ESAS Renováveis

Introdução

A água do nosso planeta é constantemente reciclada pela natureza, seguindo um padrão conhecido por ciclo hidrológico ou ciclo da água, que podemos ver em versão resumida na figura seguinte.



A água evapora-se da terra, das plantas, dos animais e das pessoas, é levada até ao céu onde se condensa e forma as nuvens. Depois ela volta a precipitar-se sobre o planeta na forma de chuva.

Este ciclo da água tem um efeito purificador, sendo que a água da chuva é destilada, pura, pois na fase de evaporação, as impurezas contaminantes da água são deixadas para trás.

Na nossa experiência vamos recriar, de uma forma muito simples e miniaturizada, este ciclo da água, que tem como elemento fundamental o Sol, a energia solar, que é a base do nosso curso.
A ideia é que, evaporando, por via solar, a água contaminada com bactérias, sais ou outras impurezas, é depois recolhida na sua forma mais pura e potável, pronta a ser bebida.
Mesmo a água salgada do mar pode ser purificada por esta forma.

As vantagens deste método para o ambiente são evidentes:
- É feita sem gastos de energia, isto é, a energia solar utilizada é gratuita
- Não são necessárias peças móveis com este processo

Experiência demonstrativa da destilação da água usando a energia solar

Material

Copo de vidro de cerca de 25 ml
Chávena pequena
Plástico aderente, desse normal de cozinha
Fita cola
Moeda de 10 cêntimos
Saco de Chá Preto

Ferramentas

Tesoura
Chaleira

Vamos fazer uma experiência que mostra como a energia solar pode destilar/purificar água.
É uma experiência interessante para se fazer numa feira de ciência, até porque é muito fácil e rápida de montar/realizar.

Passo 1:

Arranjar a água conspurcada para que seja destilada.

Para isso, uma boa ideia é fazer um chazinho, utilizando a nossa embalagem de chá e a respectiva chaleira.
Passados uns poucos minutos temos então o nosso chá preto pronto a beber, mas não é isso que faremos.

Passo 2:

Coloque a chávena pequena no fundo do copo e de pois deite o chá para dentro do copo mas tendo muito cuidado para não deitar nenhum chá dentro da chávena que se encontra dentro do copo.

Passo 3:

Envolva bem toda a parte superior do copo com plástico aderente (ver figura abaixo).
Para melhor isolamento pode ainda passar uma tira de fita cola a toda a volta do copo de modo a prender melhor o plástico aderente.

Passo 4:

Coloque uma moeda de 10 cêntimos no centro do copo, em cima do plástico aderente com que tapou a abertura do copo anteriormente.

Deve estar neste momento com uma coisa do tipo



Passo 5:

Coloque o copo numa janela virada a sul, onde pode apanhar muito sol, e deixe-o aí por dois ou três dias.

Depois desse tempo, o plástico no topo do destilador deve parecer-se com o da imagem seguinte.



Passo 6:

A água que entretanto caiu para dentro da chávena que está no interior do copo deverá apresentar um aspecto claro e puro e não ter nada a ver com o chá preto forte que foi colocado por si dentro do copo.

Está assim provado como funciona a destilação/purificação solar que, ao fim e ao cabo é parte importante do ciclo da água, que é recolhida desta forma da terra e depois vertida de novo para a terra pelas nuvens (mas já destilada e pura).

Curso Profissional de Técnico de Energias Renováveis - Solar -

Construção de Fogão a Energia Solar

Material

Placa fina de madeira MDF
Placa de acrílico espelhado



Placa de esferovite
Pregos pequenos

Ferramentas

Serrote
Martelo
Canivete bem afiado
Marcador/Furador

A ideia é capturar a energia solar numa superfície grande e concentrá-la numa pequena, usando para isso, espelhos reflectores.
A zona onde iremos concentrar essa energia será coberta de esferovite, de modo a manter o calor e assim aquecer ou cozinhar a nossa “papinha” mais rapidamente.

