BANHO QUENTE SEM ELETRICIDADE É POSSÍVEL?

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RAIO X DA

SEQUÊNCIA DIDÁTICA

TEMA: Alternativas de baixo custo para reduzir o consumo de energia elétrica em casa (serpentina e o aquecedor solar térmico)

AUTORES: Antônio de Brito Oliveira, Cesar Ricardo Cordeiro Freire de Oliveira e Leonardo Ribeiro Farias

BANHO QUENTE SEM ELETRICIDADE – É POSSÍVEL?

DIREITOS DE APRENDIZAGEM

• Relacionar o conceito de energia com o funcionamento de máquinas rudimentares e modernas para aquecer a água do chuveiro;

• Comparar e classificar equipamentos domésticos a partir do consumo de energia elétrica;

• Compreender o funcionamento de correntes de convecção térmica.

• Livro do estudante Bahia, Brasil: Vida, Natureza e Sociedade; • Fatura de energia elétrica

(conta de luz).

PALAVRAS-CHAVE

Energia – Sol – Consumo – Sustentabilidade.

CONTEÚDOS PROPOSTOS

factuais

• Identificação do Sol como fonte de energia limpa.

conceituais

• Fontes de energia alternativa; • Transmissão do calor por

correntes de convecção.

procedimentais

• Realização de protocolo de experimento científico simples com vela.

atitudinais

• Valorização das técnicas tradicionais de obter outras fontes de energia.

TEMPO TOTAL SUGERIDO

De 3 a 5 aulas.

DISCIPLINAS RELACIONADAS ciências

• Investigação de tecnologias

tradicionais e modernas de mesma finalidade, comparando-as quanto à qualidade das soluções obtidas e outras vantagens ou problemas ligados ao ambiente e ao conforto.

matemática

• Leitura e comparação de grandezas em tabelas.

GeoGrafiaemeioambiente

• As fontes de energia limpa. • Matrizes energéticas no Brasil.

MATERIAIS NECESSÁRIOS

• Calculadoras;

• Material escolar do estudante: caderno, lápis, caneta, borracha etc.; • Lamparina (ou vela fixada em uma

tampa de garrafa PET); • Fósforo;

• Percevejo/alfinete; • Fita adesiva, tesoura; • Varetas de madeira (palitos

para churrasco); • Computador; • Projetor;

OBJETIVOS

Analisar, comparar e valorizar soluções tradicionais e modernas do uso alternativo de energia para aquecer a água do banho. Para isso, propõe a análise de contas de energia domiciliares, a comparação entre o consumo de energia de um chuveiro elétrico e os sistemas de aquecimento por serpentina alimentada com lenha e por aquecimento solar térmico.

Em seguida, realiza experimentos práticos para compreensão dos modelos de convecção térmicos gerados em cada um dos sistemas de aquecimento.

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1ª ETAPA

EXPLORAÇÃO

FASE I

• Usar o livro do estudante Bahia, Brasil: Vida, Natureza e Sociedade, nas pá-ginas 86 e 87, prancha “Fonte limpa”, e solicitar dos estudantes a análise das imagens e do gráfico.

Fonte limpa háfontesdeenergiaquesãorenováveis,

comoágua, vento, sol, matériaorgânica...

Muita gente aproveita os fins de semana para empinar pipa, pegar um bronzeado, nadar no rio... Além de proporcionarem muita diversão, o vento, o sol e as águas são também fontes de energia. Mais precisamente, fontes renováveis de energia.

Hoje, 42,4% da energia brasileira vem de fontes

renováveis – enquanto a média global é de 13,2%.

Esse tipo de energia vem de recursos naturais, como o sol, o vento, as marés etc., que são naturalmente reno-váveis pelo meio ambiente.

Por outro lado, os recursos que levaram milhões de anos para se formar no subsolo do planeta, como o petróleo, o gás e o carvão, são chamados de não re-nováveis. Afi nal, depois de extraídos, eles não se

reno-HIDRELÉTRICA A força das águas alimenta turbinas que geram energia, transmitida para os lares por uma complexa rede de cabos. No Brasil, mais de 70% da energia vem das hidrelétricas

EÓLICA Os moinhos de vento foram as primeiras construções de energia eólica de que se tem conhecimento. No Brasil, a região de maior potencial para esse tipo de energia é a Nordeste

Os recursos da Terra As principais fontes renováveis de energia Depois de décadas de grande dependência do petróleo (uma fonte não renovável), existe um esforço global para aumentar a produção de energias limpas. Hoje, há seis tipos principais. Para que o resultado seja positivo, é preciso usá-las de forma equilibrada e planejada

0°

Energia eólica (potencial) Energia solar (potencial)

Menos de 5 m/sDe 5 a 6 m/s De 7 a 8,5 m/s De 6 a 7 m/s Mais de 8,5 m/s Biomassa (biogás e usinas – etanol) Parque eólico Hidrelétricas* Marés (potencial) ! AC AM RR PA AP RO MT MA PI TO CERN PB PE AL SE BA MG ES RJ SP PR SC RS MS GODF 414 Quilômetros *Inclui as em fase de projeto e implantação

! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! !! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !!!! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! !!!! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! !!!!! !! ! !! ! ! ! !

