Construção e análise de desempenho de um forno/fogão solar tipo caixa construído a partir de uma sucata de pneu

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Ao Ser Superior que me deu força, saúde e colocou pessoas fantásticas em meu caminho que muito contribuíram para finalização desta etapa de minha vida.

A Minha esposa Alexsandra Isabel Góes de Melo pela paciência, incentivo, dedicação e compreensão muito me ajudando nas horas mais difíceis.

Ao Professor e grande ser humano Luiz Guilherme Meira de Souza por ter contribuído de forma imensurável para o ótimo desenvolvimento deste trabalho.

Ao Professor Eudemario Souza de Santana pela disponibilidade e boa vontade em co-orientar este trabalho.

Ao amigo Aldo Paulino de Medeiros Júnior pela ajuda na construção do forno/fogão e apoio nas horas que precisei.

V

Apresenta-se um forno/fogão solar alternativo de baixo custo para ser utilizado nas operações de assar e cozinhar, que foi construído a partir de uma sucata de pneu. O pneu foi cortado na parte superior para aumentar a área de captação da radiação solar incidente. Utilizou-se compósito a baUtilizou-se de gesso, EPS (poliestireno expandido) triturado e água para revestir internamente a carcaça do pneu e o fundo da mesma para minimizar as perdas térmicas. Serão estudadas três configurações, onde serão utilizados dois tipos de parábolas refletoras. Uma confeccionada a partir de uma tampa de proteção de uma sucata de ventilador e outra a partir de uma urupema, peneira usada para comidas de milho. Acima da cobertura de vidro foi colocada uma estrutura com espelhos planos para refletir os raios incidentes para o interior do forno/fogão solar. A estrutura de sustentação do forno/fogão solar, com os movimentos necessários ao acompanhamento do movimento aparente do sol foi confeccionada utilizando uma sucata de cadeira giratória. O forno/fogão solar proposto apresenta maior viabilidade para a operação de assar. Obteve-se uma temperatura máxima no absorvedor em torno de 160° e interna em torno de 120°C. Demonstrar-se-á as viabilidades térmica, econômica e de materiais do forno/fogão solar proposto.

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An alternative box-type solar cooker built starting from the scrap of a tire and a scrap of old office chair is presented, which principles functions are the effect greenhouse and the concentration. The tire served as structure for making of is the baking enclosure where the absorber (roasting pan 20x30cm) of the solar is located, being re-covered for a glass blade for the generation of the greenhouse effect isolated lateral and having deep its and for a composite the plaster base and EPS. Segments of plain mirrors had been placed in the laterals of the oven/cook for the concentration of the radiation and a reflecting parable was introduced in the baking enclosure for the exploitation of the incident reflected radiation inside of the oven/cook. The oven/cook is mobile to allow one better aiming of exactly in relation to the apparent movement of the sun. The thermal economic and of materials viabilities of the stove/cook in study will be demonstrate. The average internal temperature of the absorber was around 152,3°C and the internal temperature around 110°C. Will demonstrate that toits low cost and good thermal performance, represents basic characteristics for the viability of large use of such archetype, mainly for cooking the decreases and averages temperatures. One will reveal that the archetype in study is competitive with the box-type solar cooker conceived in the whole world.

VII

LISTA DE FIGURAS IX

LISTA DE TABELAS XIII

NOMENCLATURA XV

RESUMO V

ABSTRACT VI

01

1.1 APRESENTAÇÃO DO TRABALHO 01

1.2 OBJETIVOS 04

1.2.1 OBJETIVO GERAL 04

1.2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 04

06

2.1 A ENERGIA SOLAR 06

2.2 POTENCIAL SOLAR 06

2.3 OS COLETORES DE MÉDIA CONCENTRAÇÃO 07

2.4 O USO DO FOGÃO SOLAR 09

2.5 TIPOS DE FOGÕES SOLARES 11

2.6 RECENTES CONTRIBUIÇÕES CIENTÍFICAS DO ESTUDO DE

FOGÕES SOLARES TIPO CAIXA 11

G 20

3.1. PROCESSOS DE FABRICAÇÃO E MONTAGEM DO FORNO/FOGÃO SOLAR 20

3.2. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 31

4.1. BALANÇO ENERGÉTICO DO FORNO/FOGÃO SOLAR 40

4.2. DADOS OBTIDOS NOS ENSAIOS 47

4.2.1. UTILIZAÇÃO DO FORNO/FOGÃO SOLAR PARA ASSAR ALIMENTOS 56

4.2.2. UTILIZAÇÃO DO FORNO/FOGÃO SOLAR PARA AQUECIMENTO DE ÁGUA 66 4.2.3. UTILIZAÇÃO DO FORNO/FOGÃO SOLAR PARA COZIMENTOS DE ALIMENTOS

