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GUIA DA
ENERGIA SOLAR
7
fornos solares
ÍNDICE
7-1
constituição e tipologias 7-2
materiais 7-3
orientação do forno 7-4
concentração da radiação e
armazenamento de calor
7-5
avaliação de desempenho 7-6
experiência 1 7-7
experiência 2 7-8
experiência 3 7-9
para saber mais... 7-11
GUIA DA
ENERGIA SOLAR
7
fornos solares
constituição e tipologias
7-2
Os fornos solares são utilizados na conversão térmica da radiação solar para
cozinhar alimentos ou para produzir água destilada.
Normalmente, num forno solar a superfície absorsora é um recipiente que contém
os alimentos, sendo o forno constituído pelos seguintes elementos:
A temperatura atingida no interior do recipiente (absorsor) vai depender da
quantidade de radiação solar que entra no forno, bem como do nível de protecção
térmica de que dispõe.
GUIA DA
ENERGIA SOLAR
7
fornos solares
materiais
7-3
Os materiais utilizados na construção de fornos solares devem ser resistentes à
humidade, dado que durante a cocção dos alimentos é libertado vapor de água, bem
como às temperaturas que se possam atingir no seu interior. Num forno temos,
essencialmente, quatro tipos de materiais:
• estruturais – garantem a estabilidade dimensional do conjunto (cartão,
madeira, plástico, cimento, etc.)
• isolamento – minimiza as perdas térmicas do conjunto (lã de vidro, esferovite,
papel de jornal, etc.)
• transparentes – permitem a criação do efeito de estufa no interior da caixa
(vidro, plástico para alta temperatura, etc.)
• reflectores – minimizam as perdas térmicas no interior do forno e podem
concentrar a radiação solar no interior (folha de alumínio, etc.)
GUIA DA
ENERGIA SOLAR
7
fornos solares
orientação do forno
7-4
A orientação da cobertura na perpendicular à radiação solar maximiza a quantidade
de radiação solar que entra na caixa. Contudo, há que considerar que as perdas
térmicas do forno são proporcionais à sua superfície exterior.
O forno solar exposto ao Sol deve apresentar a maior largura ao sentido Este-Oeste,
de modo a poder captar radiação solar durante um maior período de tempo.
GUIA DA
ENERGIA SOLAR
7
fornos solares
concentração da radiação e armazenamento de calor
7-5
É comum a utilização de reflectores simples ou múltiplos que permitem a concentração
de radiação solar no interior da caixa:
O armazenamento de calor no forno pode ser realizado através da utilização de
uma massa térmica no interior da caixa isolada. A existência desta massa térmica
implica um pré-aquecimento do forno antes da utilização.
GUIA DA
ENERGIA SOLAR
7
fornos solares
avaliação de desempenho
7-6
O desempenho do forno solar pode ser calculado, de forma simples, através da
comparação entre a radiação solar disponível num período de tempo e o aumento de
temperatura de um volume de água no interior do recipiente de cocção.
O rendimento do forno é, deste modo, dado pela relação:
Ig * Acol * dt
η =
m * Cp * (Tf – Ti)
em que:
m representa a massa de água, em [kg]
Cp representa o calor específico a pressão constante da água, igual a 4185
[J/(kg.ºC)]
Tf representa a temperatura final da água, em [ºC]
Ti representa a temperatura inicial da água, em [ºC]
Ig representa a radiação global no plano horizontal, em [W/m2
], que para um dia com
céu limpo, cerca das 12 h, apresenta valores entre os 800 e os 1000 W/m2
Acol representa a área do vidro, em [m2
]
e a potência do forno pela relação:
dt
P =
m * Cp * (Tf – Ti)
GUIA DA
ENERGIA SOLAR
7
fornos solares
experiência 1
7-7
Experiência 1: com esta experiência simples pretende-se demonstrar o efeito da
concentração da radiação solar na cocção de alimentos.
Material necessário: 1 caixa de cartão comprida
folha de alumínio
cartolina
espeto
1 – desenhar uma parábola nos lados mais longos da
caixa (distância focal de 10 a 20 cm) e cortar a caixa
(é importante que o corte siga o desenho rigoroso das
parábolas).
