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Versão On-line ISBN 978-85-8015-075-9Cadernos PDE
OS DESAFIOS DA ESCOLA PÚBLICA PARANAENSENA PERSPECTIVA DO PROFESSOR PDE
Produções Didático-Pedagógicas
FICHA PARA IDENTIFICAÇÃO
PRODUÇÃO DIDÁTICO – PEDAGÓGICA
TURMA – PDE/2013
Título: “O uso do coletor solar para o estudo de alguns conceitos de
Termodinâmica”
Autor Ivanir Pan
Disciplina/Área Física
Núcleo Regional
de Educação
Cascavel
Escola de
Implementação
Colégio Estadual Ieda Baggio Mayer
Município da
Escola
Cascavel
Instituição de
Ensino Superior
Universidade Estadual do Centro-Oeste UNICENTRO
Professora
Orientadora
Dra. Celia Kimie Matsuda
Relação
Interdisciplinar
Física, História
Resumo A presente Unidade Didática justifica-se pelo fato de alguns
professores de física perceberem que alunos do Ensino
Médio têm dificuldade na abstração dos conteúdos de física
e no entendimento de seu conceitos. Esta unidade didática
propõe a alternativa de utilizar a experimentação através da
pesquisa e a construção do protótipo de um coletor solar,
trabalhando alguns conceitos teóricos de termodinâmica
junto com a experimentação, relacionando os conteúdos
com o dia a dia do aluno. Muitas vezes os alunos não
conseguem perceber que o conteúdo visto em sala esta no
seu dia a dia. Essas atividades devem envolver os alunos
na construção e execução do experimento e ao mesmo
tempo ensinar alguns conceitos de Termodinâmica.
Palavra Chave Coletor Solar; Aquecedor Solar; Energia Renovável;
Termodinâmica.
Formato Material
Didático
Unidade Didática
Público Alvo Alunos do 2º A ano do Ensino Médio
SECRETARIA DE ESTADO DA EDUCAÇÃO – SEED
SUPERINTENDENCIA DA EDUCAÇÃO – SUED
DIRETORIA DE POLITICAS E PROGRAMAS
EDUCACIONAIS – DPPE
PROGRAMA DE DESENVOLVIMENTO
EDUCACIONAL – PDE
UNIDADE DIDÁTICA
O USO DO COLETOR SOLAR PARA O ESTUDO DE ALGUNS
CONCEITOS DE TERMODINÂMICA
CASCAVEL - PR
2013
GOVERNO DO ESTADO DO PARANÁ
SECRETARIA DE ESTADO DA EDUCAÇÃO
PROGRAMA DE DESENVOLVIMENTO EDUCACIONAL
UNICENTRO – UNIVERSIDADE ESTADUAL DO CENTRO –
OESTE
NÚCLEO REGIONAL DE EDUCAÇÃO DE CASCAVEL
UNIDADE DIDÁTICA
O USO DO COLETOR SOLAR PARA O ESTUDO DE ALGUNS CONCEITOS
DE TERMODINÂMICA
Professor PDE: Ivanir Pan
Professor Orientador: Dra. Celia Kimie Matsuda
Área de Atuação: Física
IES: UNICENTRO – UNIVERSIDADE ESTAUDAL DO CENTRO – OESTE
CASCAVEL-PR
2013
SUMÁRIO
1. IDENTIFICAÇÃO ......................................................................................... 05
2. APRESENTAÇÃO ....................................................................................... 06
3. PROPOSTA DIDÁTICA ............................................................................... 07
3.1- AULA 1 (2 aulas) ................................................................................. 07
3.1.2- Sugestão de procedimentos ....................................................... 07
3.2- AULA 2 (2 aulas) ................................................................................. 08
3.2.1- Conteúdo: Um pouco da história do calor. ............................... 08
3.2.2- Sugestão de procedimento: ........................................................ 08
3.2.3- Sugestão de questões ................................................................. 10
3.3- AULA 3 ( 2 aulas) ................................................................................ 10
3.3.1- Conteúdo: Temperatura e Equilíbrio Térmico. .......................... 10
3.3.2- Sugestão de procedimento ......................................................... 10
3.4- AULA 4 (4 aulas) ................................................................................. 11
3.4.1- Conteúdo: Processos de Propagação do Calor: Condução,
Convecção e Radiação Térmica.............................................................10
3.4.2- Conteúdo: Sugestão de procedimento. ..................................... 10
3.5- AULA 5 (2 aulas) ................................................................................. 13
3.5.1- Conteúdo: Capacidade Térmica e Calor específico ................. 13
3.5.2- Sugestão de procedimento: ........................................................ 13
3.5.3- Sugestão de atividades: .............................................................. 14
3.6- AULA 6 ( 2 aulas) ................................................................................ 15
3.6.1- Conteúdo: Um pouco da história da energia solar e do
desenvolvimento do coletor solar. ........................................... 15
3.6.2- Sugestão de procedimento: ........................................................ 15
3.7- AULA 7 ( 4 aulas) ................................................................................ 17
3.7.1- VISITA À CASA INTELIGENTE .................................................... 17
3.8- AULA 8 (12 aulas) ............................................................................... 18
3.8.1- CONSTRUÇÃO PROTÓTIPO COLETOR SOLAR ....................... 18
3.9- AULA 9 (2 Aulas) ................................................................................. 19
3.9.1- MOSTRA DE CIÊNCIAS ............................................................... 19
3.10- AULA 10 (1 Aula) ............................................................................... 19
4. ANEXOS. ..................................................................................................... 20
4.1- ANEXO I ............................................................................................... 20
4.2- ANEXO II .............................................................................................. 20
4.2.1- PROCEDIMENTO PARA CONSTRUÇÃO: ................................... 21
5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................ 24
1. IDENTIFICAÇÃO
TÍTULO: O Uso do Coletor Solar para o Estudo de Alguns Conceitos de
Termodinâmica.