Passo 1 – Construção da Caixa

Construa a caixa para o seu fogão a partir da madeira MDF.
Utilize pregos pequenos fasquiados e apropriados para pregar as várias partes de modo a não partir ou rachar a madeira. Tenha pois cuidado a escolher os pregos que vai usar, fazendo primeiro um teste.
Já agora, pode testar também algum tipo de tacha/pionés que ache adequado e ver os resultados.
Quando acabar deverá ter uma caixa como se mostra abaixo.



Passo 2 – Revestimento do Interior da Caixa com Esferovite

Revista o interior da caixa com placas de esferovite, de modo a evitar que o calor capturado escape.
Pode usar mais que uma camada de esferovite de revestimento.



Passo 3 – Revestimento do interior da Caixa com Acrílico Espelhado

Meça o tamanho do cubo interior (paredes e fundo) com que ficou após efectuado o revestimento a esferovite.
Deverá então cortar cinco bocados de acrílico espelhado segundo essas medidas e, em seguida, revestir o interior da caixa com eles.
Para isso utilize fita adesiva, que é suficiente para segurar toda a estrutura e aperfeiçoar todas as juntas.

Passo 4 – Construção dos Espelhos Reflectores/Concentradores

Corte, com uma serra de cortar ferro, por exemplo, uma tira de acrílico espelhado reflector, com cerca de 70 cm de largura.
Depois, usando um marcador/furador aguçado e uma ripa de madeira, faça uma marcação desde o canto mais largo do acrílico até ao outro lado da tira de acrílico, de uma linha com 67º de ângulo, formando um triângulo rectângulo no bocado da peça de acrílico que irá ser desperdiçada.
Precisa de repetir essa proeza mais três vezes, marcando uma série de quatro trapézios ao longo do comprimento da tira de acrílico, sabendo que o lado mais pequeno dos trapézios têm de ser iguais ao comprimento do lado interior da caixa onde irão encaixar.
Veja figura para melhor esclarecimento.



Agora pegue nos reflectores espelhados, e no lado não reflector utilize a fita adesiva para os juntar todos e formar o reflector completo que irá assentar no topo da caixa.
A utilização da fita adesiva permite-lhe construir dobradiças flexíveis, o que dá até para que o reflector seja dobrado e armazenado sempre que não esteja a ser utilizado.



Experimente o seu fogão, cozendo, por exemplo, umas apetitosas batas com bacalhau ;-)

Aqui vão então alguns vídeos ilustrativos de alguns dos passos da construção do nosso sistema solar térmico.

1. A serrar pregos
Como os pregos eram um pouco grandes, há que serrar a parte que saiu do outro lado



2. A Pregar
Fixando a parte traseira em alumínio à moldura, com pregos pequenos fasquiados



3. A Furar
É preciso furar a moldura para permitir que o tubo de cobre (onde a água circula e é aquecida) saia para fora do painel em direcção ao reservatório de água.
Aqui já estavam a acabar -> vejam o próximo vídeo, que mostra a operação completa



4. A furar (agora é que é)



5. E já não falta tudo

Mais algumas fotos do trabalho que estamos a fazer na disciplina de Práticas Oficinais do Curso Profissional de Técnico de Energias Renováveis - Solar - : Construção de Painel Solar Térmico para aquecimento de água.

Fiquem aí pois o post seguinte contém alguns vídeos sobre a mesma tarefa.

Prometo que no final farei um portfolio com todas as fotografias e vídeos ordenados de modo a ilustrar pormenorizadamente a construção do painel... para que possam construir o vosso.



O absorvedor, feito a partir de uma chapa de alumínio, tem de ser bem pintado de preto, de forma a absorver a maior quantidade de energia solar possível, capturando assim a maior quantidade de calor possível, para aquecer o tubo de cobre em serpentina, que constitui o circuito de circulação da água que, por efeito de termosifão circula no sistema, que no nosso caso é Directo e Passivo.



O isolamento é feito a partir de placa de esferovite e é colocado, preso com fita cola nos rebordos, como se vê na imagem, no fundo da caixa. A sua função é não deixar o calor absorvido fugir pela parte traseira do painel.



