A energia no ensino da física

Dissertação de mest. em Física, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Univ. do Algarve, 2004

Política de eficiência energética no Brasil

Aborda a política de eficiência energética praticada no Brasil, apresentando a sua evolução ao longo do tempo, com informações e resultados dos programas existentes, além de analisar propostas para aperfeiçoar a sua prática no País. O presente estudo se concentra nos setores elétrico e de derivados de petróleo e gás natural.

Certificação e eficiência energética em grandes edifícios de serviços

No conjunto dos equipamentos sociais, entendidos como centros de serviço aos cidadãos, é importante destacar as piscinas, que são infra-estruturas que representam uma importante mais-valia para os munícipes, na medida em que proporcionam um acréscimo na qualidade de vida daqueles que as procuram, quer para puro lazer como para prática de desporto ou mesmo para fins terapêuticos. No entanto, a este tipo de instalações está geralmente associado um elevado custo de exploração e manutenção, devido, em grande parte, a consideráveis consumos de energia e de água. São de destacar alguns fatores decisivos que estão na origem deste problema: Falta de preocupações de eficiência e de conservação de energia na conceção dos edifícios e dos sistemas de apoio energéticos; Elevadas necessidades de calor para aquecer grandes volumes de ar e/ou água durante todo o ano; Elevada taxa de ocupação dos recintos; Falta de preocupação e hábitos de poupança de energia e de água pelos utilizadores. Do ponto de vista estritamente económico, as piscinas municipais não são lucrativas, podendo dizer-se mesmo que representam um centro de custo permanente para as autarquias. Na melhor das hipóteses, as receitas de utilização poderão cobrir parte das despesas de exploração. Geralmente, a maior fatia da despesa está associada à fatura energética, sendo por isso vital a sua redução com vista a assegurar o funcionamento pleno e contínuo daquele tipo de infra-estruturas. Sendo um equipamento social e de recreio de uma população, torna-se necessário combater estes elevados custos não pelo acréscimo de valor pago por utilizador mas sim reduzindo os custos através da utilização racional do mesmo. Sendo o Mestrado que agora finalizo orientado para a problemática dos Edifícios, parece-me ser de grande interesse a utilização de um grande edifício como estes para finalizar o mesmo. Assim sendo este Estagio pressupõe a elaboração de uma análise técnica às Piscinas Municipais de Quarteira, bem como a sua Simulação Dinâmica no âmbito da Certificação Energética dos Edifícios. Esta análise será efetuada aos sistemas existentes no Complexo bem como tipo de utilização do mesmo. No Relatório será também exposta a metodologia utilizada bem como a análise económica e financeira às medidas de eficiência energética propostas para melhoria na utilização do edifício.

Dimensionamento de estacas baseado nos princípios da dinâmica de cravação do SPT

Este trabalho insere-se no domínio da calibração energética dos equipamentos SPT, dando seguimento ao disposto na norma EN ISO 22476-3, de aplicação obrigatória em Portugal. Para tal foi utilizada uma vara instrumentada, cuja instrumentação consiste em strain-gauges e acelerómetros piezoeléctricos. Esta instrumentação encontra-se fixa a um trecho de vara com comprimento de 60 cm e para a aquisição dos dados foi utilizado o sistema SPT Analyzer® comercializado pela firma PDI. O sistema permite registar os dados provenientes da instrumentação: sinais de um par de strain-gauges, transformados em registos de força (F1 e F2) e sinais de um par de acelerómetros, convertidos em registos de velocidade (V1 e V2) ao longo do tempo. O equipamento permite a avaliação, em tempo real, da qualidade dos registos e da energia máxima transmitida à vara em cada golpe e o conhecimento do deslocamento vertical do trem de varas ocorrido em cada golpe do martelo. Por outro lado, baseando-se no tema acima referido, pretende-se ainda desenvolver esforços no sentido de melhorar o novo método interpretativo dos resultados dos ensaios SPT e sua aplicação ao dimensionamento de estacas, dado que a previsão da capacidade de carga de estacas constitui um dos desafios da engenharia de fundações por requerer a estimativa de propriedades do solo, alterações pela execução da fundação e conhecimento do mecanismo de interacção solo-estaca. Este novo procedimento baseia-se nos princípios da dinâmica, rompendo com as metodologias até aqui consagradas, de natureza essencialmente empírica. A nova forma de interpretar os ensaios SPT, consubstanciada nos princípios de conservação de energia na cravação do amostrador SPT, irá permitir converter analiticamente o valor Nspt numa força dinâmica de reacção à penetração. A decomposição desta força dinâmica permite efectuar análises comparativas entre as resistências unitárias mobilizadas no amostrador SPT (modelo) e as mobilizadas na estaca (protótipo).