Tema: Ciência, Tecnologia e Desenvolvimento humano e as relações entre a
Física e Sociedade.
ESCOLA: Colégio Estadual Ieda Baggio Mayer.
NÚCLEO: Cascavel.
NOME DO PROFESSOR: Ivanir Pan.
ORIENTADOR: Dra. Celia Kimie Matsuda.
NÍVEL DE ENSINO: Ensino Médio
DISCIPLINA: Física.
CONTEÚDO ESTRUTURANTE: Termodinâmica.
CONTEÚDO BÁSICO:Leis da Termodinâmica e a Lei Zero da Termodinâmica
CONTEÚDO ESPECÍFICO:calor, equilíbrio térmico, processos de propagação
de calor: condução térmica, convecção térmica e radiação térmica, calor
específico e capacidade térmica.
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2. APRESENTAÇÃO
Este material didático justifica-se tendo em vista a constatação de alguns
professores de Física quanto à dificuldade que os alunos do Ensino Médio
apresentam na abstração dos conteúdos dessa disciplina e no entendimento
dos seus conceitos. Os conteúdos, muitas vezes, são passados aos alunos
com uma sequência rígida de tópicos fragmentados, deslocados de sua
realidade, dificultando, assim, o seu aprendizado. Por vezes, os alunos não
conseguem perceber que o conteúdo visto em sala de aula está presente em
sua prática cotidiana.
Apresentamos neste trabalho algumas atividades que propõem a
alternativa de estudar o conceito teórico juntamente à experimentação, na
busca de melhores índices de aprendizagem. Isso se dará por meio de
estímulos ao aluno, em um processo de reflexão e de consciência do
conhecimento da natureza com intermédio das leis físicas, articulando o
conhecimento apreendido em sala de aula com seu dia a dia. Dessa forma,
busca-se uma formação que habilite os estudantes a relacionarem a física
trabalhada em sala de aula à sua vivência diária, tornando-o um leitor mais
consciente e perspicaz quanto aos fenômenos que ocorrem no seu entorno.
Essas atividades visam envolver os alunos na construção e execução do
experimento e, ao mesmo tempo, ensinar conceitos de Termodinâmica,
levando em consideração a importância de relacionar conceitos físicos e
experimentação. A proposição é de construir um protótipo para tornar as aulas
mais interessantes aos alunos, bem como para o professor.
O desenvolvimento da atividade proposta terá duração de 32 aulas que
compõem esta unidade, observando o conteúdo estruturante Termodinâmica e
os conteúdos básicos: Leis da Termodinâmica e a Lei zero da Termodinâmica,
com ênfase nos tópicos temperatura, calor, equilíbrio térmico, processos de
propagação de calor: condução térmica, convecção térmica e radiação térmica,
calor específico e capacidade térmica.
7
Tendo em vista um melhor aproveitamento solicitar-se-á à direção da
escola que, na medida do possível, as aulas para a implementação do projeto
aconteçam no mesmo dia, ou seja, geminadas.
3. PROPOSTA DIDÁTICA
3.1- AULA 1 (2 aulas)
O professor, nessa primeira aula, iniciará as atividades com a exibição
do vídeo “Aquecedores Solares 30 a 40% de Economia de Energia” produção
da Globo News disponível no site: https://www.youtube .com/watch? feature=
player_ detailpage&v=a_03BG0x5D0. O vídeo aborda a questão de o Brasil ser
um País tropical com 280 dias de sol por ano, fala sobre Energia Renovável,
apresenta os coletores solares tradicionais e sua utilização no Rio de Janeiro e
Belo Horizonte e apresenta, também, a contribuição dos coletores solares
feitos de garrafa PET e caixa de leite para o meio ambiente.