F o n t e s :CBEE, 2008; IBGE, 2000; Aneel, 2012UFPE; Cenbio/IEE, USP, 2008;

0°

Energia eólica (potencial) Energia solar (potencial)

Menos de 5 m/s De 5 a 6 m/s De 7 a 8,5 m/s De 6 a 7 m/s Mais de 8,5 m/s Biomassa (biogás e usinas – etanol) Parque eólico Hidrelétricas* Marés (potencial) ! AC AM RR PA AP RO MT MA PI TO CE RN PB PE AL SE BA MG ES RJ SP PR SC RS MS GODF 414 Quilômetros *Inclui as em fase de projeto e implantação

! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !!!! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! !!!!! !! ! !! ! ! ! !

vam na natureza. Além de acabarem um dia, precisam de combustão para liberar a energia: são queimados e exalam gases poluentes na atmosfera, aquecendo-a. Até os combustíveis dos carros, que antes vinham só do petróleo, agora também têm origem vegetal, como cana-de-açúcar, soja, mamona, dendê e palma – são os chamados biocombustíveis. Também são

quei-mados, mas os vegetais dos quais derivam compensam a liberação de gás carbônico. Afi nal, elas funcionam como todas as plantas: por meio da fotossíntese (veja mais sobre fotossíntese na pág. 10), capturam o gás car-bônico e liberam o oxigênio, “limpando” a atmosfera.

c o l a b o r a ç ã o Juan J. Verdésio, professor de Energias Renováveis da UnB ORGÂNICA

Bagaço de cana, restos de madeira, palha de arroz ou milho, lixo orgânico... Tudo isso pode ser usado como fonte de energia, normalmente transformado em gás, óleo ou etanol

SOLAR Uma das maneiras de obter essa energia é por meio de placas fotovoltaicas, que transformam a luz do Sol em energia elétrica. Pode ser parte ou a única fonte de energia de uma casa

GEOTÉRMICA O calor do interior da Terra aquece a água, que é “espirrada” do solo ‒ processo chamado de gêiser. As usinas geotérmicas canalizam o vapor, que alimenta termelétricas

MAREMOTRIZ A energia é gerada pela oscilação entre as marés baixa e alta. O movimento do mar, ao encher e esvaziar o reservatório, roda turbinas que geram eletricidade

BRASIL ENERGIAS RENOVÁVEIS 86 87 BAHIA , BRASIL : VID A, NA TUREZA E SOCIED ADE ENERGIA AL TERNA TIV AS RENO VÁ VEIS

• Em seguida, problematizar, pedindo aos estudantes que registrem as suas respostas no caderno:

1. Você já ouviu falar em energia limpa?

2. Você sabe de onde vem a energia elétrica consumida em sua casa? 3. Como é gerada a energia elétrica no Brasil?

4. Podemos afirmar que no Brasil utilizamos energia limpa e renovável? • Socializar as respostas encontradas.

• Em seguida, peça para os alunos lerem os textos da prancha "Fonte limpa" e preencherem a tabela abaixo:

MATRIZES ENERGÉTICAS RENOVÁVEIS

O QUE É? É UTILIZADA NO BRASIL?

Hidrelétrica Eólica Orgânica Solar Geotérmica Maremotriz FASE II

• Trabalhando em duplas, os estudantes irão listar os equipamentos elétricos que existem nas suas casas e calcularão o percentual de consumo de cada um a partir da fatura de energia (conta de luz) e da tabela de consumo médio dos principais equipamentos eletrodomésticos projetada na lousa.

Qual aparelho mais consome

energia nas nossas casas?

• Socializar os resultados e destacar que o chuveiro tem uma grande participa-ção no consumo de energia elétrica.

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TABELA COM UMA ESTIMATIVA DE CONSUMO MÉDIO MENSAL DE ELETRODOMÉSTICOS DE ACORDO COM UM USO HIPOTÉTICO.