Reabilitação termo-higrométrica de edifícios de estabelecimentos de ensino construídos entre a década de 60 e 90

Em consequência da elevada permanência das pessoas em espaços interiores de edifícios, surge actualmente uma maior preocupação com o conforto térmico e qualidade do ar no seu interior. Apesar da grande evolução tecnológica dos sistemas de conservação de energia térmica e controle da qualidade do ar interior (QAI) na construção, os edifícios existentes acabam por não acompanhar essa evolução, apresentando um comportamento térmico e higrométrico que por vezes podem comprometer quer o conforto, quer a saúde e actividades dos seus utilizadores. Nos estabelecimentos de ensino, o comportamento termo-higrométrico assume um papel importante face à permanência diária de um grande número de crianças e jovens no seu interior. Com este estudo pretende-se caracterizar a qualidade do ambiente no interior de oito escolas, através de uma análise aos principais parâmetros de natureza higrotérmica de oito salas de aulas, tais como: a temperatura (ambiente e superficial), a humidade relativa (do ambiente e da superfície da envolvente exterior opaca), bem como o nível de escoamento do ar interior. Neste trabalho são apresentados os resultados das medições efectuadas em oito salas de aula que permitiram a comparação de características termo-higrométricas entre as respectivas escolas. É ainda apresentada a estimativa do nível de conforto térmico face às condições ambientais registadas, bem como a análise do risco de ocorrência de condensações interiores.

Análise de sensibilidade na simulação dinâmica de um grande edifício escolar existente

Dado o panorama de conservação de energia a nível nacional e mundial, torna-se hoje em dia muito importante, que seja possível controlar e estimar o consumo energético nos edifícios. Assim, atendendo à actual problemática energética e ao crescente consumo energético nos edifícios, é importante parametrizar, avaliar e comparar este consumo. Neste sentido, nas últimas décadas, têm sido efectuados desenvolvimentos técnicos, quer ao nível do equipamento de campo para efectuar monitorização e medição, quer ao nível da simulação dinâmica de edifícios. Com esta dissertação de mestrado, pretendeu-se efectuar a simulação dinâmica de um edifício escolar existente a funcionar em pleno, e efectuar uma análise de sensibilidade relativamente ao grau de variação dos resultados obtidos através da aplicação de dois programas de cálculo térmico e energético. Foram utilizados, o programa VE-Pro da IES (Integrated Environmental Solutions) e o programa Trace 700 da TRANE. Ambos os programas foram parametrizados com os mesmos dados de entrada, tendo em atenção as opções de simulação disponibilizadas por ambos. Posteriormente, utilizaram-se os dados retirados da simulação para calcular a classificação energética no âmbito do sistema de certificação energética (SCE), através de uma folha de cálculo desenvolvida para o efeito. Foram ainda consideradas várias soluções de eficiência energética para o edifício, com vista a poupanças reais de energia, tendo sempre atenção ao conforto térmico dos ocupantes. Dessas medidas fazem parte, medidas relacionadas com a iluminação, como a substituição da iluminação existente por luminárias do tipo LED (Light Emitting Diode), soluções de energias renováveis, como a instalação de colectores solares para aquecimento das águas quentes sanitárias, e painéis fotovoltaicos para produção de energia, bem como medidas ligadas aos equipamentos de climatização. Posteriormente, recalculou-se a classificação energética afectada das melhorias. Os resultados obtidos nas duas simulações foram analisados sob o ponto de vista do aquecimento, arrefecimento, ventilação, iluminação e equipamentos eléctricos. A comparação das duas simulações para cada parâmetro acima referido, apresentaram variações inferiores a 5%. O desvio maior verificou-se na ventilação, com o valor de aproximadamente 4,9%. Transpondo estes resultados para o cálculo do IEE (Índice de Eficiência Energética), verificou-se um desvio inferior a 2%.