Isolamento fixo com fita cola.



Pormenor da parte de trás da caixa, que é feita com chapa de alumínio pregada numa moldura de madeira com pregos pequeno fasquiado.



A chapa de alumínio, como foi cortada com uma tesoura de cortar chapa, tem, no final da pregada à parte traseira, de ser limada nos seus rebordos, para evitar cortes nas mãos e embelezar o painel.



A caixa é reforçada, na sua parte traseira, com algumas ripas de madeira, de forma a dar-lhe consistência e não permitir que a chapa de alumínio, que constitui a parte traseira do painel, dobre e/ou crie "barriga". Essas ripas de reforço podem ser pregadas na moldura (a chapa de alumínio fica no meio) com prego de meia-galeota ou aparafusados, utilizando uma aparafusadora eléctrica.



Reforço completo



Preparação e marcação da localização dos furos que permitirão às pontas do tubo de cobre saírem do painel, na direcção do reservatório de água.

Todos sabemos que todos os equipamentos electrónicos e, para o que nos interessa aqui, as células fotovoltaicas produtoras de energia eléctrica a partir da luz solar, são baseadas em junções PN, construídas a partir de cristais de silício.
O que talvez alguns não saibam é que podemos construir em nossa casa ou na nossa escola, com intuitos meramente didácticos, os nossos próprios cristais de silício.
Vejamos como.
Nota importante: Reparem que no título do post aparece silício entre aspas ;-)

Material:

Caneca de café de plástico
Espeto
Ovo cozido
Açúcar
Corante alimentar

Ferramentas:

Compasso
Cortador de ovos às fatias

Como vimos na teoria, o silício alinha-se a si próprio (i.e. os seus átomos) num array cristalino regular.
Nesta experiência vamos tentar replicar a forma como esses cristais “crescem”, ou seja, são gerados e criados.

Na indústria, os cristais de silício são gerados de forma a formar um cilindro uniforme de silício, que é usado como material de base para as células solares de cristais de silício.

Na Terra o silício é um material abundante. Basta dizer que a areia contém silício.
O problema com a areia é que também contém oxigénio, na forma de dióxido de silício, e esse oxigénio tem de ser retirado para podermos usar o silício nas nossas células solares.

O processo industrial para isso usa temperaturas à volta dos 1800º C, pelo que não podemos replicar esse processo no nosso laboratório.

Há na Internet quem venda já kits educacionais de rochas-em-crescimento:
- http://scientificsonline.com/product.asp?pn=3039234&bhcd2=1151614245
- www.sciencekit.com/category.asp_Q_c_E737919
- www.scienceartandmore.com/browserproducts/Rock-Candy-Growing-Experiment-kot.html

Para podermos, em certa medida, replicar o processo de crescimento dos cristais de silício, vamos usar outros materiais.

Vai precisar de uma solução saturada de açúcar, que ficará assente no fundo da sua caneca de café.
Agora pegue num grande cristal de açúcar, frequentemente vendido como “pedra de açúcar” e “cole-o” no fim do espeto.
A seguir faça um buraco, com uma broca, com o mesmo diâmetro do espeto, e empurre o espeto até ao fundo da caneca de café.
Ponha-o num parapeito de uma janela e faça descer o cristal na solução saturada de açúcar.
Ao fim de algum tempo, os cristais devem começar a formar-se e a crescer – puxe o espeto devagarinho para cima, aos pouquinhos, com muito cuidado, de forma a que o cristal em crescimento mantenha sempre o contacto com a solução de açúcar.


Criação de cristais de açúcar

É exactamente desta forma que o cristal de silício é “fabricado”:
O silício é trazido para cima, lentamente, de uma calda de silício em fusão (que é análoga à solução saturada de açúcar)


Criação de cristais de silício

Depois de um bocado grande de silício ter sido fabricado, é então cortado às fatias, para fabricar as células solares.
Isso é feito através de um processo similar àquele que usamos quando cortamos um ovo cozido às fatias, num dispositivo próprio, para fazer uma sandes.


