Utilização da energia solar para aquecer água

A utilização da energia solar para o aquecimento de água.

Resumo: O objetivo deste artigo é analisar através da utilização da energia solar, a possibilidade de realizar o aquecimento da água. Sabe-se pelos conceitos empregados na física qual o tamanho do sol e a radiação que essa estrela propaga pelo espaço em direção a Terra. Os materiais utilizados na elaboração de nossa maquete, portanto, do projeto físico tiveram como cerne aproveitar materiais recicláveis viabilizando sua realização a um custo acessível. Essa proposta foi concebida como uma resposta diante da degradação ambiental e o consumismo desenfreado que vemos todos os dias em nosso planeta, especificamente aqui no Brasil.

Introdução

O sol é a principal fonte de energia para a vida na Terra. As civilizações antigas tinham um grande fascínio por ele a ponto de adorarem essa estrela. De acordo com a ciência o sol tem sua origem a partir do evento conhecido como BIG-BANG. Deste momento em diante todas as estrelas, astros, planetas, galáxias e etc., passaram a ocupar seu lugar no espaço. Com o advento da tecnologia, iniciada na Revolução Industrial do século XVIII, o ser humano começa a fazer uso cada vez mais frequente dos combustíveis fósseis para obter energia térmica, elétrica, mecânica e etc. Não se preocupa mais com o planeta dando início a uma série de degradações ambientais. Foi a partir desta percepção humana da grande devastação causada pela ação antrópica pelo uso dos combustíveis fósseis, que se começou a pensar em fontes alternativas de energias renováveis. O sol propaga sua radiação pelo espaço chegando a Terra. Na maioria das cidades brasileiras a possibilidade do bom aproveitamento do sol é um fator significativo para a redução do custo, pois a utilização da energia solar para aquecimento de água irá causar um impacto positivo e direto na quantidade de Kilowatt hora utilizada por mês.

Objetivo

O objetivo principal é mostrar que através de matérias recicláveis podemos obter recursos para melhor aproveitamento da energia solar como fonte de energia térmica para o aquecimento de água.

Metodologia

Utilizaremos materiais recicláveis e pesquisa bibliográfica, sobretudo a literatura brasileira ainda não concentra uma quantidade significativa de informações publicadas a esse respeito e que esteja a disposição do corpo discente. Por enquanto a maior parte dessas informações circula no campo da internet. Será feita a pesquisa bibliográfica não para justificar a utilização dos materiais recicláveis e sim para demonstrar, por meio dos conceitos, que esse projeto é viável.

Resultados e Discussão

1. Matriz energética brasileira

Nossa matriz energética ainda não considera a energia solar como um produto rentável e algo a ser explorado. Recentemente foi anunciada pelo governo brasileiro a descoberta do Pré-Sal. O planeta dá evidências de que uma das causas do aquecimento global gira em torno da queima de combustíveis fósseis, mas parece que o Brasil descobriu sua mina de ouro no quintal de casa. Os grandes investimentos estão concentrados no petróleo e nas hidrelétricas. É verdade que uma hidrelétrica não polui tanto quanto os combustíveis fósseis, porém a degradação ambiental de uma hidrelétrica é, sem dúvida alguma, um impacto significativo e na maioria das vezes esse impacto é irreversível ao meio ambiente pela devastação causada na fauna e flora.

2. Historia do aquecimento solar

O uso da energia solar para aquecimento pode ser rastreado de volta à Antiguidade. Arquimedes comprovadamente utilizou espelhos para direcionar os raios solares e atacar uma frota hostil, em 212 a.C., incendiando suas velas a uma distância de algumas centenas de pés. Mais de cem mil anos atrás os índios Anasazi, do sudoeste norte-americano, construíram suas casas nos lados de penhascos a fim de usar a baixa altitude do sol para o aquecimento solar passivo no inverno e as saliências dos penhascos para fornecer proteção contra os raios solares no verão. Nos séculos XVII e XVIII, cientistas concentraram os raios solares em espelhos ou lentes para derreter metais. Antoine Lavoisier (1743-1794), frequentemente chamado e pai da química moderna, atingiu temperaturas próximas a 1700ºC (3100ºF) usando o sol, temperaturas essas mais altas do que as obtidas por qualquer um naquela época. Uma das fornalhas solares mais potentes em uso atualmente se encontra em Sandia, Novo México onde temperaturas de 4000ºF são obtidas.

3. Termodinâmica e Transmissão de calor

 O ramo da ciência que trata da relação entre calor e outras formas de energia chamam-se termodinâmica. Seus princípios, como todas as leis da natureza, são baseados em observações, e foram generalizados em leis julgadas verdadeiras para todos os processos que ocorrem na natureza, porque nenhuma exceção foi verificada. O primeiro desses princípios, a primeira lei da termodinâmica, estabelece que a energia não pode ser criada ou destruída, mas apenas modificada de uma forma para outra. Desta forma a radiação solar desempenha um importante papel em muitos processos ambientais. Todas as fontes de energia usadas pelo homem derivam do sol, e as plantas dependem da energia solar para a fotossíntese e o crescimento. Embora ela ainda não seja utilizada para fins industriais, existe um crescente interesse na utilização direta da energia solar para aquecimento de residências e dessalinização da água do mar. A quantidade de energia solar que incide, por unidade de tempo, numa superfície de área unitária colocada perpendicularmente ao Sol, nos limites externos da atmosfera terrestre, a chamada constante solar, é cerca de 1200 Kcal/h m2. A quantidade de energia solar recebida por uma superfície na Terra depende da localização, hora do dia, época do ano, condição do tempo e inclinação da superfície.

