sábado, 8 de outubro de 2011

O FOGÃO SOLAR NA ATIVIDADE HUMANA

UTILIZAÇÃO DA ENERGIA RENOVÁVEL NA COCÇÃO DE ALIMENTOS
Uma contribuição ao desenvolvimento sustentável


Eng. ARNALDO MOURA BEZERRA, M.Sc.

INTRODUÇÃO
          Captar a energia solar e utilizá-la no preparo dos alimentos é hoje uma prática que tem encontrado adeptos notadamente nos países como o Peru, Índia e China, entre outros.
          Estudos realizados pela comunidade científica internacional tem evidenciado em seus relatórios que somente na Índia e na China o número de fogões solares em operação supera a casa das 100.000 unidades.
          Solar Cookers International (SCI) desenvolveu e vem financiando um extenso programa no Kenia possibilitando a aquisição de fogões solares para mais de 15.000 famílias que vivem nos campos de refugiados.
           A UNESCO mantém um projeto para construção de fogões solares (UNESCO Funds Solar Cooking Project in Zimbabwe), em cooperação com o Departamento de Energia de Zimbabwe e o Centro de Desenvolvimento Tecnológico da Universidade de Zimbabwe.
No Peru o emprego do fogão solar está sendo desenvolvido pela Peru Children´s Trust sob a orientação de Manuel e Gay Reynaga, utilizando a mão de obra de 100 crianças pobres na construção de fogões solares objetivando principalmente reduzir o consumo de lenha e de gás, destinados ao preparo dos alimentos. Este Projeto, de cunho social importante, tem ainda como finalidade oferecer assistência às famílias daquelas crianças no que diz respeito á saúde, educação, orientação religiosa além de promover a iniciativa de pequenos negócios na área da agricultura e na fabricação de tijolos de barro.

POPULARIZAÇÃO DO FOGÃO SOLAR
O emprego do fogão solar como uma alternativa energética na cocção dos alimentos e atualmente uma alternativa ecologicamente importante e correta, quando se sabe que de acordo com o Manual for Solar Box Cooker´s , publicado por Technology for Life, da Filândia, cerca de dois terços da população mundial ( 2 bilhões de pessoas), dependem diariamente de lenha para satisfação de suas necessidades energéticas direcionadas para a utilização domiciliar ( cocção de alimentos e aquecimento). Isto representa nos dias atuais um desmatamento anual das florestas tropicais da ordem de 20.000 a 25.000 Km2.
Esta ocorrência se dá exatamente entre as populações que habitam as regiões tropicais, portanto em áreas propícias ao uso da energia solar onde a incidência solar chega, em alguns casos, a um potencial de 1 Kw/m2.

VANTAGENS DO USO DO FOGÃO SOLAR
A principal vantagem do uso do fogão solar é a disponibilidade de energia gratuita e abundante, além da ausência de chamas, fumaça, perigo de explosão, incêndios etc.
A energia calorífica concentrada na zona focal do fogão é suficiente para fornecer as calorias necessárias à ebulição da água, cozinhar, assar, fritar, aquecer alimentos etc.
Não seria de mais enfatizar que o uso sistemático do fogão solar somente trará benefícios para o usuário, principalmente os de baixa renda que habitam as zonas rurais. Por outro lado a sua frequente utilização representa uma contribuição inestimável a fauna e a flora, hoje tão comprometidas com o desmatamento inconseqüente e predatório na busca de lenha, gravetos e materiais outros destinados a produção de energia térmica.
O emprego da energia solar não apenas na cocção de alimentos mas ainda no aquecimento de água, secagem de produtos agropecuários etc, evidencia uma prática ecologicamente correta que não deve ser negligenciada.

DESVANTAGENS DO USO DO FOGÃO SOLAR
Diferentemente dos sistemas que operam segundo a conversão térmica da radiação solar, o fogão exige para o seu funcionamento a presença da radiação solar direta, isto é, céu claro e sem nebulosidades, já que trata-se de um sistema que opera segundo a reflexão desta radiação.
Por esta razão é que as áreas potencialmente utilizáveis estão situadas nas zonas do semiárido nordestino e regiões outras de características semelhantes e preferencialmente onde há ocorrência de desmatamento para alimentação de fogões a lenha, bastante utilizados na zona rural.
Nas regiões litorâneas o emprego do fogão solar somente terá justificativa nas atividades de camping e atividades outras correlatas.
A utilização do fogão solar nas áreas potencialmente propícias dar-se-á praticamente durante todo o dia sendo o intervalo correspondente entre 9 e 15 horas o que melhor se adequa à sua utilização.

