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CONSTRUÇÃO E TESTE DE FORNO SOLAR por EDÉSIO ANUNCIAÇÃO SANTOS FILHO e VALDEMIR CONCEIÇÃO DA SILVA, Notas de estudo de Engenharia Florestal

O Sol é fonte gratuita e limpa de energia e ainda apenas na metade de sua existência que se cogita seja no total cerca de onze bilhões de anos. Sua energia banha o planeta Terra com força energética equivalente a quase 4.000 vezes toda a energia que se consome de outras origens. Diante dessa realidade e da gama de conhecimentos desenvolvidos pela ciência e criatividade humanas, propostas alternativas vêm surgindo para o melhor aproveitamento da

Tipologia: Notas de estudo

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FACULDADE DE ARACRUZ
CONSTRUÇÃO E TESTE DE FORNO SOLAR
EDÉSIO ANUNCIAÇÃO SANTOS FILHO
EDÉSIO ANUNCIAÇÃO SANTOS FILHO
VALDEMIR CONCEIÇÃO DA SILVA
VALDEMIR CONCEIÇÃO DA SILVA
Orientador: Profº. M.Sc Johnson Pontes de Moura
Aracruz-ES
Novembro de 2008
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FACULDADE DE ARACRUZ

CONSTRUÇÃO E TESTE DE FORNO SOLAR

EDÉSIO ANUNCIAÇÃO SANTOS FILHO EDÉSIO ANUNCIAÇÃO SANTOS FILHO

VALDEMIR CONCEIÇÃO DA SILVA VALDEMIR CONCEIÇÃO DA SILVA

Orientador: Profº. M.Sc Johnson Pontes de Moura Aracruz-ES Novembro de 2008

EDÉSIO ANUNCIAÇÃO SANTOS FILHOEDÉSIO ANUNCIAÇÃO SANTOS FILHO

VALDEMIR CONCEIÇÃO DA SILVA VALDEMIR CONCEIÇÃO DA SILVA

CONSTRUÇÃO E TESTE DE FORNO SOLAR CONSTRUÇÃO E TESTE DE FORNO SOLAR

Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Departamento de Engenharia Mecânica da Faculdade de Aracruz – FAACZ, como requisito parcial para a obtenção do grau de Bacharel em Engenharia Mecânica. Orientador: Professor M.Sc Johnson Pontes de Moura Aracruz-ES Novembro de 2008

SANTOS FILHO, Edésio Anunciação; DA SILVA, Valdemir Conceição. – Construção e Teste de Forno Solar. Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Departamento de Engenharia Mecânica da Faculdade de Aracruz – FAACZ. Orientador: Profº. MSc Johnson Pontes de Moura RESUMO O Sol é fonte gratuita e limpa de energia e ainda apenas na metade de sua existência que se cogita seja no total cerca de onze bilhões de anos. Sua energia banha o planeta Terra com força energética equivalente a quase 4.000 vezes toda a energia que se consome de outras origens. Diante dessa realidade e da gama de conhecimentos desenvolvidos pela ciência e criatividade humanas, propostas alternativas vêm surgindo para o melhor aproveitamento da energia solar disponível. Apresenta-se a seguir um quadro potencial de aplicação da energia solar no Brasil e a utilização de um forno solar de baixo custo para aplicações domésticas, com o intuito de conscientização da viabilidade do uso da energia solar. Palavras-chaves: Abastecimento Energético; Energia limpa; Forno Solar SANTOS FILHO, Edésio Anunciação;DA SILVA, Valdemir Conceição – Novembro/ I

DEDICATÓRIA

Á Deus, por sua graça sempre presente em nossas vidas; Aos pais, esposas e familiares de ambos; Aos amigos e companheiros de classe da Engenharia Mecânica; Á minha mãe, D. Carlota Pereira de Souza, te amo! Á minha querida namorada Josiane e sua filha Emily, super companheiras em todos os momentos. Amo vocês! Edésio Anunciação Santos Filho Á meus pais, Valdeir e Irene, e irmãos! Á minha esposa e filhos, Cláudia, Guilherme e Vinícius pela compreensão e apoio. Amo vocês! Valdemir Conceição da Silva In memorian: Alex Devens da Silva; Isaac Vivaldi dos Santos. SANTOS FILHO, Edésio Anunciação;DA SILVA, Valdemir Conceição – Novembro/ III

