Obstáculos epistemológicos no estudo do calor

O propósito deste trabalho é identificar obstáculos epistemológicos no processo de construção de conceitos físicos relacionados ao calor, a partir da epistemologia de Gaston Bachelard. A pesquisa foi desenvolvida, tendo como público alvo, estudantes de terceira série no ensino médio de uma escola pública de Belém. Para a identificação de obstáculos epistemológicos, foi elaborado um questionário de respostas abertas, o qual foi aplicado, primeiramente em uma turma, objetivando a validação do instrumento de investigação. Esse teste orientou a reformulação do questionário para posterior aplicação em outras turmas. As respostas possibilitaram três diferentes estratégias de análise: na primeira focalizou a presença de obstáculos epistemológicos sem restringir alunos ou questões, a partir do qual foi identificada a presença de obstáculo substancialista, experiência primeira, conhecimento geral, verbal, realista e animista; a segunda foi orientada para detectar obstáculos epistemológicos revelados por cada estudante, em todo o conjunto de questões, onde foi verificada a presença de pelo menos um obstáculo epistemológico no conjunto de respostas de cada estudante; a terceira buscou relacionar cada questão (tópico) com os correspondentes obstáculos epistemológicos, onde foi verificado que os obstáculos da experiência primeira e substancialista estavam presentes em respostas de quase todos os tópicos abordados, e os obstáculos do conhecimento geral, verbal, realista e animista, estão presentes em menor freqüência. Na tentativa de contribuir com a melhoria do Ensino de Física, o trabalho apresenta algumas sugestões aos professores, buscando a superação desses obstáculos pelos estudantes.

Fluxos de calor no dossel vegetativo e infiltração de água no solo, em floresta tropical

Este estudo analisou as variações sazonais e anuais dos fluxos de calor sensível e latente, armazenados pelo dossel vegetativo de floresta tropical úmida, bem como a taxa de infiltração de água no solo em duas parcelas experimentais, uma com exclusáo de chuva e outra submetida às condições reais de precipitação pluvial. Os dados aqui usados foram obtidos do projeto ''Estudo da Seca da Floresta (ESECAFLOR), subprojeto do Experimento de Grande Escala da Biosfera-Atmosfera na Amazônia (LBA), conduzido na reserva florestal de terra firme em Caxiuaná, PA. Os dados de temperatura e umidade relativa do ar foram coletados no perfil da floresta amazônica, em intervalos de 8 m, deSde a superfície até 32 m, durante o ano de 2008, em intervalos horários, para se determinar os fluxos de calor sensível e latente armazenados nos período chuvoso (fevereiro, março e abril) e menos chuvoso (setembro, outubro e novembro). Os resultados indicaram que o fluxo de calor sensível armazenado no dossel da floresta no ano de 2008, foi 167,93 W m-2 e o fluxo de calor latente armazenado foi de 5184,38 W m-2. A taxa de infiltração de água do solo na floresta foi reduzida drasticamente nos primeiros minutos do início do experimento, independentemente das condições de umidade do solo e, em seguida, ela apresentou comportamento quase constante ao longo do tempo.

Aplicação de sensoriamento remoto na análise espaço-temporal das ilhas de calor e ilhas de frescor urbanas no município de Belém - Pará, nos anos de 1997 e 2008

A urbanização tem provocado variações locais em diversos elementos climáticos, dentre eles o aumento da temperatura do ar, provocando o aparecimento de porções do espaço com temperaturas maiores do que as áreas ao seu entorno, o que se chama de ilhas de calor urbanas. Dentre as causas do surgimento das ilhas de calor, a retirada da cobertura vegetal é o mais relevante. A finalidade deste trabalho foi identificar, através da técnica de sensoriamento remoto, as ilhas de calor urbanas e as ilhas de frescor urbanas na área continental do Município de Belém, assim como a variação da cobertura vegetal, comparando os resultados dos anos de 1997 e 2008, a fim de revelar uma possível relação entre a variação da cobertura vegetal e as ilhas de calor e ilhas de frescor urbanas. Para desenvolver esta pesquisa, recorreuse a imagens termais do sensor TM para determinação dos valores de temperatura, assim como dados de temperatura do ar observados nas estações: climatológica convencional de Belém (2o. DISME/INMET), meteorológica sinótica de Val-de-Cans e meteorológica sinótica automática de Belém (2o. DISME/INMET). A cobertura vegetal foi determinada também com uso das imagens do sensor TM, com as bandas 3,4 e 5. De acordo com os resultados obtidos, concluiu-se que em 2008 houve um aumento das ilhas de calor urbanas, principalmente nos bairros localizados nas áreas da Avenida Augusto Montenegro e Rodovia Arthur Bernardes, e redução das ilhas de frescor em diversas partes da área continental de Belém, em decorrência da ausência da cobertura vegetal, em relação ao ano de 1997. Também foi possível identificar que na área de estudo, houve uma redução da cobertura vegetal existente em 2008 em comparação a 1997, redução essa que ocorreu principalmente na área que está além da 1ª Légua Patrimonial do município de Belém, no eixo compreendido entre a Avenida Augusto Montenegro e a Rodovia Arthur Bernardes, ampliando a área urbana e o aumento da temperatura, que favoreceu a expansão de ilhas de calor.

