2

IntroduçãoPor muito tempo, a educação profissional foi desprezada e considera-

da de segunda classe. Atualmente, a opção pela formação técnica é festejada, pois alia os conhecimentos do “saber fazer” com a formação geral do “conhe-cer” e do “saber ser”; é a formação integral do estudante.

Este livro didático é uma ferramenta para a formação integral, pois alia o instrumental para aplicação prática com as bases científicas e tecnológicas, ou seja, permite aplicar a ciência em soluções do dia a dia.

Além do livro, compõe esta formação do técnico o preparo do professor e de campo, o estágio, a visita técnica e outras atividades inerentes a cada plano de curso. Dessa forma, o livro, com sua estruturação pedagogicamente elaborada, é uma ferramenta altamente relevante, pois é fio condutor dessas atividades formativas.

Ele está contextualizado com a realidade, as necessidades do mundo do trabalho, os arranjos produtivos, o interesse da inclusão social e a aplicação cotidiana. Essa contextualização elimina a dicotomia entre atividade intelectual e atividade manual, pois não só prepara o profissional para trabalhar em ati-vidades produtivas, mas também com conhecimentos e atitudes, com vistas à atuação política na sociedade. Afinal, é desejo de todo educador formar cidadãos produtivos.

Outro valor pedagógico acompanha esta obra: o fortalecimento mútuo da formação geral e da formação específica (técnica). O Exame Nacional do Ensino Médio (ENEM) tem demonstrado que os alunos que estudam em um curso técnico tiram melhores notas, pois ao estudar para resolver um pro-blema prático ele aprimora os conhecimentos da formação geral (química, física, matemática, etc.); e ao contrário, quando estudam uma disciplina geral passam a aprimorar possibilidades da parte técnica.

Pretendemos contribuir para resolver o problema do desemprego, pre-parando os alunos para atuar na área científica, industrial, de transações e comercial, conforme seu interesse. Por outro lado, preparamos os alunos para ser independentes no processo formativo, permitindo que trabalhem durante parte do dia no comércio ou na indústria e prossigam em seus estu-dos superiores no contraturno. Dessa forma, podem constituir seu itinerário formativo e, ao concluir um curso superior, serão robustamente formados em relação a outros, que não tiveram a oportunidade de realizar um curso técnico.

Por fim, este livro pretende ser útil para a economia brasileira, aprimo-rando nossa força produtiva ao mesmo tempo em que dispensa a importação de técnicos estrangeiros para atender às demandas da nossa economia.

3

Por que a Formação Técnica de Nível Médio É Importante? O técnico desempenha papel vital no desenvolvimento do país por meio da criação de

recursos humanos qualificados, aumento da produtividade industrial e melhoria da quali-dade de vida.

Alguns benefícios do ensino profissionalizante para o formando:

• Aumento dos salários em comparação com aqueles que têm apenas o Ensino Médio.

• Maior estabilidade no emprego.

• Maior rapidez para adentrar ao mercado de trabalho.

• Facilidade em conciliar trabalho e estudos.

• Mais de 72% ao se formarem estão empregados.

• Mais de 65% dos concluintes passam a trabalhar naquilo que gostam e em que se formaram.

Esses dados são oriundos de pesquisas. Uma delas, intitulada “Educação profissional e você no mercado de trabalho”, realizada pela Fundação Getúlio Vargas e o Instituto Votorantim, comprova o acerto do Governo ao colocar, entre os quatro eixos do Plano de Desenvolvimento da Educação (PDE), investimentos para a popularização da Educação Profissional. Para as empresas, os cursos oferecidos pelas escolas profissionais atendem de forma mais eficiente às diferentes necessidades dos negócios.

Outra pesquisa, feita em 2009 pela Secretaria de Educação Profissional e Tecnológica (Setec), órgão do Ministério da Educação (MEC), chamada “Pesquisa nacional de egressos”, revelou também que de cada dez alunos, seis recebem salário na média da categoria. O per-centual dos que qualificaram a formação recebida como “boa” e “ótima” foi de 90%.

