Modelo 3D e Forças Atuantes no Aquecedor

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.

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:

 TRIGO – Thiago –Termometria – https://www.infoescola.com/fisica/termometria/

 – Acesso em: 05 de Abril de 2019.

GOUVEIA – Rosimar – Calorimetria – 2018 – https://www.todamateria.com.br/calorimetria/ – Acesso em: 05 de Abril de 2019.

SCHULZ – Daniel – Leis da Termodinâmica – 2019 -https://www.if.ufrgs.br/~dschulz/web/leis_termodinamica.htm – Acesso em: 05 de Abril de 2019.

SHULZ – Daniel – Leis da Termodinâmica – 2009 - https://www.if.ufrgs.br/~dschulz/web/conveccao.htm - Acesso em: 05 de Abril de 2019.

Transmissão de Calor- Condução, Convecção e Irradiação - https://www.educabras.com/vestibular/materia/fisica/termologia/aulas/transmissao_de_calor_conducao_conveccao_e_irradiacao – Acesso em: 05 de Abril de 2019.

AURÉLIO – Marco - https://meuartigo.brasilescola.uol.com.br/fisica/conducao-conveccao-irradiacao.htm – Acesso em : 05 de Abril de 2019.

Densidade – 2007 - http://efisica.if.usp.br/mecanica/basico/hidrostatica/densidade/ - Acesso em 05 de Abril de 2019.

"Hidrostática" em Só Física. Virtuous Tecnologia da Informação, 2008-2019. Consultado em 05/04/2019 às 22:18. Disponível na Internet em https://www.sofisica.com.br/conteudos/Mecanica/EstaticaeHidrostatica/pressao.php

Dinâmica dos Fluídos - https://impa.br/pesquisa/dinamica-dos-fluidos/ - Acesso em: 05 de Acesso em: 05 de Abril de 2019.

PALMEIRA – Enilson – 2001-https://www.ebah.com.br/content/ABAAAfX7UAA/dinamica-fluidos -  Acesso em: 05 de Abril de 2019.