AGRADECIMENTOS

Ao professor MSc Johnson Pontes de Moura por sua orientação; Ao professor Dr. Rodolfo Jesús R. Silvério pelo compromisso e colaboração; A Coordenação do Departamento de Pesquisas e Pós-Graduação na pessoa do Professor Dr. Marcos Roberto T. Halasz; À Coordenação do Departamento de Engenharia Mecânica na pessoa do Professor Dr. Wisley Falco Sales; A todos os companheiros de sala de aula do Departamento de Engenharia Mecânica da FAACZ; A Coordenação do Departamento de Engenharia Química na pessoa da Professora Dra. Flávia Pereira Puget; Aos todos os funcionários da FAACZ, em especial aos que nos acompanharam e nos deram suporte para a realização desse projeto. SANTOS FILHO, Edésio Anunciação;DA SILVA, Valdemir Conceição – Novembro/ IV

LISTA DE FIGURAS

  • Figura 2.1. Radiação solar global diária- média anual típica (MJ/m^2 Dia).
  • SANTOS FILHO, Edésio Anunciação;DA SILVA, Valdemir Conceição – Novembro/
  • Capítulo 3 – Estado da Arte
  • 3.1. Os Fornos Solares
  • 3.1.1. Forno Solar Tipo Caixa
  • 3.1.2. Forno Solar Tipo Olla
  • 3.1.3. Forno Solar Tipo Painel
  • 3.1.4. Forno Solar Tipo Parabólico
  • 3.2. Princípio de Funcionamento
  • 3.2.1. Ganho de Calor
  • 3.3. Materiais Construtivos
  • 3.4. Mecanismos de Transferência de Calor
  • 3.5. Viabilidade de Uso do Forno Solar Proposto
  • Capítulo 4 – Materiais e Métodos
  • 4.1. Materiais
  • 4.2. Aplicação dos Conceitos Teóricos
  • 4.3. Métodos e testes
  • Capítulo 5 – Análise dos Resultados
  • 5.1. Análise dos Resultados Experimentais
  • 5.2. Análise da Eficiência do Forno Solar Proposto
  • Capítulo 6 – Conclusão
  • Apêndices
  • REFERÊNCIAS

(TIBA, 2000).

Figura 2.2. Insolação média anual diária (h) no território brasileiro (TIBA,2000). 09 Figura 3.1. Forno solar com e sem refletor. Fonte: http://www.energyquest.ca.gov/projects/index.html#solar

Figura 3.2. A radiação sobre diferentes superfícies. Fonte: (http://solarcooking.org/solar-l.htm)

Figura 3.3. Forno Tipo Olla. Fonte: (http://solarcooking.org/solar-l.htm)

Figura 3.4. Fornos Tipo Painéis Solares. Fonte: http://solarcooking.org/solar-l.htm

Figura 3.5. Cozinha solar comunitária Scheffler, a primeira desse tipo no México. Fonte:http://www.sunoven.de/Scheffler-Jiutepec.html

Figura 3.6. Fogões parabólicos e semi-parabólicos. Fonte: http://solarcooking.org/images/scr/nov04/photou.jpg

Figura 3.7. Estrutura básica de um forno solar tipo caixa Fonte: Pedro Horta (Guia da Energia Solar, 2004)

Figura 3.8. Influencia da geometria da área coletora na captação da energia solar. Fonte: http://solarcooking.org/portugues/sbcdes-pt.htm

Figura 3.9. Refletores laterais. Fonte: http://solarcooking.org/portugues/sbcdes-pt.htm

Figura 3.10(a). Incidência típica no verão Figura 3.10(b). Espelho auxiliar para o inverno

Figura 3.11. Espelhos refletores com ângulo de 90º na vertical. 16 Figura 3.12. Espelhos refletores aplicados á caixa inclinada. Fonte: (JOHNSON, 2007)

Figura 3.13. Arranjo utilizando dois espelhos refletores. 17 Figura 3.14. Materiais construtivos. Fonte: http://solarcooking.org/portugues/sbcdes-pt.htm

Fig. 3.15. Tipos de ondas eletromagnéticas utilizadas no cotidiano. Fonte: (JOHNSON, 200)

