Modelo 3D
Para a representação do modelo 3D a equipe ultilizou o SOLIDWORK 2017, pois já esta abituada com o programa, essa seria a representação da montagem do Aquecedor Solar.
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| Fonte: Própria |
Para a construção do Aquecedor Solar, foi necessario a contrução da caixa onde a maioria dos componentes estariam dentro, para a construção da caixa foi julgado que o uma carcaça de aluminio seria o ideal pela sua alta codutibilidade termica. Sendo as dimensões da caixa de aluminio:
Já que o aluminio é um otimo condutor foi necessario um isolante termico para que tivesse o minimo possivel de perda de energia termica. O material escolhido para tal função foi o isopor pela sua alta isolação termica perdendo para poucos materias como o poliuretano, as dimensões do isopor foram:
E para o sistema ter ainda menor disperção termica, foi adicionado mais uma camada de isolate como também condutor termico, sendo esse material uma folha de papel de aluminio com essas dimensões:
Para a parte onde a àgua vai passar foi feito um cano de cobre em formato de serpentina onde todas as suas curvaturas tem o mesmo raio, e suas paralelas o mesmo tamanho, que foram esses os tamanhos:
Como o cobre é um otimo condutor termico, é facil aquece-lo porém também é facil esfria-lo, portanto foi necessario criar uma placa coletora onde essa energia termica não dissipa-se tanto. As dimensões dessa placa são:
Por fim e não menos importante foi necessario colocar um material onde passa-se a luz solar, logo foi colocado uma placa de vidro em cima para que a luz solar adentra-se no projeto para aquece-lo. E foi julgado ter essas dimenções:
Forças/Leis Atuantes no Aquecedor
Termometria
A termometria é a parte da termologia, física, que
estuda a temperatura e suas formas de medição. A temperatura é uma grandeza
física escalar, tendo seu conceito muitas vezes confundido, não está ligado
diretamente ao calor, e sim na agitação molecular de um sistema. Entretanto
essa medida não pode ser feita diretamente, por isso é feita de forma indireta,
relacionando outros conceitos físicos que variam com a temperatura, como
pressão e volume. Usando um termômetro, instrumento para medição de
temperatura, podemos medir a temperatura da água que será aquecida no nosso
sistema, podendo a partir disso analisar a sua eficiência.
Calorimetria
Calorimetria é a parte da
física que estuda os fenômenos de troca de energia térmica. Essa energia
térmica em movimento é chamada de calor. Calor é a energia transferida de um
corpo para o outro, decorrente da diferença de temperatura entre eles. Com
tudo, a troca de calor sempre será feita de um corpo com uma temperatura maior,
para um com temperatura menor, e o equilíbrio térmico acontecerá quando os dois
corpos tiverem a mesma temperatura. Ressaltando que só será calor quando a
energia interna do corpo for transferida para outro corpo. No nosso projeto as placas coletoras são responsáveis pela
absorção da radiação solar. O calor do sol, captado pelas placas do aquecedor
solar, é transferido para a água que circula no interior de suas tubulações de
cobre, nesse processo podemos relacionar à calorimetria, já que a tubulação
aquecida pelo calor solar captado pelas placas, troca calor com a água,
aquecendo-a.
Leis da Termodinâmica
A Lei Zero da Termodinâmica
nos fala sobre a trocar de calor e equilíbrio térmico, especificando mais que
os estudos da Calorimetria, já que nos diz que o equilíbrio térmico entre dois
corpos pode não significar que estarão com a mesma temperatura. A Primeira Lei
da Termodinâmica nos diz que não é só possível elevar a temperatura de um
sistema adicionando calor nele, mas também com a realização de trabalho sobre
ele. O calor recebido por um sistema é igual à soma entre a variação de energia
interna do sistema e o efetuado pelo sistema. A Terceira Lei nos diz que é
impossível remover energia térmica de um sistema, a certa temperatura, e
converter essa energia integralmente em trabalho mecânico sem que haja uma
modificação no sistema ou em suas vizinhanças. No nosso Projeto podemos ver a
realização de trabalho quando a água é aquecida e a diferença de densidade gera
seu movimento.
Convecção
Quando há transferência
de energia de um lugar para o outro pelo deslocamento de meio material através
de correntes que se estabelecem no interior do meio, acontece a transferência
de calor por convecção. E podemos exemplificar isso com o nosso Projeto, quando
uma porção de água é aquecida seus átomos e moléculas começam a se mover mais
rapidamente fazendo com que eles ocupem um espaço intermolecular maior, a água
terá sua densidade diminuída, já que aumenta seu volume por unidade de massa,
essa porção aquecida será “mais leve” e tende a subir, sendo substituída por
uma quantidade de água que não foi aquecida, ou não tão aquecida, tendo menor
temperatura e maior densidade. Com a repetição desse processo surgem as
correntes de convecção que mantém a água em circulação.
Condução e irradiação
A condução térmica é um
tipo de propagação do calor que consiste na transferência de energia térmica
entre as partículas que compõe o sistema. Por exemplo: coloca-se uma das
extremidades de uma barra de cobre exposta ao sol. Após certo tempo, percebe-se
que a outra extremidade também esquenta, mesmo estando fora do Sol. Esse fato
ocorre porque as partículas que formam o material receberam energia e, dessa
forma, passaram a se agitar com maior intensidade. Essa agitação se transfere
de partícula por partícula e se propaga em toda a barra até alcançar a outra
extremidade. Já a irradiação térmica é tipo de propagação do calor ocorrem
através dos raios infravermelhos que são chamadas ondas eletromagnéticas. Não
necessita de um meio material (vácuo) para se propagar. Logo com a criação de
um espaço (vácuo) é possível manter a temperatura da água que foi aquecida no
pelo aquecedor solar.
Densidade de fluidos
A densidade é uma
propriedade importante de um fluido. Ela é obtida como o quociente entre a
quantidade de massa m e o volume v que essa quantidade ocupa. Quando dizemos,
por exemplo, que a densidade de água é de 1Kg /l, isto significa que, num litro
de água, encontraremos uma quantidade de água cuja massa é de 1Kg. A sua
densidade relativa é a razão entre a densidade da substância e a densidade da
água.
Dinâmica de fluidos
Dinâmica dos Fluidos é
uma área de pesquisa que confluem técnicas de Análise Matemática — como Métodos
Assintóticos, Teoria da Aproximação, Teoria da Lei de Conservação e de Equações
de Reação-Difusão — e de Sistemas Dinâmicos, como Teoria de Bifurcações, entre
outras. A partir de 1987, estabeleceu-se no IMPA um pequeno grupo de pesquisa
em Dinâmica dos Fluidos e entre as suas ênfases de estudo está propagação de
Ondas Costeiras e Ondas Acústicas em meios heterogêneos, fato de extrema
importância para o estudo e compreensão da atuação dos fluidos no aquecedor
solar
Referencias:
– Acesso em: 05 de Abril de 2019.