70

H H 71

5.1 CONCLUSÕES 71

5.2 SUGESTÕES 72

IX

Figura 2.1. focalização pontual em função da geometria da superfície refletora 07 Figura 2.2 focalização linear em função da geometria da superfície refletora 07

Figura 2.3. Fogão solar de caixa desmontável 13

Figura 2.4. Fogão solar de painel de Bernard 14

Figura 2.5. Fogão chama celeste de Joe Radabaugh 14

Figura 2.6. Forno construído de tijolos de lama e esterco na Ladakh 15 Figura 2.7. Fogão-cesta trançado especialmente por uma mulher da Eritréia 15 Figura 2.8. Fogão SolarChef do Centro para Tecnologia Rural no Nepa 16 Figura 2.9. Fogão solar com três segmentos de espelhos fabricado nos Estados Unidos 16 Figura 2.10. Fogão solar feito de uma tina de metal por Jay Campbell 17 Figura 2.11. Fogão solar feito em um buraco no chão por Said Shakerin 17

Figura 2.12. Fogão solar de caixa aberta Refletora 18

Figura 2.13. Painel tipo fogão solar “HotPot”. México 2003 18

Figura 2.14. Forno solar Villager para cozimento de grandes volumes 19 Figura 2.15. Vendedora de Fogão Forno solar Maina Manunure em Harare, Zimbábue 19

Figura 3.1. Aumento do diâmetro lateral face 1 do pneu. 21

Figura 3.2. Lateral do pneu revestido com compósito para diminuir perdas térmicas. 22 Figura 3.3. Revestimento da face 2 do pneu com compósito para diminuir perdas térmicas pelo

fundo. 22

Figura 3.4. Colocação de uma chapa metálica no fundo e na lateral interna do pneu 22 Figura 3.5. Grade de proteção do ventilador e parábola refletora montada. 23 Figura 3.6. Corte dos espelhos utilizando ferramenta apropriada para cortes circulares. 23 Figura 3.7. Corte dos espelhos utilizando ferramenta apropriada para cortes circulares 24

Figura 3.8. Recobrimento da urupema com espelhos 24

Figura 3.9. Vidro de cobertura, tampa do forno/fogão solar 25

Figura 3.10 Estrutura da superfície refletora externa já montada 25 Figura 3.11 Estrutura de fixação da superfície refletora externa para regulagem do seguimento

Figura 3.13 Colocação da urupema na parte interna do forno/fogão solar 27 Figura 3.14 Grade já no compartimento interno do forno/fogão solar 27

Figura 3.15 Colocação da cobertura do forno/fogão solar 28

Figura 3.16 Montagem da estrutura de sustentação 28

Figura 3.17 Montagem da superfície externa refletora e fixação a base do forno/fogão solar 29

Figura 3.18 Superfície refletora externa 29

Figura 3.19 Dispositivo para Regulagem de inclinação vertical para acompanhamento movimento

aparente do sol 30

Figura 3.20 Colocação do forno/fogão solar na base de sustentação 30 Figura 3.21 Superfície refletora que recobre a lateral interna do pneu 31

Figura 3.22 Fogão solar em teste de assamento e cozimento 33

Figura 3.23 Balanço do potencial do forno/fogão solar 33

Figura 3.24 Balanço das potências do forno/fogão solar construído 34

Figura 3.25 Potência que chega à tampa da panela 36

Figura 3.26 Potência que chega à parábola 37

Figura 3.27 Potência que chega à base da panela 38

Figura 3.28 Potência perdida pelo forno/fogão solar 40

Figura 4.1. Balanço de energia no forno proposto 42

Figura 4.2. Comportamento assumido pelas temperaturas interna e do absorvedor no forno/fogão

solar construído para o primeiro dia de teste 46

Figura 4.3. Comportamento assumido pelas radiações solar global e direta para o primeiro dia de

teste configuração 1 47

Figura 4.4. Comportamento assumido pelas temperaturas interna e do absorvedor no forno/fogão

solar construído para o segundo dia de teste configuração 1 48

Figura 4.5. Comportamento assumido pelas radiações solar global e direta para o segundo dia de

teste 48

Figura 4.6. Comportamento assumido pelas temperaturas interna e do absorvedor no forno/fogão solar construído para o primeiro dia de teste na configuração 2 49 Figura 4.7. Comportamento assumido pelas radiações solar global e direta para o primeiro dia de

