Conheça o projeto de Energia Solar da EEF Prefeita Erna Heidrich classificado para a Feira Estadual de Matemática
A Rede Municipal de Ensino de Taió teve quatro projetos classificados para a Feira Estadual de Matemática, trabalhos estes que conseguiram classificação na etapa regional, realizada no último dia 14 em Santa Terezinha. Entre eles está o projeto “Energia Solar: Um estudo matemático da viabilidade de um sistema fotovoltaico na escola”, elaborado pelos alunos Breno Cauan Seiler e Leonardo Vinicius Busarello Adami, sob supervisão da professora Ilse Kohls Carlini. Os alunos, juntamente com os demais classificados, estiveram na Câmara de Vereadores na última segunda-feira (10/09) onde apresentaram ao líderes do Poder Legislativo Municipal os seus respectivos trabalhos, frisando que todos os cálculos e formas foram utilizadas com o intuito de tornar a escola mais sustentável e para que o modelo de aprendizado da matéria se torne ainda mais atrativo.
Conheça o projeto na íntegra:
INTRODUÇÃO
Nós, da Escola de Ensino Fundamental Prefeita Erna Heidrich, juntamente com a nossa turma, 9º ano 2, desenvolvemos este projeto com a intenção de demonstrar uma forma alternativa e sustentável da produção de energia com recursos naturais, como a energia solar. Na atualidade, o Brasil produz muito de sua energia a partir de usinas hidrelétricas e termoelétricas as quais poluem, destroem o habitat natural de diversas espécies bem como a ocupação de grandes áreas territoriais pelas represas usando recursos não renováveis diferentemente de outra fonte de energia as quais causam menos impacto ao meio ambiente, a exemplo a energia fotovoltaica.
A mesma foi descoberta em 1838, por Alexandre Edmond Becquerel. Becquerel estava fazendo experimentos com eletrodos e percebeu que, quando expostos ao sol, a corrente de energia aumentava. Em 1877, William Grylls Adamn e seu aluno Richar Evans Day descobriram que quando o silício era exposto ao sol, gerava eletricidade, desta forma, foram os primeros a criar uma célula fotovoltaica de silício. Em 1950, os painéis solares foram usados nos satélites Americanos e Russos. A partir da década de 70, o preço dos painéis solares se tornaram mais acessíveis à população, com quedas de até 80% do custo inicial. Já na atualidade, há a disponibilidade de placas fotovoltaicas para converter a energia solar em energia elétrica em residências, garagens, edifícios, entre outros, favorecendo o uso excessivo de recursos naturais.
A partir dos estudos realizados em sala de aula dos diferentes tipos de energia, percebemos que é possível o aproveitamento de uma fonte de energia que é renovável, econômica e viável. Diante dessa situação, foi analisado a fatura de energia elétrica da Escola de Ensino Fundamental Prefeita Erna Heidrich, onde constatou-se um alto consumo de energia elétrica mensal. A partir desta verificação, surgiu a ideia de desenvolver um projeto interdisciplinar entre Inglês, Ciências e Matemática com o intuito de estudar a viabilidade de implantação de um sistema fotovoltaico nesta escola.
Esse projeto foi iniciado no primeiro semestre de 2018 no laboratório de informática de nossa escola, pesquisado em livros e sites da internet. O objetivo deste trabalho é apresentar as vantagens ambientais e econômicas para o usuário desta forma de energia fazendo um estudo matemático da viabilidade de implantação de um sistema fotovoltaico na escola.
CAMINHOS METODOLÓGICOS, RESULTADOS E DISCUSSÃO
O presente trabalho foi desenvolvido por nós alunos do 9º ano 2, no período matutino, da Escola de Ensino Fundamental Prefeita Erna Heidrich, juntamente de nossos 21 colegas de classe e os professores das disciplinas de Matemática, Ciências e Língua Estrangeira Inglês, com o objetivo de demonstrar uma forma limpa e sustentável de produção de energia. Com base nos dados obtidos em nossos estudos, fizemos alguns levantamentos da energia gasta mensalmente em nossa escola.
O primeiro passo para o desenvolvimento do trabalho foi saber o quanto se gasta e se paga pela energia elétrica consumida na escola. Para isso, entramos em contato com o administrador da escola e pedimos as faturas de energia elétrica da mesma com o intuito de fazer um levantamento de dados que nos permite saber o quanto se consome de energia elétrica.