APARELHOS ELÉTRICOS ESTIMATIVA

USO/MÊS

MÉDIA

UTILIZAÇÃO/DIA CONSUMO MÉDIO MENSAL (KWH)

Aparelho de DVD 8 2h 0,24

Aparelho de som 20 3h _6,60

Aspirador de pó 30 20 min 7,17

Batedeira 8 20 min _0,400

Bomba d’água 1/2 cv 30 30 min 7,20

Bomba d’água 1/3 cv 30 30 min 6,15

Cafeteira elétrica 30 1h 6,56

Chuveiro elétrico - 4500 W 30 32 min 72,00

Chuveiro elétrico - 5500 W 30 32 min 88,00

Computador 30 8h 15,12

Ferro elétrico automático a seco - 1050 W 12 1h 2,40

Ferro elétrico automático a vapor - 1200 W 12 1h 7,20

Forno micro-ondas - 25 L 30 20 min 13,98

Freezer vertical/horizontal 30 24h 47,55

Freezer vertical frost free 30 24h _54,00

Geladeira 1 porta 30 24h 25,20

Geladeira 1 porta frost free 30 24h _39,60

Grill 10 30 min 3,20

Home theater - 350 W 8 2h 5,60

Impressora 30 1h 0,45

Lâmpada fluorescente compacta - 11 W 30 5h 1,65

Lâmpada incandescente - 40 W 30 5h 6,00

Lavadora de louças 30 40 min 30,86

Lavadora de roupas 12 1h 1,76 Liquidificador 15 15 min 0,80 Máquina de costura 10 3h 3,00 Modem de internet 30 8h 1,92 Monitor 30 8h 13,20 Monitor LCD 30 8h 8,16 Multiprocessador 20 1h 8,56 Notebook 30 8h 4,80

Prancha (chapinha) 20 30 min 0,33

Rádio relógio 30 24h _3,60

Roteador 30 8h 1,44

Sanduicheira 30 10 min _3,35

Scanner 30 1h 0,27

Secador de cabelo - 1000 W 30 10 min _5,21

Secadora de roupa 8 1h 14,92

Tanquinho 12 1h 0,84

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Torneira elétrica - 3250 W 30 30 min 48,75 Torradeira 30 10 min 4,00 TV em cores - 14” (tubo) 30 5h 6,30 TV em cores - 29” (tubo) 30 5h 15,15 TV em cores - 32” (LCD) 30 5h _14,25 TV em cores - 40” (LED) 30 5h 12,45 TV em cores - 42” (LED) 30 5h _30,45 TV portátil 30 5h 7,05 Ventilador de mesa 30 8h _17,28 Ventilador de teto 30 8h 17,52 Videogame 15 4h 1,44

Fonte: Centro Brasileiro de Informação de Eficiência Energética. “Dicas de Economia de Energia”. Disponível em: <http://www. procelinfo.com.br/main.asp?View=%7BE6BC2A5F-E787-48AF-B485-439862B17000%7D>. Acesso em: 12 nov. 2015.

• Após a atividade, problematizar:

De que maneira é possivel reduzir

o consumo de energia?

Como ter água quente sem chuveiro elétrico?

• Registrar as respostas no caderno e socializar.

2ª ETAPA

INVESTIGAÇÃO

Fontes: <http://manudomcom.blogspot.com.br/2014/10/instalacoes-aquecedores-solar.html>;

<http://hrrefriar.com.br/novo/?p=236>; <http://www.sempresustentavel.com.br/solar/aquecedor/aquecedor-solar-1.jpg>.

• Perguntar aos alunos: O que são e como funcionam a serpentina e o aquece-dor solar térmico?

• Escrever no quadro as respostas dos estudantes:

O QUE É? COMO FUNCIONA?

Serpentina Aquecedor solar

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O que é mais sustentável:

a serpentina ou aquecedor solar térmico?

VOCÊ SABIA?

O processo de aquecimento da água provocado pela radiação solar pode se dar de duas maneiras: a. aquecimento solar térmico; b. aquecimento solar fotovoltaico.

• No primeiro item (a),

o aquecimento ocorre por captação direta e simples do calor do Sol pelas mangueiras pretas dispostas no telhado. O sistema é análogo à serpentina.

• No (b), o aquecimento

da água ocorre pela energia elétrica gerada pelas placas fotovoltai-cas. Ou seja, as placas captam a radiação solar e a transformam em energia elétrica que, por sua vez, aquece a água. Por essa razão, o sistema fotovoltaico é muito mais caro.

3ª ETAPA

SOLUÇÃO DE PROBLEMAS

FASE I

Experimento: Entendendo as correntes de convecção

• Perguntar aos alunos: O que acontecerá se acenderem uma vela abaixo de uma espiral de papel?

• Os alunos devem ser reunidos em pequenos grupos para discutirem a ques-tão, devem registrar o que imaginam que acontecerá com os objetos e que efeito seria provocado na espiral.