XI Figura 4.8. Comportamento assumido pelas temperaturas interna e do absorvedor no forno/fogão

solar construído para o segundo dia de teste configuração 2 51

Figura 4.9. Comportamento assumido pelas radiações solar global e direta para o segundo dia de

teste configuração 2 51

Figura 4.10. Comportamento assumido pelas temperaturas interna e do absorvedor no forno/fogão solar construído para o primeiro dia de teste configuração 3 52 Figura 4.11. Comportamento assumido pelas radiações solar global e direta para o primeiro dia

de teste configuração 3 53

Figura 4.12. Comportamento assumido pelos valores médios das temperaturas interna e do absorvedor no forno/fogão solar para o segundo dia de teste na configuração 3 54 Figura 4.13. Comportamento assumido pelos valores médios das radiações solar global e direta

para o segundo dia de teste na configuração 3 54

Figura 4.14 Dados de temperatura médios dos ensaios para as três configurações 56 Figura 4.15. Dados médios de radiação dos ensaios para as três configurações 56 Figura 4.16. Valores médios de temperatura para os dois dias de ensaio em cada configuração 57 Figura 4.17. Valores médios de radiação para os dois dias de ensaio em cada configuração 57 Figura 4.18. Comportamento da temperatura interna do forno/fogão solar durante o processo de

assamento do bolo 60

Figura 4.19. Teste de assamento de um bolo- forno/fogão solar/fogão na configuração 1 60 Figura 4.20 Comportamento das temperaturas interna e do absorvedor durante o assamento da

pizza 61

Figura 4.21. Assamento de um pizza no forno/fogão solar/fogão construído - forno/fogão

solar/fogão na configuração 1 62

Figura 4.22. Comportamento assumido pelos valores médios das temperaturas interna e do absorvedor no ensaio de assamento de pão de queijo no forno/fogão solar 63 Figura 4.23. Comportamento assumido pelos valores médios das radiações solar global e direta

para o prime 64

Figura 4.24. Assamento do pão de queijo no forno/fogão solar/fogão construído na configuração 3iro ensaio de assamento de pão de queijo no forno/fogão solar 64 Figura 4.25. Comportamento assumido pelas temperaturas interna do forno/fogão solar, do

para o assamento de um bolo no forno/fogão solar – configuração 3 66 Figura 4.27. Bolo em assamento e assado no forno/fogão construído – configuração 3 67 Figura 4.28. Comportamento assumido pelas temperaturas interna do forno/fogão solar e do absorvedor durante o processo de assamento da pizza – configuração 3 68 Figura 4.29. Comportamento assumido pelos valores médios das radiações solar global e direta para o assamento de pizza no forno/fogão solar – configuração 3 69 Figura 4.30. Pizza em assamento no forno/fogão solar construído 69 Figura 4.31. Comportamento assumido pela temperatura interna do forno/fogão solar e temperatura do absorvedor durante o processo de assamento do bife de chã de dentro 70 Figura 4.32. Comportamento assumido pelos valores médios das radiações solar global e direta

durante o processo de assamento do bife de chã de dentro 71

Figura 4.33. Bifes em processo de assamento no forno/fogão solar estudado – configuração 3 71 Figura 4.34. Comportamento assumido pelos valores médios das temperaturas interna, do absorvedor e da água no forno/fogão solar para o teste de ebulição de um litro de água 72 Figura 4.35. Comportamento assumido pelos valores médios das radiações solar global e direta

durante para o ensaio de ebulição de um litro de água 73

Figura 4.36. Comportamento assumido pelos valores médios das temperaturas interna, do

absorvedor e do arroz posto a cozinhar no forno/fogão solar 74

Figura 4.37. Comportamento assumido pelos valores médios das radiações solar global e direta

durante para o cozimento do arroz 75

Figura 4.38 Arroz em cozimento no forno/fogão solar e posteriormente cozido 75 Figura 4.39. Comportamento assumido pelos valores médios das temperaturas interna, do absorvedor e do macarrão posto a cozinhar no forno/fogão solar 76 Figura 4.40. Comportamento assumido pelos valores médios das radiações solar global e direta