Ensino Profissionalizante no Brasil e Necessidade do Livro Didático Técnico

O Decreto Federal nº 5.154/2004 estabelece inúmeras possibilidades de combinar a formação geral com a formação técnica específica. Os cursos técnicos podem ser ofertados da seguinte forma:

a) Integrado – Ao mesmo tempo em que estuda disciplinas de formação geral o aluno também recebe conteúdos da parte técnica, na mesma escola e no mesmo turno.

b) Concomitante – Num turno o aluno estuda numa escola que só oferece Ensino Médio e num outro turno ou escola recebe a formação técnica.

c) Subsequente – O aluno só vai para as aulas técnicas, no caso de já ter concluído o Ensino Médio.

Com o Decreto Federal nº 5.840/2006, foi criado o programa de profissionalização para a modalidade Jovens e Adultos (Proeja) em Nível Médio, que é uma variante da forma integrada.

4

Em 2008, após ser aprovado pelo Conselho Nacional de Educação pelo Parecer CNE/CEB nº 11/2008, foi lançado o Catálogo Nacional de Cursos Técnicos, com o fim de orientar a oferta desses cursos em nível nacional.

O Catálogo consolidou diversas nomenclaturas em 185 denominações de cursos. Estes estão organizados em 13 eixos tecnológicos, a saber:

1. Ambiente e Saúde2. Desenvolvimento Educacional e Social3. Controle e Processos Industriais4. Gestão e Negócios5. Turismo, Hospitalidade e Lazer6. Informação e Comunicação7. Infraestrutura8. Militar9. Produção Alimentícia10. Produção Cultural e Design11. Produção Industrial12. Recursos Naturais13. Segurança.

Para cada curso, o Catálogo estabelece carga horária mínima para a parte técnica (de 800 a 1 200 horas), perfil profissional, possibilidades de temas a serem abordados na formação, possibilidades de atuação e infra-estrutura recomendada para realização do curso. Com isso, passa a ser um mecanismo de organização e orientação da oferta nacional e tem função indu-tora ao destacar novas ofertas em nichos tecnológicos, culturais, ambientais e produtivos, para formação do técnico de Nível Médio.

Dessa forma, passamos a ter no Brasil uma nova estruturação legal para a oferta destes cursos. Ao mesmo tempo, os governos federal e estaduais pas-saram a investir em novas escolas técnicas, aumentando a oferta de vagas. Dados divulgados pelo Ministério da Educação apontaram que o número de alunos matriculados em educação profissional passou de 993 mil em 2011 para 1,064 milhões em 2012 – um crescimento de 7,10%. Se considerarmos os cursos técnicos integrados ao ensino médio, esse número sobe para 1,3 millhões. A demanda por vagas em cursos técnicos tem tendência a aumentar, tanto devido à nova importância social e legal dada a esses cursos, como também pelo crescimento do Brasil.

5

Comparação de Matrículas BrasilComparação de Matrículas da Educação Básica por Etapa e Modalidade – Brasil, 2011 e 2012.

Etapas/Modalidades de Educação Básica

Matrículas / Ano2011 2012 Diferença 2011-2012 Variação 2011-2012

Educação Básica 62 557 263 62 278 216 –279 047 –0,45Educação Infantil 6 980 052 7 295 512 315 460 4,52%• Creche 2 298 707 2 540 791 242 084 10,53%• Pré-escola 4 681 345 4 754 721 73 376 1,57%Ensino Fundamental 30 358 640 29 702 498 –656 142 –2,16%Ensino Médio 8 400 689 8 376 852 –23 837 –0,28%Educação Profissional 993 187 1 063 655 70 468 7,10%Educação Especial 752 305 820 433 68 128 9,06%EJA 4 046 169 3 861 877 –184 292 –4,55%• Ensino Fundamental 2 681 776 2 516 013 –165 763 –6,18%• Ensino Médio 1 364 393 1 345 864 –18 529 –1,36%

Fonte: Adaptado de: MEC/Inep/Deed.

No aspecto econômico, há necessidade de expandir a oferta desse tipo de curso, cujo principal objetivo é formar o aluno para atuar no mercado de trabalho, já que falta traba-lhador ou pessoa qualificada para assumir imediatamente as vagas disponíveis. Por conta disso, muitas empresas têm que arcar com o treinamento de seus funcionários, treinamento este que não dá ao funcionário um diploma, ou seja, não é formalmente reconhecido.

Para atender à demanda do setor produtivo e satisfazer a procura dos estudantes, seria necessário mais que triplicar as vagas técnicas existentes hoje.