Determinação do calor específico de ligas AlCu produzidas em um dispositivo de solidificação unidirecional vertical ascendente

O conhecimento das propriedades termofísicas é de fundamental importância para o estudo de ligas metálicas obtidas por solidificação,uma vez que esta se relaciona de forma direta com o coeficiente de transferência de calor na interface metal/molde. Assim, o Grupo de Pesquisa em Metalurgia e de Meio Ambiente – GAPEMM da Universidade Federal do Pará desenvolve uma linha de pesquisa que propõe um conjunto de técnicas e procedimentos que visa determiná-las. Por outro lado, sabe-se que existe uma correlação significativa entre processo, estrutura e propriedades de um material obtido por solidificação, visto que a distribuição de soluto em uma liga metálica ocorre de maneira não uniforme. A maneira como ocorre solidificação e a quantificação das variáveis envolvidas no processo têm influência fundamental nas propriedades do material. O presente trabalho utilizou ligas Al-Cu (Al-2%Cu, Al-5%Cu e Al-8%Cu) obtidas por solidificação unidirecional vertical ascendente, realizado através de um dispositivo projetado, construído e aferido pelo GAPEMM. Através destas, pretende-se fazer um estudo do calor específico à medida que a frente de solidificação se afasta da chapa molde bem como com o aumento do teor de soluto. Para isso, foi utilizada uma técnica conhecida na literatura como Lei de Resfriamento de Newton, a qual possibilita através das curvas de temperatura x tempo determinar as temperaturas necessárias para o cálculo do calor específico.

Influência da convecção termossolutal na transição colunar/equiaxial em ligas Al-Si sob condições unidirecionais e transitórias de extração de calor

A relação entre macroestrutura e propriedades mecânicas de um material tem sido objeto de intensa investigação pois o tamanho dos grãos, a orientação cristalina e a distribuição dos mesmos exercem influência direta no comportamento mecânico dos produtos acabados. Assim, o entendimento dos fatores que influenciam a formação das zonas estruturais coquilhada, colunar e equiaxial nos materiais fundidos como, por exemplo, o sistema de liga, composição da liga, temperatura de vazamento, temperatura do molde, material do molde, coeficientes de transferência de calor na interface metal/molde, taxa de resfriamento, gradientes térmicos, dimensão da peça, presença de convecção no líquido, transporte de soluto, etc é de fundamental importância para a melhoria da eficiência do processo de fundição envolvido. Com base no conhecimento dos princípios termofísicos em que essas zonas são formadas, é possível manipular de forma bastante razoável a estrutura dos produtos fundidos e, conseqüentemente, as propriedades mecânicas dos mesmos. Tendo como principal foco a análise da mudança da zona colunar para a equiaxial, este trabalho apresenta um estudo teórico-experimental sobre a transição colunar/equiaxial (TCE) das ligas hipoeutéticas Al- 3%Si, Al-7%Si Al-9%Si solidificadas unidirecionalmente em um dispositivo horizontal refrigerado a água sob condições transientes de fluxo de calor. A condição de contato térmico na superfície de extração de calor foi padronizada como sendo polida. Os perfis térmicos foram medidos em diferentes posições do lingote e os dados foram armazenados automaticamente. Um método numérico é utilizado na determinação de variáveis térmicas de solidificação como coeficientes de transferência de calor na interface metal/molde (h_i), velocidades das isotermas liquidus (V_L), gradientes térmicos (G_L) e taxas de resfriamento (T_R) que influenciam diretamente a referida transição estrutural. Os resultados teóricos e experimentais apresentaram boa concordância. Um estudo comparativo entre os resultados obtidos neste trabalho e valores propostos na literatura para analisar a TCE durante a solidificação unidirecional vertical ascendente sob condições transientes de extração de calor das ligas investigadas, também é apresentado.

Influência dos parâmetros térmicos de solidificação na transição colunar/equiaxial em ligas do sistema Sn-Pb sob condições transitórias de extração de calor

O principal objetivo deste trabalho é desenvolver um estudo teórico/experimental sobre a influência dos parâmetros térmicos de solidificação (V _L e T) na transição colunar/equiaxial das ligas Sn 5%Pb, Sn 15%Pb, Sn 20%Pb e Sn 25%Pb sob condições de solidificação unidirecional horizontal refrigerada à água. Inicialmente, são calculadas experimentalmente as velocidades da isoterma líquidus e as taxas de resfriamento das ligas em questão cujos resultados são comparados com as previsões teóricas de um modelo numérico. Em seguida, a posição da transição colunar/equiaxial é determinada por meio da análise macroestrutural assim como são avaliados os efeitos impostos por correntes convectivas devido ao efeito do soluto no comportamento da transição colunar/equiaxial das referidas ligas. Finalmente, é realizado um estudo experimental comparativo para as ligas estudadas quando solidificadas unidirecionalmente em diferentes sistemas refrigerados à água.