Modelo de sacola quiral com superfície difusa : um estudo das propriedades dos hádrons

o modelo de sacola difusa é um modelo hadrônico que possui aspectos tanto do modelo de sacola do MIT (conservação da energia e momentum, energia de vácuo da QCD) quanto dos modelos de potencial relativísticos (confinamento obtido através de um potencial). O modelo desenvolvido também é um modelo quiral, com a propriedade única de que o campo piônico é suprimido no interior da sacola por meio de um potencial escalar, e no entanto a simetria quiral é preservada. O modelo também é único em que podese controlar o quanto o campo piônico pode penetrar no interior da sacola (em todos os outros modelos, os píons ou entram livremente na sacola ou permanecem totalmente excluídos de seu interior). Nós calculamos as massas do octeto fundamental dos bárions levando em conta as correções de centro de massa, troca de um glúon e troca de um píon. Também calculamos a constante de acoplamento píon-núcleon, a carga axial do núcleon, assim como os raios de carga, momentos magnéticos e fatores de forma eletromagnéticos do próton e do neutron. Exceto pelos fatores de forma eletromagnéticos, a concordância com os resultados experimentais foi excelente, e os resultados indicam que o campo piônico é suprimido somente na vizinhança do centro da sacola.

Efeito da anoxia e da recuperação sobre o metabolismo intermediário do caranguejo Chasmagnathus granulata alimentado com dieta rica em carboidratos ou proteínas

O caranguejo Chasmagnathus granulata (Crustacea, Decapoda, Grapsidae) apesar de ter evoluído de formas marinhas é uma espécie tipicamente estuarina, sendo dificilmente encontrada no mar. Em seu hábitat, o caranguejo permanece longos períodos fora da água, sendo considerado um animal tipicamente semiterrestre. As respostas fisiológicas às variações das concentrações de O2 incluem alterações significativas na ventilação, na circulação, no metabolismo e nas propriedades de afinidade da hemocianina pelo O2. Estudos anteriores comprovaram que em alguns tecidos específicos da carpa Carassius carassius ocorre redução significativa da síntese protéica mas no cérebro não ocorre a mesma resposta metabólica, sugerindo ser esta uma das estratégias de conservação de energia. Os resultados obtidos no presente estudo mostram que, após uma hora de anoxia, a glicose hemolinfática aumentou 3 e 4 vezes em animais alimentados com dieta rica em carboidratos (RC) e rica em proteínas (RP), respectivamente. Após três horas de recuperação, os níveis glicêmicos retornaram aos valores semelhantes aos do grupo controle em ambos os tratamentos alimentares. Após uma hora de anoxia, a concentração de glicose livre nas brânquias anteriores (BA) reduziu significativamente em animais alimentados com dieta RC (70%) e RP (60%). Nas brânquias posteriores (BP) de animais alimentados com dieta RC e dieta RP, a anoxia reduziu 64% e 54% (p<0,05), respectivamente. Estes valores mantiveram-se reduzidos durante o período de recuperação, tanto nas BA como nas BP. Em animais alimentados com dieta RP, as concentrações de glicogênio reduziram somente após três horas de recuperação, tanto em BA como em BP, entretanto,somente nas BA de animais alimentados com dieta RP houve um aumento de 118% (p<0,05) dos níveis de ATP na anoxia e 116% na recuperação aeróbica No hepatopâncreas, a síntese proteica reduziu 78% e 65% (p<0,05) na anoxia e recuperação em animais alimentados com dieta RP, respectivamente. Já nos animais alimentados com dieta RC, a síntese protéica no hepatopâncreas aumentou em 42%, na recuperação. No músculo de animais que receberam este tratamento alimentar, ocorreu um aumento de 213% (p<0,05) na síntese protéica durante o período de anoxia e uma redução de 12% durante o período de recuperação aeróbica. Em caramguejos alimentados com dieta RP, a síntese protéica reduziu na anoxia 57% nas BA e 36% nas BP. Na dieta RC houve um aumento de 13% da síntese protéica nas brânquias anteriores e 8% nas brânquias posteriores durante a recuperação. Portanto, a capacidade de síntese protéica no caranguejo C. granulata, está relacionada com a característica funcional e a capacidade metabólica do tecidos submetidos à anoxia e à recuperação aeróbica. Os resultados do presente estudo demonstram que durante a anoxia e a recuperação aeróbica no caranguejo C. granulata ocorrem ajustes metabólicos diferenciados. Estes ajustes também dependem dos tecidos analisados e das dietas administradas.