OPERACIONALIDADE DO FOGÃO SOLAR
A literatura especializada faz referência a diversos tipos de fogões sendo os mais empregados os de concentrador parabólico, muito embora todos eles sejam sistemas diretamente orientados para o sol.
Iremos portanto fixar o nosso estudo unicamente nos concentradores parabólicos cuja eficiência térmica é bastante superior aos demais referidos na literatura.
A construção do concentrador parabólico tem por base o traçado geométrico da parábola cuja equação em coordenadas cartersianas retangulares referida ao eixo de simetria e a tangente no vértice vem dada por: y2 = 2px.
Por esta razão as propriedades da parábola são de fundamental importância para um bom desempenho do fogão dando origem a uma zona focal onde toda a radiação incidente no concentrador parabólico converge para este foco onde a temperatura assume o seu valor máximo.
Considerando o movimento aparente do sol em sua eclítica, o funcionamento correto do fogão exige o seu respectivo direcionamento em relação ao sol, o que será feito em intervalos aproximados de 20 minutos segundo a posição do sol em seu movimento azimutal e declinatório. Estes dois movimentos poderiam ser automatizados conforme o sol vai mudando de posição porém isto representaria um custo adicional que deverá ser evitado.

TEMPERATURA NO FOCO DO SISTEMA
A temperatura a ser obtida no foco do fogão solar depende basicamente de sua orientação correta, do grau de acabamento a ser dado ao paraboloide, do material que comporá a superfície refletiva e do respectivo fator de concentração.
De um modo geral as temperaturas obtidas se situam entre 100 e 393oC para fatores de concentração variando entre 2,5 e 24, aproximadamente onde o valor máximo se refere a uma superfície refletiva formada por segmentos de espelho planos.
No caso do mylar e do alumínio comercial polido manualmente, as temperaturas máximas obtidas entre 10 e 12 horas do dia com a radiação variando de 1,21 a 1,37 cal/cm2.min foram as seguintes:
  • Mylar ......300oC
  • Alumínio .250oC
O material mais indicado para compor a superfície refletiva é o alumínio com alto grau de polimento, muito embora existam outros materiais como o mylar (um tipo de plástico autoadesivo), que tem o inconveniente de ser importado, portanto de custo elevado, logo não aconselhável.
O vidro espelhado de dois milímetros de espessura seria ideal porém tem o inconveniente de sua fragilidade além de não ser suficientemente flexível para se adaptar à superfície curvada do paraboloide o que dá origem a dispersões energéticas.
Um protótipo de fogão solar com superfície refletiva formada por segmentos de espelhos planos de 2 mm de espessura e distância focal de 40 centímetros e fator de concentração 24, resultou numa temperatura da ordem de 350 oC, aferida segundo um termômetro digital tipo SALVTERM 1200 K.

O objetivo deste protótipo foi unicamente testar o vidro espelhado como elemento refletivo.
A confirmação prática da temperatura foi obtida fundindo-se 200 gramas de chumbo num intervalo de dois minutos. Sabendo que o ponto de fusão do chumbo se dá a uma temperatura de 327oC, conclui-se que a temperatura no foco do fogão foi de no mínimo igual a temperatura de fusão do chumbo.
A fotografia abaixo refere-se ao protótipo de fogão solar construído em fibra de vidro e revestimento refletivo formado por segmentos de espelho plano de 2mm de espessura. O cálculo teórico da temperatura na imagem de Gauss com base na equação de Stephan Boltzman resultou em 393oC. para uma potência solar utilizável da ordem de 0,5 KW/m2 o que corresponde a uma energia de 430 Kcal/m2.h.

CONCLUSÃO
           Os ensaios feitos para determinação da temperatura no foco do fogão solar para uma superfície refletiva de alumíno e de mylar, como era de se esperar, os maiores valores registrados referiram-se ao mylar.
           Comparando-se os valores médios obtidos, verificou-se que o mylar apresentou temperaturas bem mais significativas ficando o revestimento de alumínio polido artesanalmente em segundo lugar.
            O distanciamento verificado no que se refere à temperatura no foco do fogão solar com relação aos dois materiais empregados é facilmente explicável.  Em primeiro lugar utilizou-se calha de alumínio comercial normalmente empregado na construção civil portanto sem a pureza e o grau de polimento necessário para operar como superfície refletiva. Em segundo lugar o polimento obtido de forma artesanal deixou muito a desejar já que não se dispunha de meios materiais mais eficiente para obter o polimento desejado.

O alumínio polido com um grau de pureza e acabamento desejáveis é sem dúvida o material que mais se adapta para a formação da superfície refletiva dos fogões solares à concentração, não somente por ser um material leve, de fácil maneabilidade e principalmente considerando-se que dependendo do grau de polimento obtido a reflexão da radiação solar é superior a 80% da radiação incidente.
Feitas estas considerações é importante lembrar que o material refletivo não é o único fator importante a ser considerado.
As condições atmosféricas locais, a correta orientação do paraboloide em relação à posição do sol, as perdas térmicas por convecção etc, também são importantes na obtenção da temperatura do fogão e portanto devem ser levadas em consideração.

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BIBLIOGRAFIA
1*- UNESCO, Funds Solar Cooking Project in Zimbabwe
2* - SCI – Solar Cookers International
3* - Peru Children`s Trust
4* - Solar Cooking FAQ
5* - Solar Cooking Plans
6 - Arnaldo Moura Bezerra – Aplicações Térmicas da Energia Solar- 3a Edição Editora Universitária – UFPb – 1998
6 – J.ªDuffie, W.ªBeckman – Solar Engineering of Thermal Processes – John Wiley & Sons – New York - 1980
*) Matéria constante da internet


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