durante para o cozimento do macarrão 77

XIII A

Tabela 2.1. Fatores de concentração e número anual de ajustes do concentrador 08

Tabela 3.1. Resumo das configurações 31

Tabela 4.1. Potência aproximada que chega ao absorvedor 44

Tabela 4.2. Potência perdida e rendimento do forno/fogão solar 45 Tabela 4.3. entre as diversas áreas da base do forno/fogão solar 45 Tabela 4.4. Dados médios de temperatura no forno/fogão solar para o primeiro dia de teste na

configuração 1 46

Tabela 4.5. Dados médios de temperatura no forno/fogão solar para o segundo dia de teste na

configuração 1 47

Tabela 4.6. Dados médios de temperatura no forno/fogão solar para o primeiro dia de teste na

configuração 2 49

Tabela 4.7. Dados médios de temperatura no forno/fogão solar para o segundo dia de teste

configuração 2 50

Tabela 4.8. Dados médios de temperatura no forno/fogão solar para o primeiro dia de teste

configuração 3 52

Tabela 4.9. Dados médios de temperatura no forno/fogão solar em teste para o segundo dia de

teste configuração 3 53

Tabela 4.10. Valores máximos e médios das temperaturas obtidas para as três configurações

testadas 55

Tabela 4.11. Valores máximos e médios das radiações medidas para as três configurações

testadas 55

Tabela 4.12. Dados da temperatura interna do forno/fogão solar no assamento do bolo –

configuração 1 59

Tabela 4.13. Resultados dos parâmetros medidos no teste para assar uma pizza 61 Tabela 4.14. Valores médios dos parâmetros medidos durante o ensaio para assamento de 200g

de pão de queijo tipo minas 63

Tabela 4.15. Dados de temperatura durante a operação de assar um bolo – configuração 3 65 Tabela 4.16. Resultados dos parâmetros medidos no ensaio para assar uma pizza – configuração 1

de dentro 70 Tabela 4.18. Valores médios dos parâmetros medidos durante o processo de ebulição da água

utilizando o forno/fogão solar construído - configuração 3 72

Tabela 4.19. Valores médios dos parâmetros medidos durante o processo de cozimento de 334,6g

de arroz utilizando o forno/fogão solar construído 74

Tabela 4.20. Valores médios dos parâmetros medidos durante o processo de cozimento de 250,0

g de macarrão utilizando o forno/fogão solar construído 76

XV C Fator de concentração solar

P

ef Potência que entra no forno (W)

P

g Potência proveniente da radiação solar global que incide diretamente no forno

P

re energia proveniente da reflexão dos espelhos localizados na parte superior do forno

P

tp Potência que chaga na tampa da panela (W)

P

gtp Potência solar global que incide diretamente na tampa da panela (W)

P

retp Potência refletida pelos espelhos externos que incide na tampa da panela (W)

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g Radiação instantânea global que entra no forno (W/m2)

I

d Radiação instantânea direta que entra no forno (W/m2)

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e Refletividade do espelho

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v Transmissividade do vidro

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v Área do vidro

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ue Área útil dos espelhos

P

cpr Potência que chega à parábola

P

gpr Potência solar global líquida incidente na parábola

P

repr Potência solar refletida líquida incidente na parábola

P

bp Potência que chega à base da panela

P

lp Potência proveniente da emissividade das paredes internas do forno

P

abs Potência absorvida pela panela

P

Ttp Potência total que chega a panela.

α

pn Absortividade da panela (tinta esmalte sintético preta)

P

pf Potência perdida pelo forno

Capítulo 1

INTRODUÇÃO

1.1. Apresentação do trabalho

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1.2. Objetivos

1.2.1.Objetivo geral

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1.2.2. Objetivos específicos

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MATERIAIS E MÉTODOS

O forno/fogão solar proposto utiliza uma sucata de pneu com as seguintes

dimensões: diâmetro (d) – 0,67 m e altura (h) – 0,i0 m. Colocou$se um compósito a

base de gesso, cPS (isopor) triturado e cimento recobrindo a concavidade e o fundo do

pneu, e a essa estrutura que diminui as perdas térmicas do forno/fogão solar (Figuras 3.i

e 3.3), foi aderida uma chapa metálica.

Todo o interior do forno/fogão solar foi pintado com tinta preto fosco para uma

melhor absorção da radiação solar incidente.

Também se utilizou segmentos de espelho colados na chapa lateral para estudar

comparativamente a configuração que permite a obtenção de uma maior eficiência: uma

maior área de superfície absorvedora ou uma maior área de superfície refletora no

interior do forno/fogão solar.