Transferência de calor combinando radiação e convecção no interior de dutos de geradores de vapor fumotubulares

Esta dissertação de mestrado considera a transferência de calor combinando convecção e radiação térmica no escoamento de gases participantes em dutos de seção circular. Partindo de uma metodologia geral, o trabalho enfoca principalmente os casos típicos de aplicação em geradores de vapor fumotubulares de pequeno e médio porte, em que gases em alta temperatura escoam através de um tubo mantido em temperatura uniforme. O escoamento é turbulento e o perfil de velocidade é plenamente desenvolvido desde a entrada do duto. A temperatura do gás, contudo, é uniforme na entrada, considerando-se a região de desenvolvimento térmico. Duas misturas de gases são tratadas, ambas constituídas por dióxido de carbono, vapor d’água e nitrogênio, correspondendo a produtos típicos da combustão estequiométrica de óleo combustível e metano. As propriedades físicas dos gases são admitidas uniformes em todo o duto e calculadas na temperatura de mistura média, enquanto que as propriedades radiantes são modeladas pela soma-ponderada-de-gases-cinzas. O campo de temperatura do gás é obtido a partir da solução da equação bidimensional da conservação da energia, sendo os termos advectivos discretizados através do método de volumes de controle com a função de interpolação Flux-Spline; as trocas de energia radiantes são avaliadas por meio do método das zonas, onde cada zona de radiação corresponde a um volume de controle. Em um primeiro passo, a metodologia é verificada pela comparação com resultados apresentados na literatura para a transferência de calor envolvendo apenas convecção e combinando convecção com radiação. Em seguida, discutem-se alguns efeitos da inclusão da radiação térmica, por exemplo, no número de Nusselt convectivo e na temperatura de mistura do gás. Finalmente, são propostas correlações para o número de Nusselt total, que leva em conta tanto a radiação quanto a convecção. Essa etapa exige inicialmente uma análise dos grupos adimensionais que governam o processo radiante para redução do número elevado de parâmetros independentes. As correlações, aplicáveis a situações encontradas em geradores de vapor fumotubulares de pequeno e médio porte, são validadas estatisticamente pela comparação com os resultados obtidos pela solução numérica.

Primeira lei da termodinâmica

Unidade 2

Equações fundamentais da termodinâmica

Apresenta as equações fundamentais da termodinâmica, considerando escoamento unidirecional, onde se conhecem as propriedades cinéticas e dinâmicas do fluido. Apresenta a lei da conservação de massa, expressa pela equação da continuidade e a equação de conservação de energia. Demonstra a aplicação das equações de balanço de massa e energia para bocais, processos de estrangulamento, turbinas, compressores e ejetores. Apresenta equações de eficiência para turbinas e compressores.

Termodinâmica aplicada: conceitos e definições

Apresenta a definição e revisão de alguns conceitos básicos sobre termodinâmica aplicada: sistema termodinâmico e volume de controle, exemplo de sistemas abertos, fechados, isolados e volume de controle; estado e propriedades de uma substância – fases (sólida, líquida ou gasosa), propriedades termodinâmicas extensivas e intensivas com apresentação de exemplos, definição de propriedade específica; Equilíbrio termodinâmico, processos e ciclos; energia potencial, cinética e interna; definições de calor e trabalho; lei da conservação da energia; definição e exemplo de cálculo de pressão; pressão manométrica, pressão absoluta, pressão manométrica; temperatura, lei zero da termodinâmica, equilíbrio térmico; descrição das unidades das grandezas físicas envolvidas nos processos – Sistema Internacional de Unidades (SI).

A influência do tipo de envidraçados e da inércia térmica dos materiais na prevenção de situações de sobreaquecimento no verão: uma análise baseada no RCCTE