2 – preencher o topo da caixa com uma cartolina,
seguindo o contorno das parábolas recortadas em
ambos os lados da caixa.
5 – colar dois suportes em cartão para posicionar
o espeto no foco da parábola.
3 – colar a folha de alumínio sobre toda a superfície
da cartolina com o lado reflector para fora. É
importante que a folha de alumínio fique lisa.
4 – com uma folha de papel no centro da curvatura,
encontrar o foco onde é concentrada a radiação e
registar a sua posição.
6 – cozinhar uma salsicha.
GUIA DA
ENERGIA SOLAR
7
fornos solares
experiência 2
7-8
Experiência 2: com esta experiência simples pretende-se demonstrar o efeito de
estufa provocado por uma cobertura de plástico, bem como o efeito da concentração
na cocção de alimentos.
Material necessário: 1 cartolina (1 m x 1,33 m)
papel de alumínio1 recipiente metálico escuro
1 saco de plástico transparente
1 – cortar a cartolina de acordo com
o esquema.
4 – colocar os alimentos dentro do
recipiente e colocar o recipiente
dentro do saco plástico, que deve
ficar fechado.
5 – colocar o saco de plástico no centro da
base do forno e colocar o forno ao Sol.
2 – colar a folha de alumínio sobre a
cartolina, com a face reflectora para
fora.
3 – montar o forno de acordo com a
figura, com o lado reflector no interior.
GUIA DA
ENERGIA SOLAR
7
fornos solares
experiência 3
7-9
Experiência 3: com esta experiência pretende-se demonstrar o efeito do isolamento
térmico, da cobertura do forno e da utilização de reflector para concentração da
radiação.
Material necessário: 1 caixa de cartão com tampa (modelo CTT ou equivalente)
1 forma grande de alumínio
Bocados de espuma isolante (ou esferovite ou folhas papel)
1 forma pequena de alumínio
1 rolo de folha de alumínio (tipo alimentar)
1 Rolo de fita adesiva
1 rolo de película aderente transparente (tipo alimentar)
1 termómetro
2 palitos gigantes (ou pauzinho de espetada)
1 par óculos de sol
1 tesoura (ou x-acto)
1 par de luvas
1 lata tinta negra mate (não tóxica)
1 bússola
GUIA DA
ENERGIA SOLAR
7
fornos solares
experiência 3
1 – pintar com tinta negra mate o interior da forma grande de alumínio (placa
absorsora) e o exterior da forma pequena de alumínio (panela) e deixar secar.
2 – revestir o interior da caixa de cartão com uma camada (fina) de material isolante
e cobrir com a película de alumínio (face brilhante) sem amachucar. Utilizar fita
adesiva.
3 – colocar a forma grande de alumínio no fundo da caixa.
4 – colocar o alimento no
interior da forma pequena,
cobrir com película
transparente e colocar (colar
se for preciso) em cima da
forma grande. Cobrir em
seguida a caixa aberta com a
película transparente.
5 – revestir o interior da tampa
da caixa com a película de
alumínio (usar fita adesiva) e
colocar lateralmente os
pauzinhos de espetada para
inclinar a tampa (reflector) para
reflectir o Sol para dentro do
forno.
6 – orientar o forno solar para o Sol e regular a tampa para conseguir a melhor
concentração de energia (reparar num foco de luz) para o interior.
7 – prever o que vai acontecer à temperatura do interior do forno solar à medida que
o tempo passa.
8 – registar a temperatura inicial do ar ambiente e do interior da panela.
9 – medir e registar as temperaturas do ar ambiente e do interior da “panela” em cada
5 minutos até terem decorrido 30 minutos (Esta operação terá de ser rápida).
10 – elaborar um gráfico salientando o diferencial de temperatura entre o interior e o
exterior do forno solar. Tirar conclusões.
7-10
GUIA DA
ENERGIA SOLAR
7
fornos solares
para saber mais...