Na sequência, da aula, o professor deve debater com os alunos, fazendo
algumas perguntas, para que eles pensem no assunto que será estudado e
busquem verificar o conhecimento prévio e suas concepções acerca de calor,
temperatura e coletor solar, objetivando aguçar a curiosidade inicial e
aprofundar o conteúdo proposto. Só então, o professor apresenta o projeto
completo que será trabalhado no decorrer das aulas.
3.1.1-Sugestões para questionamentos:
1) Calor e temperatura têm o mesmo significado?
2) O que você entende por temperatura?
3) O que você entende por calor?
4) Qual a temperatura média do corpo humano?
5) O cobertor aquece (esquenta)?
8
3.1.2- Sugestão de procedimentos
O professor deverá formar grupos, de no máximo 6 integrantes, para o
desenvolvimento das atividades de pesquisa e da construção do protótipo do
coletor solar e, após a conclusão do trabalho, poderão socializa-las com a
turma. Com isso, espera-se que os alunos se sintam estimulados a trabalharem
em grupo, contribuindo com sua socialização e buscando também desenvolver
um espírito de cooperação.
Ensinar ciências e, em especial, a Física deixa de ser a mera apresentação de conceitos e fórmulas e passa a ser um processo em que os estudantes se engajam na construção de seus conhecimentos, investigando situações coletando dados, levantando hipóteses, debatendo em busca de padrões que possam gerar uma explicação e, consequentemente, uma previsão, e propondo modelos explicativos. Paralelamente, ao permitir e propiciar o trabalho em grupo, enfatizando-se os aspectos da formação de autonomia moral, bem como instâncias ligadas aos modos de agir perante os problemas. (CARVALHO, 2010, p. 13).
Cada grupo, durante o processo de implementação do projeto, deverá
procurar: artigos, fotos e imagens sobre: Coletor Solar e Energias Renováveis,
para que seja feito um mural no dia da Mostra de Ciências.
3.2- AULA 2 (2 aulas)
3.2.1- Conteúdo: Um pouco da história do calor
3.2.2- Sugestão de procedimento
9
A História da Ciência faz parte de um quadro amplo que é a História da
Humanidade e, por isso, é capaz de mostrar a evolução das ideias e conceitos
nas diversas áreas do conhecimento. (PARANÁ/DCE, 2008, p.69).
Tendo consciência da importância da utilização didática da História da
Ciência, em sala de aula, será utilizado o texto abaixo:
A termodinâmica é a parte da Física que estuda o resultado das
mudanças das trocas de calor. “A palavra Termodinâmica é derivada das
palavras gregas thermé (calor) e dynamis (força)” (ROCHA, 2002, p.139).
A partir da tentativa de explicar o Calor surgiram duas teorias:
Na primeira, de acordo com alguns cientistas, o calor era um fluido que
passava de um corpo para o outro. Quando o corpo recebesse calor
esquentaria e quando perdesse calor esfriaria. Ou seja, “processo de
propagação do calor como se o calor fluísse de um corpo para outro se
estivessem, respectivamente, com temperatura mais alta e mais baixa”
(ROCHA, 2002, p.147). Essa teoria com o passar do tempo, foi chamada de
teoria do calórico.
Na segunda teoria outros cientistas utilizaram o método experimental.
Segundo eles, o calor resultaria do movimento das partículas do corpo. Quando
esse movimento aumentasse o corpo aqueceria e quando o movimento
diminuísse ele esfriaria, Ou seja, “ o calor resulta do movimento das partículas”
(ROCHA, 2002, p.149).
Segundo Rocha, no século XVII houve uma revolução científica, na qual
se estabeleceram os métodos da ciência experimental. Nos séculos XVIII e
XIX, época de mudanças sociais na Europa, o trabalho passa a ser mais bem
organizado, ocorrendo a divisão e especialização das tarefas. Com inovações
tecnológicas, a revolução industrial encorajou a atividade científica, sendo que
a partir do século XIX a Termodinâmica se estabelece.
No século XIX chega-se à conclusão de que calor é a energia que se
transfere de um corpo para outro pela diferença de temperatura entre eles,
”Calor é a energia que está sendo transferida de um sistema a outro em virtude
de uma diferença de temperatura” (TIPLER, 2006, p. 625).
Percebe-se, aqui, o quanto a teoria do calor evoluiu ao longo do tempo.
10
3.2.3- Sugestão de questões
Devem ser respondidas no caderno, a respeito do texto:
1) Qual o significado da palavra Termodinâmica?
2) Segundo o texto surgiram duas teorias na tentativa de explicar o calor:
O que dizia a primeira teoria? E a segunda?
3) O que se pode dizer da revolução industrial em relação à atividade
científica?
4) O que é calor?
5) Qual o conceito de temperatura?