A importância dos vãos envidraçados deve-se não só à sua contribuição para o isolamento térmico da habitação, mas também, por permitirem obter uma otimização dos ganhos solares, maximizando-os no inverno e minimizando-os no verão, contribuindo deste modo para a melhoria das condições de conforto e diminuição dos consumos energéticos. Sendo os vãos envidraçados elementos bastante favoráveis às trocas de calor, tornase necessário conhecer de que forma as diferentes soluções envidraçadas existentes no mercado, e proteções solares/oclusão noturna, podem influenciar o desempenho térmico dos edifícios. Com a crescente tendência de utilização do vidro na construção torna-se ainda mais importante uma escolha criteriosa das soluções para os vãos envidraçados. Este trabalho contribui para a avaliação da influência do tipo de envidraçados e da inércia térmica dos materiais, na prevenção de situações de sobreaquecimento no verão, com base no RCCTE (Regulamento das Características de Comportamento Térmico dos Edifícios), bem como para identificar a melhor relação custo/benefício das soluções. Como caso de estudo, considerou-se uma moradia unifamiliar, simulando diferentes soluções envidraçadas e analisado o seu impacto na moradia. A metodologia consistiu numa análise paramétrica e económica, sustentada no RCCTE e direcionada para a influência dos envidraçados na prevenção do sobreaquecimento no verão. Para a análise da viabilidade económica das soluções propostas, recorreu-se à metodologia definida pela ADENE (Agência para a Energia), pelo cálculo dos custos de exploração e períodos de retorno do investimento, e também o método VAL (Valor Atual Líquido) que pressupõe uma análise do investimento ao longo do tempo. Com este trabalho, conclui-se que um projeto cuidado dos vãos envidraçados e uma seleção criteriosa dos elementos construtivos, aliados a uma análise inerente ao custo/benefício, contribui significativamente para a escolha adequada das soluções construtivas a adotar, de forma a privilegiar o conforto térmico, o desempenho energético dos edifícios e a conservação de energia.

Análise da influência de superfícies refletivas nas perdas de calor de sistema térmicos

The use of reflective surfaces functioning as thermal insulator has grown significantly over the years. Reflective thermal insulator are materials that have several characteristics such as low emissivity, low absorptivity and high reflectivity in the infrared spectrum. The use of these materials has grown a lot lately, since it contains several important radioactive properties that minimize the heat loss of thermal systems and cooling systems that are used to block the heat on the roof of buildings. A system made of three surfaces of 316 stainless steel mirror was built to analyze the influence of reflective surfaces as a way to reduce the heat loss and thereby conserve the energy of a thermal system. The system was analyzed both with and without the presence of vacuum, and then compared with a system that contained glass wool between the stainless steel mirror walls, since this isolator is considered resistive and also broadly used around the world in thermal systems. The reflectivity and emissivity of the surfaces used were also measured in this experiment. A type K thermocouple was fixed on the wall of the system to obtain the temperature of the stainless steel mirror surfaces and to analyze the thermal behavior of each configuration used. The results showed an efficiency of 13% when the reflective surfaces were used to minimize the heat loss of the thermal system. However, the system with vacuum had the best outcome, a 60% efficiency. Both of these were compared to the system made of glass wool as a thermal insulator

Estudo do aproveitamento do rejeito da mineração de esmeraldas na produção de refratários conformados isolantes

Emerald mining is an important area of the economy in Brazil, country which is in second place among the exporting nations of this gem. Due to the process of extraction, a great amount of reject is generated. Since there is no appropriate destination, the reject is abandoned around the mining industries, contributing to environment degradation. Nowadays, some of the most relevant things to an industry in general are: energy conservation, cost reduction, quality and productivity enhancement. The production of isolating, transformed refractory materials achieves the sustainability dimension when protection of the environment is incorporated to such process. This work investigates the use of emerald mining rejects in the ceramic body of refractory materials, aiming at obtaining a product whose characteristics are compatible with commercial products and, at the same time, allow the use of such rejects to solve the environmental issue caused by its disposal in nature. X-ray fluorescence analysis show that the emerald reject obtained after the flotation to extract molybdenum and mica has 70% of silica and alumina (SiO2+Al2O3) and 21% of a basic oxides and alkaline metals and earthy alkaline mixture (Na2O, K2O, CaO e MgO). Because of the significant amount of silica and alumina present in the reject, four refractory ceramic bodies were prepared. Samples with a rectangular shape and dimensions 100x50x10 mm were pressed in a steel mold at 27,5 MPa and sintered at 1200ºC for 40 min. under environment atmosphere in a resistive oven. The sintered samples were characterized in relation to the chemical composition (FRX), mineralogical composition (DRX), microstructure (MEV) and physical and mechanical properties. The results indicate that the mixture with 45% of reject, 45% of alumina and 10% of kaolin presents a refractory quality of 1420ºC, dimensional linear variation below 2.00%, apparent specific mass of 1,56 g/cm3 and porosity of 46,68%, which demonstrates the potential use of the reject as raw material for the industry of isolating transformed refractory materials