7-11
http://solarcooking.org/books.htm (várias publicações
disponíveis)
http://solarcookers.org/
http://www.spes.pt
http://www.energyquest.ca.gov/projects/index.html#solar
http://www.sunco.pt

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Fornos solares

  • 1. GUIA DA ENERGIA SOLAR 7 fornos solares ÍNDICE 7-1 constituição e tipologias 7-2 materiais 7-3 orientação do forno 7-4 concentração da radiação e armazenamento de calor 7-5 avaliação de desempenho 7-6 experiência 1 7-7 experiência 2 7-8 experiência 3 7-9 para saber mais... 7-11
  • 2. GUIA DA ENERGIA SOLAR 7 fornos solares constituição e tipologias 7-2 Os fornos solares são utilizados na conversão térmica da radiação solar para cozinhar alimentos ou para produzir água destilada. Normalmente, num forno solar a superfície absorsora é um recipiente que contém os alimentos, sendo o forno constituído pelos seguintes elementos: A temperatura atingida no interior do recipiente (absorsor) vai depender da quantidade de radiação solar que entra no forno, bem como do nível de protecção térmica de que dispõe.
  • 3. GUIA DA ENERGIA SOLAR 7 fornos solares materiais 7-3 Os materiais utilizados na construção de fornos solares devem ser resistentes à humidade, dado que durante a cocção dos alimentos é libertado vapor de água, bem como às temperaturas que se possam atingir no seu interior. Num forno temos, essencialmente, quatro tipos de materiais: • estruturais – garantem a estabilidade dimensional do conjunto (cartão, madeira, plástico, cimento, etc.) • isolamento – minimiza as perdas térmicas do conjunto (lã de vidro, esferovite, papel de jornal, etc.) • transparentes – permitem a criação do efeito de estufa no interior da caixa (vidro, plástico para alta temperatura, etc.) • reflectores – minimizam as perdas térmicas no interior do forno e podem concentrar a radiação solar no interior (folha de alumínio, etc.)
  • 4. GUIA DA ENERGIA SOLAR 7 fornos solares orientação do forno 7-4 A orientação da cobertura na perpendicular à radiação solar maximiza a quantidade de radiação solar que entra na caixa. Contudo, há que considerar que as perdas térmicas do forno são proporcionais à sua superfície exterior. O forno solar exposto ao Sol deve apresentar a maior largura ao sentido Este-Oeste, de modo a poder captar radiação solar durante um maior período de tempo.
  • 5. GUIA DA ENERGIA SOLAR 7 fornos solares concentração da radiação e armazenamento de calor 7-5 É comum a utilização de reflectores simples ou múltiplos que permitem a concentração de radiação solar no interior da caixa: O armazenamento de calor no forno pode ser realizado através da utilização de uma massa térmica no interior da caixa isolada. A existência desta massa térmica implica um pré-aquecimento do forno antes da utilização.
  • 6. GUIA DA ENERGIA SOLAR 7 fornos solares avaliação de desempenho 7-6 O desempenho do forno solar pode ser calculado, de forma simples, através da comparação entre a radiação solar disponível num período de tempo e o aumento de temperatura de um volume de água no interior do recipiente de cocção. O rendimento do forno é, deste modo, dado pela relação: Ig * Acol * dt η = m * Cp * (Tf – Ti) em que: m representa a massa de água, em [kg] Cp representa o calor específico a pressão constante da água, igual a 4185 [J/(kg.ºC)] Tf representa a temperatura final da água, em [ºC] Ti representa a temperatura inicial da água, em [ºC] Ig representa a radiação global no plano horizontal, em [W/m2 ], que para um dia com céu limpo, cerca das 12 h, apresenta valores entre os 800 e os 1000 W/m2 Acol representa a área do vidro, em [m2 ] e a potência do forno pela relação: dt P = m * Cp * (Tf – Ti)
  • 7. GUIA DA ENERGIA SOLAR 7 fornos solares experiência 1 7-7 Experiência 1: com esta experiência simples pretende-se demonstrar o efeito da concentração da radiação solar na cocção de alimentos. Material necessário: 1 caixa de cartão comprida folha de alumínio cartolina espeto 1 – desenhar uma parábola nos lados mais longos da caixa (distância focal de 10 a 20 cm) e cortar a caixa (é importante que o corte siga o desenho rigoroso das parábolas). 2 – preencher o topo da caixa com uma cartolina, seguindo o contorno das parábolas recortadas em ambos os lados da caixa. 5 – colar dois suportes em cartão para posicionar o espeto no foco da parábola. 3 – colar a folha de alumínio sobre toda a superfície da cartolina com o lado reflector para fora. É importante que a folha de alumínio fique lisa. 4 – com uma folha de papel no centro da curvatura, encontrar o foco onde é concentrada a radiação e registar a sua posição. 6 – cozinhar uma salsicha.