Confeccionou$se uma parábola refletora para ser colocada no interior do

forno/fogão solar, a partir de uma grade de proteção de ventilador e superfícies

refletoras foram colocadas na parte superior do forno/fogão solar para refletirem os

raios solares para dentro do mesmo, concentrando$os na fôrma absorvedora.

Confeccionou$se, também, outra superfície refletora parabólica a ser colocada no

interior do forno/fogão solar utilizando uma urupema, peneira de origem indígena,

recoberta com segmentos de espelhos planos de pequena área.

Utilizou$se como cobertura do forno/fogão solar um vidro plano circular

transparente de 3,0 mm de espessura e dividido em duas partes. Fez$se uma abertura

central na cobertura de vidro, tendo um vidro circular como cobertura, para a colocação

e retirada dos alimentos postos a assar ou cozer.

A estrutura de sustentação do forno/fogão solar foi confeccionada a partir de

uma sucata de cadeira com rodízios e apresenta movimento giratório para facilitar o

manuseio do forno/fogão solar.

O processo de fabricação do forno/fogão solar proposto foi composto das

seguintes etapas:

1. Aumento do diâmetro da abertura do pneu, utilizando ferramenta de serra

manual e estilete – para aumentar a área de captação da radiação solar incidente fez$se

Capítulo 3. Materiais e Métodos 21

de 46 cm para 55 cm. cssa alteração promoveu um aumento de área de 0,17 m² para

0,i4 m², correspondente a 41,0%. A Figura 3.1. mostra o procedimento efetuado.

Figura 3.1. Aumento do diâmetro lateral face 1 do pneu.

i. Colocação de compósito para recobrir a concavidade e o fundo do pneu $

um compósito a base de gesso, cPS (isopor) triturado, areia e cimento foi colocado

recobrindo a concavidade e o fundo do pneu, e a essa estrutura que diminui as perdas

térmicas do forno/fogão solar, foi aderida uma chapa metálica. A Figura 3.i mostra o

revestimento lateral do pneu e a Figura 3.3 o revestimento da face i do pneu. Na

preparação do compósito foram utilizadas as seguintes proporções, em volume, para cada

constituinte: 1,0 gesso, 1,0 EPS (poliestireno expandido), 0,33 cimento, 0,33 areia, e 0,3 do

Figura 3.2 Lateral do pneu revestido com compósito para diminuir perdas térmicas.

Figura 3.3. Revestimento da face 2 do pneu com compósito para diminuir perdas térmicas pelo fundo.

3. Fixação e pintura da chapa de zinco na lateral interna e no fundo do pneu

– utilizou$se cola de contato para a adesão da chapa ao compósito. A Figura 3.4 mostra

a chapa metálica colocada sobre o compósito;

Figura 3.4. Colocação de uma chapa metálica no fundo e na lateral interna do pneu

Capítulo 3. Materiais e Métodos 23

4. Fabricação da parábola refletora 1.

4.1. Recobrimento da grade do ventilador com o material compósito

obedecendo ao perfil da parábola. O compósito foi o mesmo utilizado para o isolamento

do pneu. Com as mesmas proporções de mistura.

4.i. Recobrimento da parábola $ A parábola obtida foi revestida com

segmentos de espelhos planos de pequenas dimensões, formando a superfície refletora

da mesma. A Figura 3.5 mostra a parábola refletora obtida a partir da grade de proteção

de um ventilador.

Figura 3.5. Grade de proteção do ventilador e parábola refletora montada.

5. Fabricação da parábola refletora i usando urupema.

5.1. Corte dos espelhos – utilizou$se um diamante profissional montado em

uma ferramenta que permite corte circular. A Figura 3.6 e 3.7 mostra o procedimento de

corte dos espelhos;

Figura 3.7. Corte dos espelhos utilizando ferramenta apropriada para cortes circulares.

5.i. Recobrimento da urupema com espelhos obedecendo ao perfil da

parábola $ Os segmentos de espelhos cortados foram colados na urupema através do

uso de cola de contato. A Figura 3.8 mostra o processo de obtenção da parábola

refletora a partir da urupema.

Capítulo 3. Materiais e Métodos 25

6. Corte do vidro e da tampa de cobertura do espaço para colocação e

retirada dos alimentos postos a assar – utilizou$se a mesma ferramenta já descrita no

item 5.1. A Figura 3.9 mostra o vidro de cobertura do forno/fogão solar;

Figura 3.9. Vidro de cobertura, tampa do forno/fogão solar.