Usando as faturas de energia elétrica dos meses de abril/2018 e julho/2018, fizemos o cálculo do consumo médio mensal no período de maio/2017 até maio/2018, usando para isso a média aritmética simples, conforme podemos verificar no cálculo a seguir:
Usando os valores desse consumo, construímos um gráfico de colunas para visualizar de forma mais clara quais os meses do período estudado em que o consumo foi superior à média de 6666 kWh.
Um gráfico foi construído com auxílio da planilha eletrônica. Nele, podemos perceber que os meses em que o consumo de energia elétrica na escola é maior do que a média são agosto/2017, novembro/2017, março/2018, abril/2018 e maio/2018. Podemos perceber que os meses com o maior consumo, são justamente os meses mais quentes onde os condicionadores de ar, nas 21 salas de aula ficam ligados durante as 8 horas de aula do dia.
Na sequência, fizemos a construção de uma tabela, que tem por objetivo demonstrar o consumo de cada mês, custo de cada mês, consumo per capta e custo per capta. Para determinar os valores em reais, tomamos como base o mês de abril de 2018 e a partir desse, usando a regra de três simples, determinamos o valor em reais dos demais meses. Os resultados foram tabelados e estão apresentados na tabela.
A etapa seguinte do trabalho foi realizar uma pesquisa com aos alunos matriculados de 6º ao 9º ano dos turnos matutino e vespertino da E.E.F. Prefeita Erna Heidrich, fazendo as seguintes perguntas: 1) Você conhece a energia solar? 2) Quantos de vocês usam esse tipo de energia em sua casa? 3) Vocês conhecem alguns benefícios do uso da energia solar? 4) Vocês sabiam que o Brasil está localizado na faixa tropical o que diminuiria o custo de instalação? Todos os resultados foram tabulados e, com auxílio da Planilha eletrônica, construímos alguns gráficos.
Percebe-se que ainda falta esclarecimento de como usar outras formas de energia que não agridem o meio ambiente. Portanto, apresentamos um estudo de implantação de um sistema fotovoltaico. A maneira mais simples para saber a potência ideal de um sistema fotovoltaico para a compensação de energia é o popular talão de luz ou fatura mensal de energia elétrica. As primeiras informações importantes são a localização do município em relação às coordenadas geográficas (para análise do recurso solar), o valor do consumo médio mensal, preço pago por quilowatt – hora e o tipo de ligação à rede (monofásico, bifásico, trifásico). A partir desta informação, calculamos a energia de compensação. Energia de compensação = energia de consumo médio – custo de disponibilidade. Aplicando a expressão matemática, temos:
Para calcular o pico de potência fotovoltaico e determinar o número de módulos, dividimos o consumo de energia diário em kWh/dia pelo tempo de exposição solar. Esse dado foi obtido a partir de um de um gráfico de dados Solari métricos em que HSP= Horas de Sol Pico, disponível no link: Cresesb sun data do Ministério de Minas e Energia. Verificou-se a irradiação solar do município de Taió – SC. A partir das coordenadas geográficas, o mesmo apresenta a triangulação que são as três localidades mais próximas de nossa cidade, sendo este o município de Ibirama. A Média anual no plano horizontal é de 4,01kWh/m2/dia. Então, aplicamos as expressões matemáticas:
PARA CALCULAR O NÚMERO DE MÓDULOS:
Estima-se 184 módulos ou painéis de 330W ou 330WP para serem instaladas sobre o telhado do ginásio da escola que apresenta uma área de 600m² (40m x 15m). Considerando que as placas fotovoltaicas utilizadas apresentam as medidas 2,0m x 1,0m as mesmas têm uma dimensão de 2,0 m2. As placas devem estar orientadas à norte, portanto, temos área suficiente para a instalação das 184 placas considerando que elas ocuparão no telhado uma área de 368m² dos totais 600m² disponíveis, restando ainda uma área livre de 232m².
Depois desse procedimento, buscamos informações sobre o Payback- Tempo de retorno do investimento, expresso matematicamente por: ( ) em que I é o Investimento, E é a Energia Gerada (kWh/mês) e T = Valor da tarifa gerada (R$), sofrendo ainda as variações de aumentos tarifários da energia elétrica. O custo total de instalação é de R$ 229.846,44 e a partir desse investimento, podemos calcular o tempo de retorno financeiro usando a expressão citada acima. Na tabela 2 temos os valores de investimento e os valores de retorno financeiro, num período de dez anos a partir da data de instalação. Essa tabela nos permite estimar o tempo em que a implantação do sistema se paga e passa a gerar lucro financeiro para quem implanta o sistema fotovoltaico.