3.3- AULA 3 ( 2 aulas)
3.3.1- Conteúdo: Temperatura e Equilíbrio Térmico
3.3.2- Sugestão de procedimento
O livro didático do aluno é um recurso que poderá ser utilizado:
Conexões com a Física (p. 18) onde serão trabalhados os conceitos de
Temperatura e Equilíbrio Térmico.
Temperatura é a grandeza física macroscópica associada ao grau de
agitação térmica média das partículas de um corpo ou de um sistema.
(SANT’ANNA, et al, 2010, p.18).
O livro didático Conexões com a Física, volume dois, conceitua
Equilíbrio Térmico como:
Quaisquer corpos colocados em um recipiente termicamente isolado tendem a um estado final em que suas partículas atingem o mesmo
11
nível de agitação térmica, ou seja, em que suas temperaturas se igualam. Nesse estágio, os corpos alcançam o estado de equilíbrio térmico (SANT’ANNA, et al, 2010, p.18).
Após a apresentação das teorias descritas, serão propostas as
atividades 2 e 3 da página de número 21(livro didático do aluno).
Na questão de nº 2 é trabalhada a transferência de energia térmica e
qual a condição necessária para haver essa transferência de energia térmica.
Na terceira questão, três cubos feitos de substâncias diferentes são
colocados num ambiente termicamente isolado. A partir disso são trabalhadas
as questões de energia térmica, equilíbrio térmico e diferença de temperatura
entre os cubos.
3.4- AULA 4 (4 aulas)
3.4.1- Conteúdo: Processos de Propagação do Calor: Condução,
Convecção e Radiação Térmica
Pensar a introdução do conteúdo conforme salienta Carvalho (2010,
p.39) “a ideia da problematização como sendo a prática de um diálogo entre
professor e aluno no início de cada aula para levantar suas concepções acerca
de determinado conceito científico”.
3.4.2- Sugestão de procedimento
O professor apresentará o tema de trabalho, bem como intermediará a
leitura, debate e discussão do texto.
12
Utilização da obra didática (Conexões com a Física), páginas 22 a 26
para o estudo dos processos de propagação do calor.
A condução térmica é um processo de propagação de calor que se realiza pela transmissão da agitação térmica de partículas de uma região a maior temperatura para partículas de uma região vizinha a menor temperatura. (Santana, et al, 2010, p. 22). A convecção térmica é um processo de propagação de calor que se caracteriza pelo transporte de matéria entre regiões de um sistema (corpo ou meio) e que acontece apenas em fluidos (líquidos e gases), pois o movimento de matéria se dá pela diferença de densidade. (Santana, et al, 2010, p.24). A radiação térmica é um processo de propagação de calor que se caracteriza pelo transporte de energia por meio de ondas eletromagnéticas (radiação infravermelha). Esse processo de transmissão de calor ocorre tanto no vácuo quanto em meios materiais. (Santana, et al, 2010, p. 25).
Após o debate e discussão serão propostas as atividades do livro,
página 29, questões 5, 6, 8 e 9.
A questão de nº 5 irá abordar a propagação de calor entre dois sistemas
e a questão nº 6 trabalha o porquê em dias quentes basta utilizar um lençol
para se cobrir e nos dias de frio intenso fazem-se necessários dois ou mais
cobertores.
Na questão de nº 8 veremos que a energia térmica proveniente do sol
propaga-se até à Terra por meio de ondas eletromagnéticas. Colocando-se
uma jarra metálica, contendo água, ao sol será observado um aumento da
temperatura, tanto da água quanto da jarra. Será feito o questionamento de
qual é o processo de transferência de calor do sol para a terra e se existe um
limite para o aumento da temperatura da jarra, e da água, enquanto elas
absorvem energia térmica proveniente do sol.
Na questão de nº 9 são descritas 4 situações nas quais deverá ser
identificado o principal tipo de propagação de calor (condução, convecção ou
radiação) que ocorre em cada uma delas.
A décima questão, página 31, (ENEM/MEC) trabalhará com o uso mais
popular de energia solar que é a utilizada para o fornecimento de água quente,
para uso doméstico. Traz a ilustração de um aquecedor solar de água
13
constituído de dois tanques pretos utilizados para absorver melhor a luz, dentro
de uma caixa termicamente isolada e com cobertura de vidro que tem por
função permitir a entrada de energia luminosa e impedir essa energia de sair.
Possui uma camada reflexiva onde a luz entra e volta para aquecer mais o
tanque. A atividade traz cinco alternativas devendo ser identificada a correta.
Poderá ser utilizado também o vídeo comentando a questão disponível
em http://bit.ly/16kE484.
Os grupos já separados farão uma pesquisa a respeito de:
- Aplicações dos processos de propagação de calor;
- Exemplos cotidianos nos quais seja possível observar as aplicações desses
processos;
- Se no coletor solar há alguma aplicação desses processos de propagação do
calor?
