Projeto de extensão pretende melhorar eficiência térmica e obter baixo custo em protótipo para cozimento de alimentos

Desenvolver um fogão solar tipo estufa para utilização por comunidades mais distantes dos centros urbanos como opção ao GLP (Gás Liquefeito de Petróleo), o gás de cozinha, para cozinhar alimentos é o principal objetivo de um projeto de extensão desenvolvido no Centro de Energias Alternativas e Renováveis da Universidade Federal da Paraíba (CEAR/UFPB). 

A utilização de uma fonte natural de energia – a radiação solar – para uso no processo de cocção tem o potencial não só de gerar economia, mas de promover sustentabilidade e contribuir para diminuir o impacto ambiental ao reduzir a queima de combustíveis fósseis como o GLP. 

O protótipo, desenvolvido por um egresso do curso de Engenharia de Energias Renováveis, Cristiano José da Costa, e testado por duas alunas do curso que são integrantes de projeto de extensão vinculado ao Programa de Bolsas de Extensão (Probex), é do tipo caixa – confeccionada em madeira –, forrada em seu interior por materiais aluminizados, com uma cobertura de vidro transparente sobre a superfície refletora, gerando o “efeito estufa”. A luz solar entra na caixa pelo vidro e é convertida em calor, que é retido sob o vidro, possibilitando o cozimento de alimentos. A ideia, que usa o princípio da conversão térmica em seu funcionamento, vem sendo aperfeiçoada ao longo do tempo. 

Os primeiros fogões solares construídos no antigo Laboratório de Energia Solar da Universidade Federal da Paraíba, o LES, que se transformou no CEAR, foram estudados pelo professor Cleantho da Câmara Torres, em 1974, que naquela época chefiava o Laboratório.

Atualmente, a professora Taynara Geysa Silva do Lago, do Departamento de Engenharia de Energias Renováveis, do CEAR, coordena o projeto de extensão por meio do qual se busca a melhoria de eficiência térmica de um fogão solar por meio da aplicação de materiais com melhores propriedades. E além dos materiais, ela cita entre os fatores que aperfeiçoaram essa tecnologia, ao longo do tempo, as mudanças de conceitos como ponto focal e geometria dos protótipos para melhoria da área de captação e, consequentemente, aumento do gradiente térmico no interior do fogão. 

De acordo com a professora Taynara Lago, a eficiência do fogão solar obtida pelo projeto hoje gira em torno de 15 a 25%. O objetivo é alcançar pelo menos 30%, que seria o esperado conforme registros na literatura científica sobre o assunto, para esse tipo de fogão. Essa eficiência térmica representa a relação entre a energia solar incidente sobre o fogão e a energia efetivamente utilizada para aquecer o alimento ou a água. Todavia, as perdas de energia no processo representam um grande desafio. Por isso, um dos materiais que está sendo testado nos experimentos do projeto de extensão, para revestimento interno do fogão solar, é um isolante térmico produzido pelo Grupo 3TC. 

Dentro do fogão solar feito no âmbito do projeto de extensão, uma panela contendo água é utilizada como carga térmica para as medições de temperatura por meio de termopares (sensores de temperatura robustos e de baixo custo), medindo temperatura da água e do interior da caixa, além de medir parâmetros meteorológicos do ambiente como radiação solar, velocidade do vento e umidade relativa do ar. As medições foram realizadas a cada 20 minutos durante o período de maior incidência solar (900–1150 W/m²), segundo conta a estudante Heloísa David Albuquerque Diniz. 

Nos primeiros experimentos com o material isolante do Grupo 3TC, a água dentro da panela atingiu 95 °C, enquanto o interior do forno chegou a 97 °C. Sem o uso do isolante térmico, a água atingiu 75 °C e o interior do forno chegou a 80 °C, evidenciando um aumento de aproximadamente 20 °C na temperatura da água e de cerca de 17 °C na temperatura interna do forno devido ao uso desse isolante. Vale ressaltar que a temperatura do ar interno foi ligeiramente superior à da água devido à inércia térmica do fluido e às trocas de calor entre a panela e o ar interno. 

A estudante Hilary Victória do Nascimento Rebouças destaca, por outro lado, o intuito de alcançar um bom custo-benefício no desenvolvimento do protótipo. “Eu posso aumentar bem mais a eficiência com materiais mais caros. Mas por ser projeto de extensão, nós ficamos nessa balança. No Brasil temos muitas situações de vulnerabilidade social, então a ideia é buscar alternativas”, explica a aluna. 

Além disso, para implementar o fogão solar, os alunos tiveram a valiosa contribuição do servidor do antigo Laboratório de Energia Solar (LES) Aldair Estolano, conhecido como seu Didi, que tem grande experiência sobre a declinação solar em João Pessoa (PB). Ele colaborou em experimentos dos primeiros fogões solares do antigo LES. 

Recentemente, outros fogões solares foram desenvolvidos no CEAR. Em 2024, foram publicados, na ocasião do XII Congresso Nacional de Engenharia Mecânica, os artigos intitulados Construção e Análise Experimental do Forno Solar Tipo Parabólico de Baixo Custo; Desenvolvimento e Análise de Desempenho de um Protótipo de Forno Solar Fun Panel; e Avaliação do Desempenho de um Protótipo de Forno Solar de Configuração Tipo Caixa. De acordo com este último artigo, por exemplo, o forno solar tem sido uma ferramenta valiosa para cozinhar ou assar alimentos em países como China, Índia e Peru, e vem ganhando popularidade no Brasil, especialmente nas regiões áridas e semiáridas. 

Ainda conforme o artigo, o pioneiro no uso de um fogão solar moderno para o preparo de alimentos foi Horace de Saussure, que em 1767 construiu uma pequena caixa solar isolada com lã e cobertura feita de blocos de vidro, alcançando temperaturas de até 88 °C em seu interior, possibilitando o cozimento de frutas. 

Fogões solares do LES   

Em 1974, o professor Cleantho da Câmara Torres, do antigo Laboratório de Energia Solar (LES) da UFPB, desenvolveu três protótipos de fogões: um com concentrador parabólico formado por uma única peça, outro do tipo caixa quente e finalmente um terceiro com concentrador tronco-cônico.

O tipo caixa quente recebia uma cobertura de vidro transparente sobre a superfície refletora, o que permitia utilizar o “efeito estufa”. Posteriormente, já no segundo semestre do ano de 1977, por meio de um Convênio com o BNB, o Laboratório foi incumbido de desenvolver uma pesquisa para o desenvolvimento de um tipo de fogão destinado às atividades de camping e de um outro para aplicações rurais.

Foram estudados dois tipos de fogão, sendo um bem mais sofisticado, totalmente desmontável, inclusive com o concentrador formado por seis partes e um outro mais simples e rústico, com concentrador parabólico formado por uma única peça e que podia ser fixado ao solo por meio de uma haste vertical, destinado exclusivamente às atividades rurais.

O protótipo desmontável, assim como o protótipo destinado às atividades rurais, permite a sua orientação segundo os movimentos declinatório e azimutal, de modo que o foco do fogão permaneça na mesma posição em relação à panela. A orientação do fogão em relação ao movimento aparente do sol se fazia a cada 15/20 segundos, aproximadamente, e de forma manual.