Podemos observar o crescimento da educação profissional no gráfico a seguir:

Educação ProfissionalNº de matrículas*

1 362 2001 250 900

1 140 3881 036 945

927 978780 162

2007 2008 2009 2010 20122011

Fonte: Adaptado de: MEC/Inep/Deed.

* Inclui matrículas de educação profissional integrada ao ensino médio.

As políticas e ações do MEC nos últimos anos visaram o fortalecimento, a expansão e a melhoria da qualidade da educação profissional no Brasil, obtendo, nesse período, um crescimento de 74,6% no número de matrículas, embora esse número tenda a crescer ainda mais, visto que a experiência internacional tem mostrado que 30% das matrículas da educação secundária correspondem a cursos técnicos; este é o patamar idealizado pelo Ministério da Educação. Se hoje há 1,064 milhões de estudantes matriculados, para atingir essa porcentagem devemos matricular pelo menos 3 milhões de estudantes em cursos técnicos dentro de cinco anos.

6

Para cada situação pode ser adotada uma modalidade ou forma de Ensino Médio pro-fissionalizante, de forma a atender a demanda crescente. Para os advindos do fluxo regular do Ensino Fundamental, por exemplo, é recomendado o curso técnico integrado ao Ensino Médio. Para aqueles que não tiveram a oportunidade de cursar o Ensino Médio, a oferta do PROEJA estimularia sua volta ao ensino secundário, pois o programa está associado à for-mação profissional. Além disso, o PROEJA considera os conhecimentos adquiridos na vida e no trabalho, diminuindo a carga de formação geral e privilegiando a formação específica. Já para aqueles que possuem o Ensino Médio ou Superior a modalidade recomendada é a subsequente: somente a formação técnica específica.

Para todos eles, com ligeiras adaptações metodológicas e de abordagem do professor, é extremamente útil o uso do livro didático técnico, para maior eficácia da hora/aula do curso, não importando a modalidade do curso e como será ofertado.

Além disso, o conteúdo deste livro didático técnico e a forma como foi concebido refor-ça a formação geral, pois está contextualizado com a prática social do estudante e relaciona permanentemente os conhecimentos da ciência, implicando na melhoria da qualidade da formação geral e das demais disciplinas do Ensino Médio.

Em resumo, há claramente uma nova perspectiva para a formação técnica com base em sua crescente valorização social, na demanda da economia, no aprimoramento de sua regulação e como opção para enfrentar a crise de qualidade e quantidade do Ensino Médio.

O Que É Educação Profissional?O ensino profissional prepara os alunos para carreiras que estão baseadas em ativi-

dades mais práticas. O ensino é menos acadêmico, contudo diretamente relacionado com a inovação tecnológica e os novos modos de organização da produção, por isso a escolari-zação é imprescindível nesse processo.

Elaboração dos Livros Didáticos TécnicosDevido ao fato do ensino técnico e profissionalizante ter sido renegado a segundo pla-

no por muitos anos, a bibliografia para diversas áreas é praticamente inexistente. Muitos docentes se veem obrigados a utilizar e adaptar livros que foram escritos para a graduação. Estes compêndios, às vezes traduções de livros estrangeiros, são usados para vários cursos superiores. Por serem inacessíveis à maioria dos alunos por conta de seu custo, é comum que professores preparem apostilas a partir de alguns de seus capítulos.

Tal problema é agravado quando falamos do Ensino Técnico integrado ao Médio, cujos alunos correspondem à faixa etária entre 14 e 19 anos, em média. Para esta faixa etária é preciso de linguagem e abordagem diferenciadas, para que aprender deixe de ser um sim-ples ato de memorização e ensinar signifique mais do que repassar conteúdos prontos.

Outro público importante corresponde àqueles alunos que estão afastados das salas de aula há muitos anos e veem no Ensino Técnico uma oportunidade de retomar os estudos e ingressar no mercado profissional.

7

O Livro Didático Técnico e o Processo de Avaliação

O termo avaliar tem sido constantemente associado a expressões como: realizar pro-va, fazer exame, atribuir notas, repetir ou passar de ano. Nela a educação é concebida como mera transmissão e memorização de informações prontas e o aluno é visto como um ser passivo e receptivo.

