacidade térmica mássica da água (c) = 4186Jkg-1K-1
Temp. de entrada da água (θe) = 27,4 ºC Temp. de saída da água (θs) = 38,7 ºC
Rendimento (η) - 29,006,1*98,0*850
)4,277,38(*4186*3600
4,19
=−
=η
23
DISCUSSÃO DOS RESULTADOS E CONCLUSÕES
A comparação dos resultados obtidos nos ensaios A1 e A2, permite-nos realçar a
influência da inclinação do colector, ao nível do seu desempenho. Deste modo,
verificou-se uma diminuição de 22,4% no aumento da temperatura da água, e uma
queda no rendimento de 53% para 37%, quando se alterou a posição do colector de uma
disposição em que a superfície era perpendicular aos raios solares, para uma posição
com incidência oblíqua (21,6º).
Este resultado encontra-se em conformidade com o previsto, pois a incidência
oblíqua da radiação solar, tem como consequência uma diminuição da área
efectivamente iluminada, resultando numa menor quantidade de energia fornecida ao
conjunto placa+tubos.
As condições experimentais nas quais se realizaram estes dois ensaios, diferem
ligeiramente daquelas que se observaram nos restantes, pelo que os valores obtidos só
poderão ser comparados com os demais, com alguma reserva.
A realização dos ensaios B1 e B2 teve como finalidade estudar o desempenho do
colector, operando com caudais diferentes. Pôde observar-se um aumento de
temperatura cerca de 2,8 vezes superior para o caudal mais baixo. Este facto pode ser
explicado pelo maior tempo de residência da água nos tubos, o que permite que uma
maior quantidade de energia se transfira para os mesmos. Entendemos oportuno referir
neste momento, que quando a água ficava estagnada durante algum tempo no colector, a
sua temperatura atingia valores na ordem dos 93ºC. Este facto permite-nos concluir que,
mesmo tomando em consideração as perdas de energia que o sistema terá certamente
para o exterior, se reduzirmos suficientemente o caudal a temperatura da água poderá,
em teoria, evoluir para este valor limite. A comparação dos ensaios D1 e D2, conduziu
no entanto a um resultado contrário, relativamente ao rendimento, pois foi superior para
o maior caudal. Tal como acima mencionamos, a comparação dos resultados obtidos
será sempre afectada de alguma reserva, pois as condições de operação eram
ligeiramente distintas. No entanto, uma possível explicação para o sucedido, poderá
estar relacionada com o facto de a energia útil transferida para a água depender também
da massa deste fluído que em cada momento percorre a serpentina, para além do
aumento de temperatura. Não pode deste modo concluir-se da relação entre o caudal e o
rendimento, pois seria necessário varrer um espectro significativo de caudais para
aquilatar da evolução do rendimento com o incremento do caudal.
Deve também referir-se que, quando se opera a caudais superiores, como a
temperatura da água no interior da serpentina é sempre inferior, comparativamente com
24
a utilização de menor caudal, a taxa de transferência é superior pelo facto de o gradiente
térmico, entre os tubos e a água, ser também maior, durante todo o circuito.
Ao comparar os resultados obtidos nos ensaios C1 e C2, pôde concluir-se sobre a
influência da cobertura de acrílico no aumento de temperatura da água e no rendimento
do processo de transferência de energia. Constata-se que, sem a cobertura, o aumento de
temperatura reduz-se em cerca de 37% e o rendimento diminui de 54% para 34%. A
criação de um efeito de estufa, na câmara delimitada pela superfície de acrílico e pela
placa do colector com os tubos, contribui decisivamente para uma transferência de
energia mais efectiva. Deve realçar-se o facto de a temperatura ambiente ser de 24,4 ºC
e a temperatura medida no interior na câmara ser de 39,7 ºC.
25
SUGESTÕES DE TRABALHO
Face aos resultados obtidos, afiguram-se oportunas algumas sugestões
relacionadas com a construção do colector e forma de operação.
O espaçamento entre os tubos deverá ser o menor possível, permitindo assim um
melhor aproveitamento da área irradiada, bem como um maior tempo de residência da
água no interior dos tubos, para um mesmo caudal. Deste modo a temperatura de saída
da água será superior e, consequentemente, o rendimento também.
Sugere-se também a utilização de uma técnica diferente para a regulação do
caudal de entrada no colector, sem prejuízo da medição da temperatura da água. A
técnica utilizada neste trabalho permitia apenas operar a dois caudais, cuja
reprodutibilidade não era satisfatória.
O estudo da influência do caudal no rendimento, deverá ser realizado para uma
gama alargada de valores do caudal, não sendo de excluir a possibilidade de se virem a
obter dois intervalos distintos, onde o rendimento poderá aumentar e posteriormente
diminuir com o aumento do caudal. A explicação para este comportamento poderá
residir no facto de a quantidade de energia transferida para a água depender da massa
que em cada segundo atravessa o colector e da diferença de temperatura. Como a
temperatura de saída diminui com o aumento do caudal, ambos o parâmetros afectam o
rendimento, de modo distinto.
26
SUGESTÕES METODOLÓGICAS
O trabalho a desenvolver pelos alunos, relativamente a esta temática, poderá ser
explorado nas suas várias etapas, estabelecendo sempre que possível a ligação com os
programas das disciplinas de Física e Química A dos 10º e 11º anos, Química do 12º
ano e Física do mesmo ano.
Numa primeira fase, poderá propor-se uma pesquisa sobre a constituição do colector
solar, procurando compreender a função de cada uma das partes bem como a razão de
ser dos materiais utilizados.
De seguida, os alunos deverão seleccionar e inventariar o material necessário,
projectar/planear a concepção da estrutura e elaborar o respectivo orçamento.
A construção do equipamento deverá ser acompanhada pelo docente, que sempre que
for necessário solicitara o apoio de grupos disciplinares na área da Educação
Tecnológica.
No que concerne ao do funcionamento do colector, os alunos deverão seleccionar as
variáveis em estudo, tais como a temperatura de saída da água e o rendimento, bem
como os parâmetros temperatura de entrada da água, caudal, inclinação e existência de
cobertura ou não. Assim deverão efectuar um controle de variáveis adequado, de modo
a poderem concluir sobre a influência de cada uma no funcionamento do colector.
Sugere-se também que, a influência de uma cobertura de acrílico, possa ser utilizada
para explorar o tema efeito de estufa, leccionado na componente de física do 10º ano.
Relativamente ao depósito para recolha da água quente, poderá estudar-se o efeito de
vários tipos de isolamento, medindo-se o declínio da temperatura em função do tempo,
e, a partir dos valores obtidos concluir sobre a condutividade dos diferentes materiais,
tema tratado na componente de física de 10º ano.
A selecção dos metais a utilizar na placa de base e nos tubos, deverá tomar em
consideração aspectos como o seu custo, condutividade térmica e resistência à corrosão.
A determinação da inclinação dos raios solares poderá ser explorada no âmbito da
disciplina de Matemática, pois envolve conhecimentos nas áreas de geometria e
trigonometria.
BIBLIOGRAFIA
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