4. Impactos Ambientais

O ano de 1859 é considerado um marco histórico na chamada era do petróleo: foi quando o coronel Edwin L. Drake furou o primeiro poço de petróleo em Titusville, Pensilvânia (EUA). Até então a extração rudimentar, praticamente baseada na coleta do petróleo que aflorava a superfície, permitia um rendimento mínimo. Com a invenção dos motores a explosão e dos carros a gasolina, no final do século XIX, a utilização do petróleo assumiu novas proporções, passando a representar uma das maiores riquezas da sociedade moderna, originando verdadeiros impérios econômicos. O início do século XX presenciou igualmente o desenvolvimento no uso da energia elétrica. A invenção dos motores elétricos, transformando a energia elétrica em mecânica, tornou possível a construção tanto de motores potentes para as grandes indústrias emergentes, como de pequenos motores contidos nos aparelhos eletrodomésticos. A eletricidade pode ser obtida de várias maneiras: nas usinas termoelétricas, usando-se combustíveis fósseis (não-renováveis); nas usinas nucleares, que utilizam como matéria-prima minerais radioativos; e nas usinas hidroelétricas, aproveitando-se um recurso abundante e renovável na natureza – a energia das quedas-d’água e das marés.

As emissões oriundas das indústrias e dos meios de transporte – principalmente veículos automotivos – impõem altos custos à saúde e também ao trabalho humano. Se não houver mudanças drásticas na política energética mundial nos próximos quarenta anos, a poluição decorrente, por exemplo, da produção de energia elétrica a partir de combustíveis fósseis será dez vezes maior e a de veículos aumentará de cinco vezes. O efeito estufa é o aquecimento gradual do planeta, causado pela presença de dióxido de carbono e de outros gases na atmosfera, como metano, clorofluorcaboneto e dióxido de nitrogênio. Ao absorverem os raios infravermelhos, eles se aquecem e com isso auxiliam no aquecimento do planeta – se suas concentrações aumentam, aumenta também a quantidade de raios infravermelhos absorvidos e, portanto, a temperatura do planeta. A queima de combustíveis fósseis em automóveis e nas usinas está entre as principais causas do acúmulo de dióxido de carbono na atmosfera, sendo que a geração de eletricidade nas usinas termoelétricas movidas a carvão, petróleo ou gás contribui com cerca de 15%.

A legislação brasileira de proteção ambiental teve início, fundamentalmente, nas atividades da Secretaria de Meio Ambiente (SEMA), em 1973, como uma das consequências tiradas de sua participação na Conferência de Estocolmo-UNEP em 1972. Todavia existem leis brasileiras, que, anteriormente, já regulamentavam aspectos ambientais, tais como:

Código de Águas, de 1934,

Código Florestal, de 1934,

Código de Pesca, de 1938,

Estatuto da Terra, de 1964,

Código de Caça, de 1967.

Em 1981 foi atendida a reivindicação mais importante da política ambiental, com a decretação da uma lei federal para a política de proteção ambiental. Essa lei estabelecia também, entre outras medidas, a estruturação de competências. Uma das consequências foi que, em 1989, a SEMA foi reorganizada e incorporada ao Instituto Brasileiro de Meio Ambiente e Recursos Renováveis (IBAMA). O Licenciamento no Brasil segue por três vias: Licença Prévia, Licença de Instalação e Licença de Operação. É o órgão ambiental que decide sobre a necessidade de se elaborar um EIA-RIMA (Estudo de Impacto Ambiental) ou um RAP (Relatório Ambiental Preliminar).
5. Conclusão

Mesmo que a matriz energética brasileira ainda não considere a energia solar como um aspecto significativo para um investimento tanto na geração de eletricidade quanto na sua aplicação para o aquecimento da água, constatou-se que os povos antigos faziam uso da radiação para atender suas necessidades sejam ela quais fossem.

De acordo com a inclinação da Terra, hora do dia e época do ano a possibilidade de aproveitamento da radiação solar poderá ser bem aproveitada pelo homem com uma eficiência plausível na utilização de aquecimento de água. A grande questão que tem promovido os encontros nas conferências mundiais sobre o meio ambiente está justamente nos impactos ligados à ação antrópica e a queima dos combustíveis fósseis. Nosso projeto é mais uma alternativa para mostrar que existem possibilidades de se minimizar os impactos ambientais existentes utilizando a energia solar para aquecer a água ao invés de combustíveis fósseis ou da hidroeletricidade. Com capacidade para 100 litros d’água e a um custo de R$160,00 em um dia normal onde a meteorologia divulgava através dos meios de comunicação uma variação entre 19ºC e 25ºC a temperatura inicial de nosso reservatório estava em 22ºC. Verificou-se que durante o dia, que inicia por volta das 06h00 da manhã, após um período mínimo de exposição à radiação solar de 360 minutos a saída de água apresentava uma temperatura de 28ºC. Ao final do dia fizemos uma nova medição e a temperatura final apresentava 38,5ºC após 12 horas de exposição à radiação solar. Vale ressaltar que esse dia esteve nublado e mesmo assim apresentou uma temperatura significativa. Essa é uma forma prática, rápida, ambientalmente sustentável e de baixo custo para aquecimento da água. O impacto desse projeto será sentido na conta de luz (energia elétrica medida em kWh) e na preservação do meio ambiente. Dentre as vantagens do projeto podemos destacar que ele não polui durante seu uso; a energia utilizada é renovável e existe em abundância; baixa manutenção e fácil instalação; é aplicável em lugares de difícil acesso; não gera resíduo; baixo custo e reduz o consumo de energia elétrica. Já as desvantagens seriam pela variação na quantidade de energia solar captada pelo coletor em função das condições climáticas e por não aquecer a água no período noturno. (EcoDebate)