7. Corte dos tubos de PVC e espelhos para a montagem da superfície

refletora externa – utilizou$se serra metálica e ferramenta de diamante.

8. Confecção da estrutura da superfície refletora externa – utilizaram$se os

tubos de PVC já cortados, joelhos e tês de PVC de ½”. Foram feitos rasgos nos tubos de

PVC para encaixar os espelhos já cortados. A figura 3.10 mostra a estrutura da

superfície refletora externa já montada.

Figura 3.10 9 Estrutura da superfície refletora externa já montada.

9. Confecção da estrutura de fixação da superfície refletora externa ao

metálicas e um parafuso de fixação. A figura 3.11 mostra a estrutura de fixação da

superfície refletora externa para regulagem do seguimento solar.

Figura 3.11 9 Estrutura de fixação da superfície refletora externa para regulagem do seguimento solar.

10. Confecção da estrutura de sustentação do forno/fogão solar $ obtida a

partir de uma sucata de uma cadeira giratória. A Figura 3.1i mostra a estrutura

confeccionada.

Figura 3.12. Estrutura de sustentação do forno/fogão solar.

Capítulo 3. Materiais e Métodos 27

O processo de montagem do forno/fogão solar foi composto das seguintes

etapas:

1. Colocação da parábola refletora i na parte interna do forno. A Figura

3.13 mostra o forno/fogão solar com parábola feita com a tampa do ventilador e após a

colocação da urupema.

Figura 3.13 – Colocação da urupema na parte interna do forno/fogão solar.

i. Colocação de uma grade para depositar as formas para pôr os alimentos.

Figura 3.14 mostra a grade já no compartimento interno do forno/fogão solar.

3. Colocação as superfície de cobertura e da tampa da abertura central.

Figura 3.15 mostra a colocação da cobertura do forno/fogão solar.

Figura 3.15 9 Colocação da cobertura do forno/fogão solar.

4. Montagem da estrutura de sustentação do forno/fogão solar. Figura 3.16

mostra a montagem da estrutura de sustentação.

Capítulo 3. Materiais e Métodos 29

5. Montagem da estrutura da superfície refletora externa $ acoplando$se os

tubos nos tês e joelhos e colocando$se os segmentos de espelhos de 0,i m x 0,1 m,

obteve$se a superfície refletora externa. As figuras 3.17, 3.18 e 3.19 mostram detalhes

da superfície externa refletora e de sua fixação a base do forno/fogão solar;

Figura 3.17 Montagem da superfície externa refletora e de sua fixação a base do

forno/fogão solar.

Figura 3.19. Dispositivo para regulagem de inclinação vertical para acompanhamento do movimento aparente do sol.

6. Fixação do pneu na estrutura de sustentação. A figura 3.i0 mostra a

colocação do forno/fogão solar na base de sustentação.

A figura 3.20 9 Colocação do forno/fogão solar na base de sustentação.

7. Utilizou$se também uma configuração onde a chapa metálica que

recobria a lateral do pneu foi recoberta por segmentos de espelhos formando uma

superfície lateral refletora. A Figura 3.i1 mostra a superfície refletora lateral obtida.

Capítulo 3. Materiais e Métodos 31

Figura 3.21. Superfície refletora que recobre a lateral interna do pneu.

3.2. Procedimento experimental

Foram testadas três configurações para o levantamento de desempenho do

forno/fogão solar construído: a configuração 1 é a que utiliza a parábola refletora

construída a partir de uma tampa de proteção de ventilador, com a superfície lateral

interna e fundo do pneu recobertos por chapas metálicas; aconfiguração 2que utiliza a

parábola refletora construída a partir de uma tampa de proteção de ventilador, com a

superfície lateral interna do pneu recoberta por segmentos de espelhos e aconfiguração

3que utiliza a parábola refletora construída a partir de uma urupema, com a superfície

lateral interna do pneu recoberta por segmentos de espelhos. A tabela 3.1 mostra o

resumo das três configurações citadas anteriormente.

Tabela 3.1. Resumo das configurações.

Configuração 1 Configuração 2 Configuração 3

Parábola com grade

protetora de ventilador

+ chapas absorvedoras

no fundo e laterais do

pneu.