• Realizar o experimento e anotar as conclusões.

MATERIAL PARA CADA GRUPO:

◊ Lamparina (ou vela fixada em uma tampa de garrafa PET); ◊ Fósforo;

◊ Papel sulfite; ◊ Fita adesiva; ◊ Tesoura; ◊ Barbante.

É importante que percebam que a chama proporciona o aquecimento da camada de ar ao seu redor e esse ar provoca algum efeito no objeto indicado. Os alunos perceberão que o objeto terá movimento e, nesta situação, deve ser proposto que tentem explicar por que a espiral passou a ter movimento.

Depois, o professor pode retomar e enfatizar o movimento provocado pelo aquecimento de uma camada de ar. Os alunos devem perceber que o ar quente se expande, mas também tem um movimento ascendente, o que provoca uma corrente de convecção: uma camada de ar quente sobe e outra de ar mais frio desce simultaneamente.

Em seguida, o professor deve construir com a turma, por analogia, argumentos explicati-vos de como a radiação solar aquece a água no modelo analisado. A ideia é transpor o esquema de correntes de convecção anteriormente analisado, compreendendo como a radiação solar atua sobre a água do reservatório.

Ao final do experimento, solicitar a confecção do Relatório de Experimentação Científica para aprofundar o conhecimento sobre o tema (disponível na página 38 da publicação Bahia, Brasil: Vida, Natureza e Sociedade – Livro do Professor).

FASE II

Dividir a sala em dois grupos: um grupo vai reproduzir o funcionamento da serpen-tina e o outro vai reproduzir o funcionamento do aquecedor solar. Cada grupo de-verá construir um desenho esquemático do equipamento proposto, representando sua instalação e funcionamento.

MATERIAL PARA CADA GRUPO:

◊ Papel metro; ◊ Régua;

◊ Pincel atômico; ◊ Lápis de cor.

Observação: Após confecção do esquema, cada grupo apresentará seu trabalho. Todos os

traba-lhos serão fixados no mural de trabatraba-lhos.

• Debater com os alunos o uso da serpentina e do aquecedor solar térmico, e qual causa mais danos ao meio ambiente.

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4ª ETAPA

AVALIAÇÃO

Nesse momento, as duas equipes irão produzir:

• Um rol de argumentos informativos sobre as vantagens e desvantagens do uso da serpentina e do aquecedor solar para obter água aquecida sem precisar da energia elétrica (esses argumentos serão defendidos em seminário).

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

ANDRADE, Julia Pinheiro & SENNA, Célia Maria Piva.Bahia, Brasil: Vida, Natureza e Sociedade: Livro do Professor. São Paulo: Geodinâmica, 2014.

CENTRO Brasileiro de Informação de Eficiência Energética.“Dicas de Economia de Energia”.

Disponível em: <http://www.procelinfo.com.br/main.asp?View=%7BE6BC2A5F-E787-48AF-B--485-439862B17000%7D >. Acesso em: 12 nov. 2015.

COMPANHIA Energética do Rio Grande do Norte.Manual de Consumo Consciente de Energia.Disponível em: <http://www.cosern.com.br/Documents/EficienciaEnergetica/MANUAL%20DE%20CONSUMO%20 CONSCIENTE%20DE%20ENERGIA.PDF >. Acesso em: 16 nov. 2015.

MÁXIMO, A. Física - Contexto & aplicações. 1ª ed. Séries: 2ª e 3ª.São Paulo: Scipione, 2013.

UNIVERSIDADE Estadual Paulista. Departamento de Física - Faculdade de Ciência.Experimentos de Física para o Ensino Médio e Fundamental com materiais do dia-a-dia. Disponível em: <http://www2.

fc.unesp.br/experimentosdefisica/>. Acesso em: 22 out. 2015.

O objetivo é entender que a serpentina é uma fonte de energia alternativa mais antiga, e o aquecedor solar é mais moderno. Além disso, a serpentina aproveita o calor obtido na queima da lenha do fogão.

Apesar de utilizar queima de madeira, o sistema de serpentina é muito econômico e fun-cional para as residências que já utilizam fogão a lenha. Para residências modernas que só utilizam fogão a gás, o sistema solar térmico é muito mais eficiente e sustentável, porém, ele depende de uma boa captação da radiação solar no telhado (em geral, quando disposto na face norte do mesmo).

• Realizar seminários em que os grupos irão apresentar seus argumentos sobre as vantagens e desvantagens do uso da serpentina e do aquecedor solar. • Compartilhar que a avaliação da argumentação dos grupos será em função:

◊ Do domínio conceitual apresentado; ◊ Da clareza e adequação dos argumentos.

REFERÊNCIA PARA GABARITO

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