3.5- AULA cinco (2 aulas)
3.5.1- Conteúdo: Capacidade Térmica e Calor específico
3.5.2- Sugestão de procedimento
O professor poderá utilizar de diferentes meios que facilitem a aula
expositiva tais como a TV pendrive com o vídeo do Telecurso 2000 – Aula
23/50 – Física – Calor. Disponível no site: https://www.you tube .com /wat ch ?v
= vW0c4262a68
Conceito de Capacidade Térmica e Calor Específico segundo Tipler:
14
C é a capacidade calorífica, definida como a quantidade de energia transferida, através de aquecimento, necessária para elevar a temperatura de uma substância de um grau. O calor específico c é a capacidade calorífica por unidade de massa. (2006, p. 626).
3.5.3- Sugestão de atividades:
1) A capacidade térmica de um corpo A é maior do que a de um corpo B, mas
ambos possuem a mesma massa.
a) Qual deles possui maior calor específico?
b) Se ambos receberem a mesma quantidade de calor, qual deles sofrerá a
maior variação de temperatura? (CARRON e GUIMARÃES, 2003, p. 127).
2) Suponha que dois blocos, A e B, ambos de Zn, tenham massas mA e mB,
tais que mA>mB.
a) O calor específico de A é maior, menor ou igual ao de B?
b) A capacidade térmica de A é maior, menor ou igual à de B?
c) Se A e B sofrerem o mesmo abaixamento de temperatura, qual deles
liberará maior quantidade de calor? (MÁXIMO e ALVARENGA, 2009, p.
115)
3) Considere 1 Kg de água (cágua= 1 cal/gºC) e 1 Kg de Hg (cHg = 0,033
cal/gºC). Responda:
a) A capacidade térmica desta massa de água é maior, menor ou igual a do
Hg?
b) Cedendo-se a mesma quantidade de calor à água e ao Hg, qual deles
sofrerá maior elevação de temperatura?
c) Se a água e o Hg se encontrarem, inicialmente, ambos à temperatura de
60ºC, qual deles será mais eficiente para aquecer os pés de uma pessoa
em um dia de frio? (MÁXIMO e ALVARENGA, 2009, p. 115).
4) Uma esfera de ferro está inicialmente à temperatura de 30ºC. Ao receber
uma quantidade de calor de 600 calorias, sua temperatura passa para
34ºC.
a) Qual é a capacidade térmica da esfera?
15
b) Se a esfera receber uma quantidade de calor de 4.800 calorias, qual será a
variação de sua temperatura? (SAMPAIO e CALÇADA, 2005, p.194).
5) A temperatura de um corpo de 200g de massa aumenta 50ºC quando
recebe 800 cal. Calcule seu calor específico. (UENO, 2005, p. 156).
3.6- AULA 6 (2 aulas)
3.6.1- Conteúdo: Um pouco da história da energia solar e do
desenvolvimento do coletor solar.
3.6.2- Sugestão de procedimento
Será apresentada uma breve história de energia solar para leitura e
discussão que será intermediada pelo professor.
Para que as pessoas possam usufruir de uma melhor qualidade de vida
necessitam de energia, porém, não utilizamos frequentemente as energias
disponíveis na natureza, como a energia solar, conforme chama à atenção
Luiz:
É necessário começar a adotar imediatamente uma estratégia global visando aproveitar ao máximo a energia solar que é gratuita, atinge todos os recantos da terra e não produz poluição de espécie alguma, uma vez que ela esta enquadrada na própria natureza. (LUIZ, 1985, p. 8).
Vivemos numa era em que a tecnologia nos traz muitos benefícios e
comodidades, mas precisamos de dispositivos que utilizem energias mais
disponíveis na natureza com menor custo, ou seja, uma energia natural e ainda
que seja distribuída igualmente entre todas as regiões do mundo. A energia
16
solar é uma energia que não polui o meio ambiente podendo ser considerada
uma ótima opção para os próximos anos e para as próximas gerações.
“Com a chamada crise do Petróleo, entretanto, iniciada politicamente em
setembro do ano de 1973, alterou-se profundamente a tendência até então
existente do uso exclusivo desse combustível” (Manual de energia solar, 1978,
p.1). Essa crise levou o homem a repensar a sua forma de planejar o uso das
energias existentes na natureza e a perceber que um dia ela pode deixar de
existir, com isso, houve uma conscientização, uma volta às fontes renováveis
de energia.
Podemos citar alguns tipos de energias renováveis, como a energia do
mar, que provém de usinas nele instaladas, onde a água é armazenada na
maré alta e liberada na vazante, acionando-se as turbinas. A energia eólica que
ocorre pelo movimento das camadas de ar que são aquecidas pela luz do sol,
gerando uma quantidade de energia que é denominada de vento. Biomassa e
Biogás advindos da decomposição de resíduos orgânicos. Geotérmica, a
energia armazenada pelas altas temperaturas no interior da terra, que geram
vapor de água.