Avaliação educacional é necessária para fins de documentação, geralmente para em-basar objetivamente a decisão do professor ou da escola, para fins de progressão do aluno.

O termo avaliação deriva da palavra valer, que vem do latim vãlêre, e refere-se a ter valor, ser válido. Consequentemente, um processo de avaliação tem por objetivo averiguar o "valor" de determinado indivíduo.

Mas precisamos ir além.A avaliação deve ser aplicada como instrumento de compreensão do nível de apren-

dizagem dos alunos em relação aos conceitos estudados (conhecimento), em relação ao desenvolvimento de criatividade, iniciativa, dedicação e princípios éticos (atitude) e ao processo de ação prática com eficiência e eficácia (habilidades). Este livro didático ajuda, sobretudo para o processo do conhecimento e também como guia para o desenvolvimento de atitudes. As habilidades, em geral, estão associadas a práticas laboratoriais, atividades complementares e estágios.

A avaliação é um ato que necessita ser contínuo, pois o processo de construção de conhecimentos pode oferecer muitos subsídios ao educador para perceber os avanços e dificuldades dos educandos e, assim, rever a sua prática e redirecionar as suas ações, se necessário. Em cada etapa registros são feitos. São os registros feitos ao longo do processo educativo, tendo em vista a compreensão e a descrição dos desempenhos das aprendiza-gens dos estudantes, com possíveis demandas de intervenções, que caracterizam o proces-so avaliativo, formalizando, para efeito legal, os progressos obtidos.

Neste processo de aprendizagem deve-se manter a interação entre professor e aluno, promovendo o conhecimento participativo, coletivo e construtivo. A avaliação deve ser um processo natural que acontece para que o professor tenha uma noção dos conteúdos assi-milados pelos alunos, bem como saber se as metodologias de ensino adotadas por ele estão surtindo efeito na aprendizagem dos alunos.

Avaliação deve ser um processo que ocorre dia após dia, visando à correção de er-ros e encaminhando o aluno para aquisição dos objetivos previstos. A esta correção de ru-mos, nós chamamos de avaliação formativa, pois serve para retomar o processo de ensino/aprendizagem, mas com novos enfoques, métodos e materiais. Ao usar diversos tipos de avaliações combinadas para fim de retroalimentar o ensinar/aprender, de forma dinâmica, concluímos que se trata de um “processo de avaliação”.

O resultado da avaliação deve permitir que o professor e o aluno dialoguem, buscando encontrar e corrigir possíveis erros, redirecionando o aluno e mantendo a motivação para o progresso do educando, sugerindo a ele novas formas de estudo para melhor compreensão dos assuntos abordados.

Se ao fizer avaliações contínuas, percebermos que um aluno tem dificuldade em assimilar conhecimentos, atitudes e habilidades, então devemos mudar o rumo das coi-sas. Quem sabe fazer um reforço da aula, com uma nova abordagem ou com outro colega professor, em um horário alternativo, podendo ser em grupo ou só, assim por diante.

8

Pode ser ainda que a aprendizagem daquele tema seja facilitada ao aluno fazendo práticas discursivas, escrever textos, uso de ensaios no laboratório, chegando à conclusão que este aluno necessita de um processo de ensi-no/aprendizagem que envolva ouvir, escrever, falar e até mesmo praticar o tema.

Se isso acontecer, a avaliação efetivamente é formativa. Neste caso, a avaliação está integrada ao processo de ensino/apren-

dizagem, e esta, por sua vez, deve envolver o aluno, ter um significado com o seu contexto, para que realmente aconteça. Como a aprendizagem se faz em processo, ela precisa ser acompanhada de retornos avaliativos visando a fornecer os dados para eventuais correções.

Para o uso adequado deste livro recomendamos utilizar diversos tipos de avaliações, cada qual com pesos e frequências de acordo com perfil de docência de cada professor. Podem ser usadas as tradicionais provas e testes, mas, procurar fugir de sua soberania, mesclando com outras criativas formas.

Avaliação e ProgressãoPara efeito de progressão do aluno, o docente deve sempre conside-

rar os avanços alcançados ao longo do processo e perguntar-se: Este aluno progrediu em relação ao seu patamar anterior? Este aluno progrediu em relação às primeiras avaliações? Respondidas estas questões, volta a per-guntar-se: Este aluno apresentou progresso suficiente para acompanhar a próxima etapa? Com isso o professor e a escola podem embasar o deferi-mento da progressão do estudante.