  • 8. GUIA DA ENERGIA SOLAR 7 fornos solares experiência 2 7-8 Experiência 2: com esta experiência simples pretende-se demonstrar o efeito de estufa provocado por uma cobertura de plástico, bem como o efeito da concentração na cocção de alimentos. Material necessário: 1 cartolina (1 m x 1,33 m) papel de alumínio1 recipiente metálico escuro 1 saco de plástico transparente 1 – cortar a cartolina de acordo com o esquema. 4 – colocar os alimentos dentro do recipiente e colocar o recipiente dentro do saco plástico, que deve ficar fechado. 5 – colocar o saco de plástico no centro da base do forno e colocar o forno ao Sol. 2 – colar a folha de alumínio sobre a cartolina, com a face reflectora para fora. 3 – montar o forno de acordo com a figura, com o lado reflector no interior.
  • 9. GUIA DA ENERGIA SOLAR 7 fornos solares experiência 3 7-9 Experiência 3: com esta experiência pretende-se demonstrar o efeito do isolamento térmico, da cobertura do forno e da utilização de reflector para concentração da radiação. Material necessário: 1 caixa de cartão com tampa (modelo CTT ou equivalente) 1 forma grande de alumínio Bocados de espuma isolante (ou esferovite ou folhas papel) 1 forma pequena de alumínio 1 rolo de folha de alumínio (tipo alimentar) 1 Rolo de fita adesiva 1 rolo de película aderente transparente (tipo alimentar) 1 termómetro 2 palitos gigantes (ou pauzinho de espetada) 1 par óculos de sol 1 tesoura (ou x-acto) 1 par de luvas 1 lata tinta negra mate (não tóxica) 1 bússola
  • 10. GUIA DA ENERGIA SOLAR 7 fornos solares experiência 3 1 – pintar com tinta negra mate o interior da forma grande de alumínio (placa absorsora) e o exterior da forma pequena de alumínio (panela) e deixar secar. 2 – revestir o interior da caixa de cartão com uma camada (fina) de material isolante e cobrir com a película de alumínio (face brilhante) sem amachucar. Utilizar fita adesiva. 3 – colocar a forma grande de alumínio no fundo da caixa. 4 – colocar o alimento no interior da forma pequena, cobrir com película transparente e colocar (colar se for preciso) em cima da forma grande. Cobrir em seguida a caixa aberta com a película transparente. 5 – revestir o interior da tampa da caixa com a película de alumínio (usar fita adesiva) e colocar lateralmente os pauzinhos de espetada para inclinar a tampa (reflector) para reflectir o Sol para dentro do forno. 6 – orientar o forno solar para o Sol e regular a tampa para conseguir a melhor concentração de energia (reparar num foco de luz) para o interior. 7 – prever o que vai acontecer à temperatura do interior do forno solar à medida que o tempo passa. 8 – registar a temperatura inicial do ar ambiente e do interior da panela. 9 – medir e registar as temperaturas do ar ambiente e do interior da “panela” em cada 5 minutos até terem decorrido 30 minutos (Esta operação terá de ser rápida). 10 – elaborar um gráfico salientando o diferencial de temperatura entre o interior e o exterior do forno solar. Tirar conclusões. 7-10
  • 11. GUIA DA ENERGIA SOLAR 7 fornos solares para saber mais... 7-11 http://solarcooking.org/books.htm (várias publicações disponíveis) http://solarcookers.org/ http://www.spes.pt http://www.energyquest.ca.gov/projects/index.html#solar http://www.sunco.pt