Segundo Bezerra é do período de 212 a.C que se tem notícia da
primeira aplicação, feita por Arquimedes, de energia solar. A conversão de
energia solar em energia mecânica acontece no ano de 1615, por um
engenheiro francês Salomon de Caux. “Entre 1906 e 1911 Frank Suman
construiu painéis solares com coletores planos” (BEZERRA, 2010, p. 50).
Ainda de acordo com Bezerra, o aquecimento de água por coletores
solares se desenvolve a partir da década de 70 no Brasil. Sendo que as
regiões Sul e Sudeste são as que mais o tem utilizado. “A substituição do
chuveiro elétrico pelos sistemas solares de aquecimento de água, via coletores
planos, representam uma contribuição de importância fundamental para o
sistema elétrico brasileiro” (BEZERRA, 2010, p. 55).
Dentro dessa proposta de energia solar, sugere-se que os coletores
térmicos possam gerar energia.
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Os coletores térmicos solares foram desenvolvidos a partir do momento que se percebeu a possibilidade de aproveitar a energia do sol para aquecer água. Com o passar dos anos os coletores foram sendo aperfeiçoados e junto com outras partes, reservatório canos e chuveiro, formaram o sistema solar de aquecimento de água. A energia irradiante, luz infravermelha, incide sobre a superfície preta dos coletores. A energia absorvida transforma-se em calor e aquece a água que esta no interior dos mesmos. Essa água aquecida, por ser mais leve, começa a se movimentar em direção à caixa, acima dos coletores, dando início a um processo natural de circulação chamado de termo-sifão, que dura enquanto houver uma boa irradiação solar. (SOCIEDADE DO SOL).
Os coletores solares são um sistema simples que utiliza a radiação
solar, a condução e a convecção térmica para o aquecimento da água. Em
países como o Brasil, no qual o clima é tropical e, em média, possui uma
temperatura de 20°C, a utilização dos coletores solares poderia ser mais
difundida, o que implicaria em uma economia de outras fontes de energia. “A
utilização de coletores solares para uso doméstico no aquecimento de água
pode representar uma economia de 30% a 40% na conta de energia elétrica
das residências” (BÔAS, et. al, 2010, p. 38).
Após a discussão, será solicitado aos alunos que escrevam o que
conhecem a respeito de energias renováveis e como eles podem contribuir
para a preservação das energias que utilizam em seu dia a dia.
3.7- AULA 7 (4 aulas)
3.7.1- VISITA À CASA INTELIGENTE
Será organizada uma visita aos Projetos de Racionalização de Energias
Renováveis da UNIOESTE – Universidade Estadual do Oeste do Paraná,
Campus Cascavel, como forma de conhecer um coletor solar, mostrando ao
aluno a utilização do equipamento, incentivando a promoção das várias formas
de energias renováveis.
18
Na visitação haverá um roteiro a ser seguido:
- Visita à Casa Inteligente;
- Visita aos Painéis Termo Solares;
- Visita à Usina de Biodiesel;
- Visita à Usina de Gaseificação de Biomassa.
Durante a visita os alunos deverão fazer anotações, pois, eles deverão
apresentar um relatório das observações feitas.
3.8- AULA 8 (12 aulas)
3.8.1- CONSTRUÇÃO PROTÓTIPO COLETOR SOLAR
A construção do protótipo do coletor solar será desenvolvido com os
alunos no contra turno, em 3 dias de 4 aulas cada.
Propondo a alternativa de trabalhar os conceitos teóricos junto com a
experimentação, será apresentado um modelo do protótipo do coletor solar e
cada grupo deverá montar um coletor. Conforme Pietrocola:
O objetivo é o de integrar os conceitos científicos com os temas tecnológicos e sociais, através de um formato que permite aos alunos tomarem decisões a respeito de que informações eles necessitam e de como eles podem utilizá-las. Tudo isso, é claro, sob a orientação e supervisão dos professores. (PIETROCOLA, 2001, p.191).
O modelo que será apresentado aos grupos se baseia no Manual
desenvolvido por José Alcino Alano, disponível em www.pr.gov.br/sema,
acesso em 7 de setembro de 2013.
19
3.9- AULA 9 (2 Aulas)
3.9.1- MOSTRA DE CIÊNCIAS
Fazer uma mostra dos coletores feitos por cada grupo nas dependências
do colégio com o objetivo de que os outros alunos do estabelecimento possam
estar vendo o trabalho realizado e seu funcionamento.
Preparar um mural com os Artigos, Fotos e Imagens de Coletores
Solares e de Energias Renováveis, pesquisados por cada grupo.