Figura 3.16. A curva de radiação para diferentes temperaturas. 23 Figura 3.17. Efeito da convecção entre o ar uma parede plana. 25 LISTA DE FIGURAS Figura 4.1. Materiais coletados para construção do forno solar. Fonte própria. 29 SANTOS FILHO, Edésio Anunciação;DA SILVA, Valdemir Conceição – Novembro/ VII

Introdução

SANTOS FILHO, Edésio Anunciação;DA SILVA, Valdemir Conceição – Novembro/ IX

1.2. Justificativa Este trabalho busca avaliar o uso da Energia Solar como fonte alternativa e auxiliadora ao gás de cozinha (GLP - Gás Liquefeito de Petróleo) e á eletricidade (Forno de micro-ondas, fornos elétricos, etc) no preparo de alimentação doméstica. 1.3. Objetivos 1.3.1. Objetivo Geral Construir um forno solar utilizando materiais de baixo custo que possa ser utilizado na cozinha doméstica, auxiliando outros métodos de cocção de alimentos. 1.3.2. Objetivos Específicos

  • Utilizar conceitos de transferência de calor para determinar a construção e eficiência do forno solar proposto;
  • Reaproveitar materiais considerados resíduos sólidos destinados a aterro sanitário para construção do forno proposto;
  • Realizar testes de cocção e desidratação de alimentos. 2

Capítulo 2

Fundamentação Teórica

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energia dos oceanos – são formas indiretas de energia solar que vão desde a realização da fotossíntese até a evaporação das águas criando energia potencial. 2.2. Aplicações da Energia Solar Historicamente, o homem faz uso da energia solar de maneira intuitiva desde simples aplicações como conservação de alimentos através da secagem ao ar livre, beneficiamento de couro de animais para confecção de vestimentas e utensílios á aplicações mais elaboradas do tipo utilizá-la como artefato bélico. Atualmente, com o desenvolvimento das ciências e pesquisas voltadas para a necessidade de obtenção de novas fontes de energia renováveis, o homem vem buscando formas alternativas e eficientes para melhor aplicação da energia solar. Dessa maneira, classifica-se a utilização da energia solar com Ativa e Passiva, sendo a Ativa definida como Energia Solar Fototérmica e Fotovoltaica e a Passiva como Energia Solar Bioclimática. 2.2.1. Energia Solar Fototérmica A radiação solar pode ser utilizada diretamente como fonte de energia térmica, O aproveitamento térmico para aquecimento de fluidos é feito com o uso de coletores ou concentradores solares. Os coletores solares são classificados como Concentradores e Planos , sendo mais usados em aplicações residenciais e comerciais (hotéis, restaurantes, clubes, hospitais etc.) para o aquecimento de água (higiene pessoal e para lavar utensílios e ambientes) proporcionando redução no consumo de energia elétrica (CRESESB, 2003). Os concentradores solares destinam-se a aplicações que requerem temperaturas mais elevadas, como a secagem de grãos e a produção de vapor para acionamento de turbinas geradoras de eletricidade. 5

2.2.2. Energia Solar Fotovoltaica É a energia obtida através da conversão direta da luz em eletricidade (Efeito Fotovoltaico). Relatado por Edmond Becquerel, em 1839, é o aparecimento de uma diferença de potencial nos extremos de uma estrutura de material semicondutor, produzida pela absorção da luz. A célula fotovoltaica é a unidade fundamental do processo de conversão, são normalmente produzidas em Silício amorfo e possuem custo elevado para aquisição residencial (GREEN et al., 2000) 2.2.3. Energia Solar Bioclimática Chamada de forma passiva, onde harmoniza as construções ao clima e características locais, pensando no homem que habitará ou trabalhará nelas, tirando partido da energia solar através de correntes convectivas luminosidade naturais. 2.2.4. Viabilidade do Uso de Energia Solar no Brasil Segundo Martins (Ciência Hoje, Nov. 2003), “o mapeamento da distribuição do recurso solar permite reconhecer áreas em que o aproveitamento dessa energia é potencialmente significativo”. Uma contribuição importantíssima é o Atlas Solarimétrico do Brasil, uma iniciativa da Universidade Federal de Pernambuco (UFPE) e a CHESF (Companhia Hidrelétrica do São Francisco) em parceria com o CRESESB. Na Fig. 2.1 visualiza-se a distribuição da radiação global solar diária no Brasil. 6