CONCLUSÕES
O sol, além de manter a vida na Terra, é uma abundante fonte de energia limpa e renovável. A partir das pesquisas bibliográficas, entrevistas e palestra com especialista na área da engenharia elétrica, concluímos que a irradiação solar apresenta um grande potencial energético que poderá ser utilizado por meio de sistemas fotovoltaicos de captação de energia luminosa (os fótons) e convertidos em energia elétrica. Essa energia contribui para a redução da conta de energia elétrica e permitirá um planejamento dos gastos com a fatura de energia elétrica a longo prazo. Verificamos o consumo de energia da escola em relação ao número de alunos e funcionários durante o período de 12 meses. Embora os custos de implantação desse sistema seja bastante elevado, temos uma perspectiva de retorno total dos investimentos entre 5 a 10 anos, sendo que sua durabilidade é de 25 anos ou mais anos. Com a aplicação deste projeto foram desenvolvidos vários conceitos matemáticos interdisciplinar com outras áreas do conhecimento como Ciências e a Língua Estrangeira-Inglês. Diante de tantos problemas ambientais, como a falta de água, longo período de seca e crescente consome de energia, é importante e necessário utilizar uma tecnologia inovadora que não agrida o planeta, melhora a qualidade de vida e reduz a produção de gases poluentes. Concluímos então que, é viável a implantação de um sistema fotovoltaico em nossa escola, pois os números comprovam tal, além de ser uma energia renovável, ela também traz uma economia significativa na conta de energia.
REFERÊNCIAS
Clarissa Debiazi Zomer. Método de estimativa da influência do sombreamento parcial na geração energética de sistemas solares fotovoltaicos integrados em edificações. 2014. Tese (Doutorado em Programa de Pos-Graduacao em Engenharia Civil) – Universidade Federal de Santa Catarina, Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior. Orientador: Ricardo RÜTHER.
a)https://pt.slideshare.net/LuryanFPs/energia-solar-45722447 Acesso: 11/06/2018 16:53
b)http://web.ist.utl.pt/palmira/solar.html Acesso: 18/06/2018 15:22
c)http://www.sbem.com.br/enem2016/anais/pdf/8315_4124_ID.pdf Acesso: 18/06/2018 15:54
d)https://pt.solar-energia.net/historia Acesso: 18/06/2018 15:54
e)https://www.enelt.com.br Soluções em engenharia. Acesso: 18/06/2018 9:55.
f)https://www.portalsolar.com.br/…/historia-da-energia-solar-… Acesso: 22/05/2018 15:47 MELLO,
g) http://www.aneel.gov.br/Acesso : 13/07/2018.
h) http://www.cresesb.cepel.br/ Acesso em 04/06/2018
Trabalho desenvolvido com a turma 9º ano 2, da Escola Ensino Fundamental Prefeita Erna Heidrich, pelos alunos: Ana Beatriz Bond; Beatriz Lehmkuhl; Breno Cauan Seiler; Cris Kellen Ronkosky; Danielli Vestewig; Daniel Preis Ramos; Daniel Zanluca; Dionata Preis Ramos; Eduardo Pedroso Panciera; Eric Ezequiel Andrecovicz; Estevão De Jesus; Fabiola Farias Da Silva; Gustavo Manoel De Jesus; Iohana Haira Aniceto Baade; Janderson Machado; Jessica Seiler; João Vitor Carlini; Julio Cesar De Campos; Kaylaine Yasmim Dos Santos; Laisa Maise Maia; Leonardo Vinicius Busarello Adami; Lucas Tamanini Erkmann.
Dados para contato:
Expositor: Breno Cauan Seiler; e-mail: seilerbreno001@gmail.com;
Expositor: Leonardo Vinicius Busarello Adami e-mail: adami.leonardo001@gmail.com;
Professor Orientador: Ilse Kohls Carlini; e-mail: ilse07.carlini@gmail.com
Agradecemos a todos os professores envolvidos, alunos e a Escola de Ensino Fundamental Prefeita Erna Heidrich