3.10- AULA 10 (1 Aula)
Concluída a implementação, os alunos irão debater em seus grupos, e
fazer uma mesa redonda com a exposição do aprendizado, dificuldades
encontradas e realizar troca de ideias entre grupos quanto à construção do
protótipo do coletor solar e dos conceitos físicos relacionados ao mesmo.
Apresentam-se situações reais que os alunos conhecem e presenciam, que estão envolvidas nos temas e, também, que exigem a introdução dos conhecimentos contidos nas teorias físicas para interpretá-las. Problematiza-se então o conhecimento que os alunos vão expondo, de modo geral, a partir de poucas questões propostas. Inicialmente discutidas num pequeno grupo, para depois serem exploradas as posições dos vários grupos com toda a classe, no grande grupo (PIETROCOLA, 2001, p.142).
Posteriormente, solicitar que cada aluno registre qual foi o
aproveitamento que obteve. Quais foram os conhecimentos adquiridos
(conteúdo) e se o que foi estudado em sala, e a construção do protótipo, têm
alguma relação com o seu dia a dia.
20
4. ANEXOS
4.1- ANEXO I
Autorização visita Casa Inteligente UNIOESTE:
No dia_____de___________de 2014, levaremos os alunos do 2ª A, para uma
visita de estudo na Casa Inteligente da UNIOESTE, no horário normal de aula.
O aluno deverá vir uniformizado, trazer a quantia de R$__________para o
transporte.
Eu_________________________________________ RG nº:_____________,
CPF nº________________________ autorizo meu (minha)
filho(a)_________________________________________a participar.
Alérgico à:___________________________________
Observações:____________________________________________________.
_____________________________________
Assinatura (fone).
4.2- ANEXO II
Protótipo do coletor solar.
O modelo será construído com garrafas PET e embalagens cartonadas longa
vida, de 1 litro.
Modelo que será apresentado aos grupos: Baseado no Manual desenvolvido
por José Alcino Alano.
Material Necessário para cada grupo:
“30 garrafas PET (Coca-Cola ou Pepsi cola);
21
25 Embalagens Cartonadas Longa Vida, de 1 litro;
6 metros de Cano de PVC de 20 mm¹/²”;
10 conexões T em PVC de 10 mm¹/²”;
Vasilhame plástico com corpo e tampa transparente, de 5 a 12 litros.
Ferramentas e peças necessárias para uso:
1 Fita de auto fusão;
1 Litro de tinta fosca, cor preta;
1 Rolo ou pincel para pintura;
1 Luva (par);
1 Estilete;
1 Cano de PVC de 100 mm com comprimento de 70 cm
1 Martelo de borracha;
1 Lixa d’água 100;
1 Cola para tubos de PVC com pincel em pote;
1 arco de Serra;
1 Tábua de madeira com 12 cm de comprimento;
5 Pregos;
1 Ripa 15 cm de comprimento;
1 Fita crepe com largura de 19 mm;
4 Conexões L (Luva) em PVC de 20 mm¹/²”;
2 Tampões em PVC de 20 mm¹/²”.
2 Niples de 1” de PVC branco com rosca externa. Diâmetro externo 32mm e
interno 25mm.
2 Luvas de PVC preto 1” com rosca interna para eletro dutos (prender os niples
ao reservatório).
4.2.1- PROCEDIMENTO PARA CONSTRUÇÃO:
- Retirar os rótulos das garrafas;
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- Com o cano de PVC 100 mm fazer um molde para retirar o fundo das
garrafas:
garrafa de Coca Cola 31 cm;
garrafa de Pepsi Cola 29 cm.
- Retirar o fundo de todas as garrafas;
- Lavar e secar as garrafas;
- Cortar as caixas Longa Vida e proceder com sua limpeza;
- Dobrar as caixas de forma que encaixem dentro da garrafa;
- Espalhar todas as embalagens planificadas sobre o chão forrado e pintá-las
todas de uma vez;
- Com a ripa de 150 cm fazer um molde, para corte dos tubos de PVC para as
colunas:
Garrafa de Coca Cola 105 cm;
Garrafa de Pepsi Cola 100 cm.
- Fazer o corte, 5 tubos
- Lixar as extremidades dos tubos;
- Isolar as extremidades dos tubos com fita crepe;
- Pintar os tubos com a mesma tinta utilizada nas caixas;
- Cortar tubos, também de 8,5 cm, para a ligação de uma coluna à outra. Não
necessitam de pintura;
- Utilizar a cola de PVC somente para colar as conexões ao T na parte superior
onde a água quente circulará, na parte inferior somente encaixar as conexões
ao T utilizando o martelo de borracha, utilizar um pedaço de ripa como apoio
para não bater o martelo diretamente nas conexões e nos tubos para não
danificá-los.