Parábola com grade

protetora de ventilador

+ espelhos laterais

Parábola da upurema +

espelhos laterais

Durante seis dias, sendo dois dias para cada configuração, foram realizados

ensaios sem carga, onde foram medidos dados de temperatura interna, da chapa

objetivo de verificar a configuração que obteríamos maiores valores máximos e médios

de temperaturas.

Após a verificação citada anteriormente, realizou$se durante cinco dias,

cozimento e assamento de alimentos (pão de queijo, pizza, arroz, macarrão, carne e

bolo) e ferveu$se água medindo as temperaturas da superfície absorvedora, do interior

do forno/fogão solar, da temperatura da água posta a aquecer e dos alimentos postos a

assar e cozinhar. A depender do ensaio as leituras eram realizadas a cada 5, 10 ou 15

minutos, no período de 9:00 h às 14:00 h.

Para ferver a água colocou$se em uma assadeira 1,0 litro de água, retirada da

torneira, a uma temperatura de 35°C no interior do forno/fogão solar e mediu$se a

evolução da temperatura a cada cinco minutos.

Outro teste realizado foi o cozimento de macarrão e arroz, nas quantidades de

i50 g e 334,6 g, respectivamente, medindo$se o tempo de cozimento e os níveis de

temperatura no interior do forno/fogão solar, superfície absorvedora e do alimento.

Também se assou bife de chã de dentro, pão de queijo tipo minas e pizza

medindo$se a temperatura da superfície absorvedora, a temperatura interna e o tempo de

cozimento.

O teste final consistiu em assar um bolo sabor chocolate com cerca de 800g,

medindo$se o tempo de assamento e os níveis de temperatura no interior do forno/fogão

solar, na superfície absorvedora e interna do bolo.

Para avaliar as perdas térmicas do forno/fogão solar construído mediu$se no

período de maior incidência de radiação solar global, entre 11:00h e 13:00h, as

temperaturas da parte externa do pneu, parte interna do forno/fogão solar, do vidro de

cobertura e da parte inferior do forno/fogão solar proposto.

Os dados de temperatura foram medidos com termopares de cromel$alumel,

acoplados a um termômetro digital da marca MINIPA MT$914 com faixa de leitura

entre $70°C a 1i00°C, precisão de 0,1°C e com erro máximo em torno de i,0 %;

A radiação solar global foi medida com um radiômetro construído no LMHcS

Capítulo 3. Materiais e Métodos 33

Figura 3.22. Fogão solar em teste de assamento e cozimento.

3.3. Balanço potência do forno/fogão solar

O balanço da potência para o forno/fogão solar construído é apresentado a

seguir. A Figura 3.i3 e 3.i4 mostra um diagrama esquemático de todas as radiações,

seja ela global ou direta que incidem no

interior e exterior do forno/fogão solar.

Figura 3.23 – Balanço do potencial do forno/fogão solar.

Potência Significado

Pre Potência da reflexão dos espelhos da

parte superior

Pg Potência da radiação solar global que

incide diretamente

Pef Potência que entra no forno

Pgtp Potência solar global que incide

diretamente na tampa da panela

Pretp Potência refletida pelos espelhos

externos que incide na tampa da panela

Pbp Potência total na base da panela

Figura 3.24. Balanço das potências do forno/fogão solar construído.

As radiações solares incidentes sobre a tampa superior e sobre os espelhos externos

entram no forno/fogão solar de duas formas: como radiação solar global incidente sobre

a tampa de vidro e como radiação solar direta refletida pelos espelhos externos. Tanto a

radiação solar global quanto a radiação solar direta refletida pelos espelhos externos

incidem sobre a parte superior da panela, a área útil da parábola e a área restante da

base. As equações referentes ao balanço energético são apresentadas a seguir.

a. Potência estimada que entra no forno/fogão solar(Pef)

A potência que entra no forno/fogão solar provém de duas fontes: da radiação

solar global incidente na cobertura do forno/fogão solar e da radiação solar direta

refletida nos espelhos externos situados no topo do forno/fogão solar. A equação 3.1

mostra a potência total que entra no forno/fogão solar.

(3.1)

Sendo:

Pef= Potência que entra no forno/fogão solar (W);

Pg = Potência da radiação solar global que incide diretamente no forno/fogão

solar (W);

Pre = Potência da reflexão dos espelhos da parte superior do forno/fogão solar

Capítulo 3. Materiais e Métodos 35

Para o cálculo das potências de entrada no forno/fogão solar utilizam$se as

equações 3.i e 3.3 mostradas a seguir.