Cortador de ovos cozidos


Corte do silício em fatias (“bolachas”)

Cada fatia de silício é chamada de “bolacha”.

A seguir vamos criar a junção p-n na bolacha.
Para isso é difundido fósforo na superfície da bolacha.
Passe o seu ovo por bocado de corante alimentar ou mergulhe-o num sumo de beterraba, e verá que o sumo cobre um lado da fatia de ovo.
Agora imagine que essa fatia de ovo era uma célula solar, com a face mergulhada no sumo de beterraba virado para cima, para a luz solar.
Imagine ainda um contacto eléctrico em cada um dos lados da fatia, e que são ligados ao circuito.
Os fotões batem no lado colorido, que está “dopado” com fósforo, o que faz produzir alguns electrões extra.
Dando a esses electrões livres energia adicional dos fotões, eles serão capazes de saltar a junção, atravessar o lado dopado com boro (todo o resto da fatia de ovo, tirando a superfície colorida) onde preenchem os “buracos” onde faltam electrões na estrutura atómica.
Com um fluxo regular de fotões a bater na célula, uma grande corrente de electrões é encorajada a migrar através da junção p-n, viajando então através de todo o circuito e produzindo trabalho útil.


Dopagem com fósforo

Curso Profissional de Técnico de Energias Renováveis
Turbina Eólica Didáctica - construção / guião

Com este post iniciamos a publicação de um guião para construção de uma turbina eólica didáctica nas aulas de Práticas Oficinais.
O guião terá cinco partes, e as restantes quatro irão sendo publicadas ao longo do tempo, que, esperemos, seja breve.



Construção

Ferramentas:
- Régua
- Pistola de Cola e Bastões de Cola
- Tesoura
- Chave de Fendas
- Compasso
- X-Acto
- Lápis
- Fita Isoladora
- Lixa fina
- Afia-Lápis
- Voltímetro



Materiais:

1 Garrafa de água de 1,5 l
1 Painel de madeira ou contraplacado com 14cm por 25cm, e 2cm de espessura
120 m Fio de bobinar esmaltado/envernizado
4 Discos magnéticos - Ímans (2 a 2.5 cm de diâmetro)
1 m Ripas quadradas de madeira: 2 peças com 30cm de comprimento (barras verticais) e 1 peça com 20cm de comprimento (barra horizontal)
1 Ripa redonda de madeira (6mm ou ¼”), 30cm de comprimento
1 LED
4 Camarões de 3cm de diâmetro
1 Parafusos para madeira (#8, 5/8 polegada, cabeça quadrada)
1 Anilha (25mm ou 7/8”)
1 Papelão ondulado/canelado, 60cm por 20cm
6 Pedaços de madeira (3 peças de quadradas com extremos cortados a 45º)
1 Cola branca (frasco pequeno)

Modelos:



Estes modelos apresentados na figura acima serão imprimidos no tamanho natural e entregues aos alunos.

Instruções:

- Cole a página / modelo que lhe foi entregue pelo professor ao papelão.
- Corte depois esse papelão segundo as formas das figuras, utilizando o canivete ou X-Acto.

Passos de Construção

Parte A – Moldura e Base

Para esta parte vai precisar de:

Ferramentas
Pistola de cola quente e bastões de cola
Afia-Lápis
Chave de Fendas
Régua
Compasso

Materiais
Placa de madeira de base (14cm x 25 cm)
Pilar vertical (ripa quadrada de 30 cm, 2 peças)
Barra de horizontal (ripa de 20 cm, 1 peça)
Parafuso
Abraçadeira
Camarão redondo

1. Utilize o lápis, régua e compasso para marcar a placa de base, de acordo com as dimensões dadas no diagrama abaixo.

Depois de construída a serpentina de cobre, cortada a madeira e construída a moldura (ver posts anteriores) e cortada a chapa de alumínio e fixada à moldura, o nosso painel vai tomando forma.