Equilíbrio líquido-líquido dos sistemas biodiesel de castanha do Brasil + metanol + (glicerina ou água): determinação experimental e modelagem termodinâmica

O biodiesel é definido como sendo uma mistura de monoésteres de ácidos graxos derivados de gorduras animal ou óleos vegetais, obtido por meio do processo de transesterificação com alcoóis de cadeia curta. Durante a sua produção é utilizada uma quantidade em excesso de álcool e um catalisador para favorecer a reação de formação dos ésteres; desta forma a corrente de saída do reator contém o catalisador, o álcool que não reagiu e os produtos da transesterificação, biodiesel e glicerina, formando um sistema bifásico; dependendo do grau de solubilidade desses compostos, pode haver quantidades de biodiesel na fase rica em glicerina e quantidades de glicerina na fase rica em biodiesel. Durante o processo de purificação do biodiesel é necessário executar uma lavagem com água, para promover a retirada do catalisador e impurezas do produto de interesse. Devido à quantidade de compostos envolvidos na produção e purificação é essencial conhecer os dados de equilíbrio líquido-líquido para poder predizer as proporções em que os compostos coexistem e, posteriormente, proceder com a purificação sob condições adequadas para obtenção do biodiesel com maior rendimento e auxiliar no projeto do reator e sistemas de separação. Os objetivos desse trabalho foram produzir o biodiesel a partir de uma planta oleaginosa nativa da região, a castanha do Brasil (Bertholletia excelsa H. B. K.) e, determinar dados de equilíbrio líquido-líquido (ELL) para os sistemas ternários: biodiesel de castanha do Brasil + metanol + glicerina e biodiesel de castanha do Brasil + metanol + água nas temperaturas de 30°C e 50°C. O biodiesel produzido foi inicialmente caracterizado segundo as normas da Agência Nacional de Petróleo (ANP) utilizando métodos físico-químicos. Os dados obtidos foram posteriormente correlacionados com os modelos termodinâmicos NRTL e UNIQUAC para o calculo do coeficiente de atividade de cada componente na fase liquida, com estimativa de novos parâmetros de interação energética. Os resultados obtidos com a modelagem foram satisfatórios, e foi observado que o modelo NRTL representou melhor os dados experimentais.

Aplicação de Zr/Ti-PILC no processo de adsorção de Cu(II), Co(II) e Ni(II) utilizando modelos físico-químicos de adsorção e termodinâmica do processo

The aim of this investigation is to study how Zr/Ti-PILC adsorbs metals. The physico-chemical proprieties of Zr/Ti-PILC have been optimized with pillarization processes and Cu(II), Ni(II) and Co(II) adsorption from aqueous solution has been carried out, with maximum adsorption values of 8.85, 8.30 and 7.78 x10^-1 mmol g^-1, respectively. The Langmuir, Freundlich and Temkin adsorption isotherm models have been applied to fit the experimental data with a linear regression process. The energetic effect caused by metal interaction was determined through calorimetric titration at the solid-liquid interface and gave a net thermal effect that enabled the calculation of the exothermic values and the equilibrium constant.

Análise computacional do fenômeno de transferência de calor em paredes divisórias do tipo dry wall

O presente trabalho visa a fornecer uma contribuição ao estudo dos perfis formados a frio sob altas temperaturas, em conseqüência da deflagração de um incêndio. Especificamente, abordam–se assuntos inerentes ao fenômeno da transferência de calor em paredes do tipo steel frame – dry wall com ou sem isolamento térmico na cavidade. Para tanto, propõem–se modelos computacionais capazes de fornecer, com certa precisão, o valor de temperatura em qualquer ponto do sistema estudado. Dessa forma, é possível, então, traçar configurações de distribuição de temperatura (uniforme ou não–uniforme) na seção transversal dos montantes que constituem o painel, fornecendo subsídios para análise de estabilidade e pós–flambagem dos elementos estruturais em questão. As simulações numéricas de transferência de calor são efetuadas com auxílio dos programas computacionais ABAQUS e SAFIR, ambos baseados no método dos elementos finitos.

Comportamento higroscópico de partes aéreas de pimenta-de-macaco (Piper aduncum L.)

Isotermas de dessorção de pimenta-de-macaco foram determinadas pelo método gravimétrico estático nas temperaturas de 35, 45 e 55 ºC, com umidade relativa variando de 5,5-81%. Três modelos matemáticos foram aplicados para analisar os dados experimentais. O modelo de GAB modificado apresentou o melhor ajuste aos dados experimentais. O calor isostérico e a entropia diferencial foram determinados pela aplicação das equações de Clausius-Clapeyron e Gibbs-Helmholtz, respectivamente. O calor isostérico e a entropia da isoterma de dessorção apresentaram comportamento similar. A teoria da compensação entalpia-entropia foi aplicada às isotermas indicando que o mecanismo de dessorção de umidade das partes aéreas de pimenta-de-macaco é controlado pela entalpia.