- Encaixar as garrafas umas nas outras, de cinco em cinco, simulando a
montagem, para identificar se há algum problema com as garrafas;
- Colar os tubos de PVC pintados aos Ts, que formam a parte superior (retirar a
fita crepe antes de encaixar os tubos nos Ts);
- Encaixar as primeiras garrafas PET, cada uma em sua coluna;
- Se houver garrafas parcialmente com rótulo ou resíduos de cola, girar a
garrafa com os resíduos para baixo;
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- Encaixar a embalagem longa vida com a face pintada voltada para cima, e
com as dobras para trás;
- Deixar o tubo de PVC por cima da embalagem longa vida;
- Para o encaixe de uma nova garrafa segurar o módulo pela parte superior,
para que as que já foram encaixadas não saião do alinhamento;
- Repetir o processo até a 5ª garrafa na coluna;
- Será necessário o gargalo de uma 6ª garrafa para vedar o fundo da 5ª
embalagem. Verificar o espaço que sobrou e cortar a garrafa com esta medida;
- Finalizar o módulo com o barramento inferior, que deverá ser encaixado na
coluna com o auxilio do martelo de borracha. Utilizar uma ripa de apoio, bater
no meio da conexão T que é a parte mais resistente do sistema.
- Aplicar, na primeira garrafa que está encostada na conexão T, um pedaço de
fita de auto fusão, ela isolará e colará o bocal na conexão T.
- Não deixar o painel sem água exposto ao sol, pois os tubos sem água
expostos ao sol poderão ser danificados;
- Tampar o cano inferior direito do aquecedor com um tampão de PVC;
- Tampar o cano superior esquerdo, do aquecedor, com um tampão de PVC”;
(ALANO, 2008, p. 4 a 25)
- “Cortar o eletro duto flexível, amarelo, em dois pedaços, um com 100 cm e
outro com 50 cm;
- Conectar uma das extremidades do eletro duto de 100 cm na lateral esquerda
do reservatório e a outra no cotovelo inferior esquerdo do coletor;
- Conectar uma das extremidades do eletro duto de 50 cm na lateral direita do
reservatório, e a outra ponta no cotovelo superior direito do coletor;
- Usar fita teflon nas pontas do eletro dutos” (Sociedade do sol).
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5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ALANO, J. A. Manual do Aquecedor Solar. Disponível em www.pr .gov
.br/sema, acesso em 07/09/2013.
BEZERRA, A. M. Pluralismo Energético. João Pessoa: Ed. Sal da Terra,
2010.
BÔAS, N. V. et. al. Física. V. 2, São Paulo: Ed. Saraiva, 2010.
BRASIL, Ministério da Indústria e do Comércio. Manual de Energia Solar,
Brasília, 1978.
CARRON, W.; GUIMARÃES, O. Física. São Paulo: Ed. Moderna, 2003.
CARVALHO, A. M. Ensino de Física: Coleção Ideias em Ação. São Paulo:
Ed.Cengage Learning, 2010.
GLOBO NEWS, Aquecedores Solares 30 a 40% de Economia de Energia.
Disponível em:
www.youtube.com/watch?feature=player_detailpage&v=a_03BG0x5D0. Acesso
em 23 de setembro de 2013.
LUIZ, A. M. Como Aproveitar a Energia Solar. São Paulo: Ed. Edgard
BlücherLtda, 1985.
MATAJS, R. R. Manual Experimental de Manufatura e Uso do Kit Didático
do aquecedor Solar de Baixo Custo KD ASBS, Elaborado por So Sol –
Sociedade do Sol.
MÁXIMO, A.; ALVARENGA, B. Física, V. 2, São Paulo: Ed. Scipione, 2009.
25
PARANÁ, Diretrizes Curriculares da Educação Básica: Física, Curitiba – PR:
SEED, 2008.
PIETROCOLA, M., (Org.); Ensino de Física: conteúdo, metodologia e
epistemologia numa concepção integradora. Florianópolis – SC: Ed. da
UFSC, 2001.
ROCHA, J. F.,(Org.); Origens e Evoluções das Ideias da Física. Salvador:
Ed Edufba, 2002.
SANT’ANNA, B. et. al. Conexões com a Física V. 2, São Paulo: Ed. Moderna,
2010.
TIPLER, P.A.; MOSCA, G. Física para Cientista e Engenheiros, V. 1, 5ª Ed.
Rio de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos S.A., 2006.
UENO, P. Física. São Paulo: Ed. Ática, 2005.
TELECURSO 2000 – Aula 23/50 Física – Calor. Disponível em
www.youtube.com/watch?v=vW0c4262a68. Acesso em: 26 de setembro de
2013.
www.pr.gov.br/sema. Acesso em 7 de setembro de 2013.
www.sociedadedosol.org.br. Acesso em 23 de março de 2013.
www.youtube.com/watch?feature=player_detailpage&v=a_03BG0x5D0. Acesso
em 23 de setembro de 2013.