(3.i)

(3.3)

Sendo:

Ig=Radiação instantânea global que entra no forno/fogão solar = 750 W/mi;

Id=Radiação instantânea direta que entra no forno/fogão solar = 600 W/mi;

ρe=Refletividade do espelho = 0,95;

τv=Transmissividade do vidro = 0,85;

Av=Área do vidro = 0,ii1 mi;

Aue=Área útil dos espelhos = 0,65 mi.

b. Potência estimada que chega a tampa da panela (Ptp)

A Figura 3.i5 mostra um diagrama esquemático das potências que chegam à tampa da

panela. Sendo as equações 3.4, 3.5 e 3.6 usadas para obter a potência total que chega a

Figura 3.25. Potência estimada que chega à tampa da panela.

(3.4)

Sendo:

(3.5)

(3.6)

Sendo:

Ptp= Potência que chega à tampa da panela (W);

Pgtp= Potência solar global que incide diretamente na tampa da panela (W);

Pretp= Potência refletida pelos espelhos externos que incide na tampa da panela (W);

Pg= Potência da radiação global que incide diretamente no forno/fogão (W);

Pre= Potência da reflexão dos espelhos da parte superior do forno/fogão (W);

Capítulo 3. Materiais e Métodos 37

Av=Área do vidro = 0,ii1 mi.

c. Potência estimada que chega à parábola (Pcpr)

O cálculo dessa potência emprega as equações 3.7, 3.8 e 3.9. A Figura 3.i6

mostra um diagrama esquemático das potências que chegam à parábola.

Figura 3.26. Potências estimadas que chegam à parábola.

(3.7)

Sendo:

(3.8)

(3.9)

Sendo:

Abf=Área da base do forno = 0,ii1 m.

Pcpr = Potência solar que chega à parábola (W);

Pgpr = Potência solar global que incide na parábola (W);

Prepr= Potência solar refletida que incide na parábola (W);

Pg= Potência da radiação solar global que incide no forno/fogão (W);

Pre= Potência da reflexão dos espelhos da parte superior do forno/fogão (W).

d. Potência estimada que chega à base da panela (Pbp)

O fator 0,8 corresponde à fração da energia solar global que sai da parábola em

direção ao funda da panela, uma vez que a energia difusa situa$se em torno de i0% da

energia solar global para dias de baixíssima nebulosidade. A Figura 3.i7 mostra um

diagrama esquemático das potências que chegam à base da panela.

Figura 3.27. Potência estimada que chega à base da panela

(3.10)

Capítulo 3. Materiais e Métodos 39

PbpAPotência total na base da panela (W);

Pcpr = Potência solar que chega à parábola (W);

ρe= Refletividade dos espelhos da parábola = 0,95.

e. Potência estimada total que chega à panela (Pcp)

A equação 3.11 mostrada logo à seguir, é usada para obtemos a potência to total que chega ao absorvedor.

(3.11)

Sendo:

Pcp= Potência total que chega à panela (W).

Ptp= Potência total que chega à tampa da panela (W).

Pbp= Potência total que chega à base da panela (W).

f. Potência estimada absorvida pela panela (Pabs)

A equação 3.1i permite obter o valor da potência absorvida pela panela.

(3.1i)

Sendo:

Pabs= cnergia absorvida pela panela (W);

Ptp= cnergia total que chega a panela (W);

αpn= Absortividade da panela = 0,80.

g. Potência perdida estimada pelo forno/fogão solar (Ppf)

Figura 3.28. Potência estimada perdida pelo forno/fogão solar.

(3.13)

Sendo:

Ppf= cnergia perdida pelo forno/fogão solar (W);

Pef= cnergia total que entra no forno/fogão solar (W);

Ptp= cnergia total fornecida à panela (W).

h. O rendimento interno do forno/fogão solar (Rif)

O rendimento interno do forno/fogão solar será calculado pela razão entre a

potência absorvida pela panela e a potência total que entra no forno/fogão solar. A

equação 3.14 mostra como obter o rendimento interno do forno/fogão solar.

Capítulo 3. Materiais e Métodos 41

Sendo:

Rif= Rendimento interno do forno/fogão solar (%);

Pef= Potência total que entra no forno/fogão solar (W);

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ASSAMENTO DE DOIS BIFES DE CHÃ DE DENTRO (300g)- Início 11:55

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COZIMENTO DE 250g DE MACARRÃO - Início 12h e 43min.

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