Atividade de Ciências: Construa um aquecedor solar de água com seus estudantes

Por trazer redução nos custos e aumento da eficiência energética, a instalação de sistemas para aproveitamento da energia solar em casas e prédios comerciais tem se popularizado no país. No entanto, como esse processo ocorre no caso do aquecimento da água de um chuveiro, por exemplo?

Para explicar como funciona a captação de energia térmica do sol nesse tipo de caso, Fernanda da Rocha Carvalho, professora de Física do Ensino Médio na Escola Estadual Profª Martha Figueira Netto da Silva, em São Paulo (SP), elaborou a atividade abaixo, que investiga o funcionamento de um aquecedor solar caseiro. Confira:

Atividade: Como funciona a captação de energia térmica solar 

Elabore com a turma um projeto de sistema que pode ser usado no cotidiano de suas casas e que ilustra um exemplo de uso da irradiação solar

Indicado para: 8º ano 

Materiais: 4 garrafas pet; 1 tinta preta; 1 massa epóxi; 1 balde; cano PVC; serrinha ou tesoura e termômetro. 

Na BNCC: EF08CI01 - Identificar e classificar diferentes fontes (renováveis e não renováveis) e tipos de energia utilizados em residências, comunidades ou cidades.

PASSO A PASSO

1. Problematize o tema com os alunos: Faça um levantamento dos conhecimentos prévios da turma sobre o tema da energia solar. Na sequência, pontue que o sol, além de nos fornecer luz natural, possui raios infravermelhos invisíveis, que são responsáveis pela radiação térmica. Logo, ele é capaz de fornecer calor aos seres humanos e a vários tipos de objetos, entre eles placas solares que são utilizadas em muitas residências para esquentar a água de um chuveiro ou de uma piscina, por exemplo. 

2. Exiba um vídeo explicativo: Depois da problematização e explicação inicial, apresente aos alunos o vídeo abaixo, que mostra o funcionamento básico de um aquecedor solar. Após a exibição, mobilize os alunos a encontrarem respostas para perguntas como: por que o sol é importante? Como ele consegue esquentar a água? Quais os benefícios da energia solar? A energia solar pode ser usada em casas?

3. Apresente a proposta do experimento: Após esse panorama geral, apresente a proposta de construção de um aquecedor solar caseiro feito com garrafas pet. Para isso, os alunos devem trazer os materiais listados nesta atividade para a sala de aula ou, no caso de aula remota, separá-los em casa. Também nesse último caso peça aos estudantes que convidem a família para colaborar na execução do projeto. Para o modelo híbrido, o professor pode optar pelo preparo do experimento em casa, finalizando a montagem em sala de aula com a interação entre os alunos.

4. Explique a montagem do aquecedor solar: Na aula ou por meio de um passo a passo sistematizado, mostre aos estudantes como construir o experimento. Primeiramente, eles devem pintar de preto as garrafas e os canos de PVC. Então, cortar uma circunferência nos fundos das garrafas pet de modo a deixar passar o cano PVC ou encaixar outra garrafa (observe a imagem 1 do experimento). Em seguida, devem fazer um furo no balde do tamanho do diâmetro do cano de PVC para a entrada e saída da água (observe a imagem 2 do experimento). Por fim, encaixar a primeira garrafa no cano de PVC e em seguida prender outra garrafa por baixo. Assim será feito para as quatro garrafas que vão compor duas colunas, que deverão ser acopladas por meio dos canos ao balde (observe a imagem 3 do experimento). A massa de epóxi pode ser usada para vedar a união entre os canos, garrafas e balde.

PONTO DE ATENÇÃO: O recipiente de água (balde) deve ser posicionado em um nível mais alto do que os coletores (sistema de garrafas). Esse desnível é necessário para garantir a circulação da água no coletor, que acontecerá pelo sistema de termossifão, que consiste em uma convecção natural induzida pela diferença de densidade entre a água quente e a fria. Uma vez iniciado o processo no coletor, a circulação é contínua, desde que haja radiação solar.

Material de apoio complementar: Apresente aos alunos outros experimentos similares que são, inclusive, adotados em escolas e prédios públicos: https://www.setorreciclagem.com.br/reciclagem-de-material-de-construcao-civil/aquecedor-solar-com-reciclaveis/

5. Oriente a observação do experimento e a coleta de dados: Após a construção do aquecedor solar, os alunos deverão posicionar o termômetro no balde e observar como a energia solar aquece a água. Para tanto, oriente os estudantes a manterem o experimento exposto ao sol e indique o preenchimento de uma tabela com os dados de temperatura da água em intervalos de três horas ao longo de um dia. Exemplo:

PONTO DE ATENÇÃO: Peça aos estudantes para marcarem os valores exatos depois das medidas de temperatura, sem arredondar números.

6. Solicite a criação de gráficos: Para ilustrar visualmente os achados do experimento, sugira a criação de gráficos que relacionem a temperatura da água em razão do tempo a partir do que observaram em seus sistemas térmicos. Para fazê-los, os alunos podem usar papel milimetrado ou montá-lo em um software como o Excel.

7. Sistematize as conclusões sobre o experimento: Peça que a turma apresente os relatos na montagem da atividade e o que foi observado na coleta de dados. Em forma de roda de conversa, os alunos poderão ser guiados com questões como: qual intervalo de horário teve maior variação de temperatura? Quais foram os principais aprendizados que obtiveram por meio da atividade? Aproveite esse momento para tirar eventuais dúvidas que persistirem.

8. Relacione o experimento com a teoria. Para finalizar, relembre os principais tópicos sobre o uso da energia térmica solar, relacionando-os com as conclusões suscitadas pelo experimento. Traga também alguns exemplos cotidianos de objetos que utilizam energia solar, tais como calculadora sem pilha, luminárias de jardim, brinquedos etc.

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