Com isso, superamos a antiga avaliação conformadora em que eram exigidos padrões iguais para todos os “formandos”.

Nossa proposta significa, conceitualmente, que ao estudante é dado o direito, pela avaliação, de verificar se deu um passo a mais em relação às suas competências. Os diversos estudantes terão desenvolvimentos diferenciados, medidos por um processo avaliativo que incorpora esta pos-sibilidade. Aqueles que acrescentaram progresso em seus conhecimentos, atitudes e habilidades estarão aptos a progredir.

A base para a progressão, neste caso, é o próprio aluno.Todos têm o direito de dar um passo a mais. Pois um bom processo de

avaliação oportuniza justiça, transparência e qualidade.

Tipos de AvaliaçãoExistem inúmeras técnicas avaliativas, não existe uma mais adequada,

o importante é que o docente conheça várias técnicas para poder ter um con-junto de ferramentas a seu dispor e escolher a mais adequada dependendo da turma, faixa etária, perfil entre outros fatores.

Avaliação se torna ainda mais relevante quando os alunos se envol-vem na sua própria avaliação.

9

A avaliação pode incluir:

1. Observação2. Ensaios3. Entrevistas4. Desempenho nas tarefas5. Exposições e demonstrações6. Seminários7. Portfólio: Conjunto organizado de trabalhos produzidos por um alu-

no ao longo de um período de tempo.8. Elaboração de jornais e revistas (físicos e digitais)9. Elaboração de projetos10. Simulações11. O pré-teste12. A avaliação objetiva13. A avaliação subjetiva14. Autoavaliação15. Autoavaliação de dedicação e desempenho16. Avaliações interativas17. Prática de exames18. Participação em sala de aula19. Participação em atividades20. Avaliação em conselho pedagógico – que inclui reunião para avaliação

discente pelo grupo de professores.No livro didático as “atividades”, as “dicas” e outras informações destaca-

das poderão resultar em avaliação de atitude, quando cobrado pelo professor em relação ao “desempenho nas tarefas”. Poderão resultar em avaliações se-manais de autoavaliação de desempenho se cobrado oralmente pelo professor para o aluno perante a turma.

Enfim, o livro didático, possibilita ao professor extenuar sua criativida-de em prol de um processo avaliativo retroalimentador ao processo ensino/aprendizagem para o desenvolvimento máximo das competências do aluno.

Objetivos da ObraAlém de atender às peculiaridades citadas anteriormente, este livro está

de acordo com o Catálogo Nacional de Cursos Técnicos. Busca o desenvolvi-mento das habilidades por meio da construção de atividades práticas, fugin-do da abordagem tradicional de descontextualizado acúmulo de informações. Está voltado para um ensino contextualizado, mais dinâmico e com o suporte da interdisciplinaridade. Visa também à ressignificação do espaço escolar, tor-nando-o vivo, repleto de interações práticas, aberto ao real e às suas múltiplas dimensões.

10

Ele está organizado em capítulos, graduando as dificuldades, numa linha da lógica de aprendizagem passo a passo. No final dos capítulos, há exercícios e atividades complemen-tares, úteis e necessárias para o aluno descobrir, fixar, e aprofundar os conhecimentos e as práticas desenvolvidos no capítulo.

A obra apresenta diagramação colorida e diversas ilustrações, de forma a ser agradá-vel e instigante ao aluno. Afinal, livro técnico não precisa ser impresso num sisudo preto--e-branco para ser bom. Ser difícil de manusear e pouco atraente é o mesmo que ter um professor dando aula de cara feia permanentemente. Isso é antididático.

O livro servirá também para a vida profissional pós-escolar, pois o técnico sempre necessitará consultar detalhes, tabelas e outras informações para aplicar em situação real. Nesse sentido, o livro didático técnico passa a ter função de manual operativo ao egresso.

Neste manual do professor apresentamos:• Respostas e alguns comentários sobre as atividades propostas.• Considerações sobre a metodologia e o projeto didático.• Sugestões para a gestão da sala de aula.• Uso do livro.• Atividades em grupo.• Laboratório.• Projetos.A seguir, são feitas considerações sobre cada capítulo, com sugestões de atividades

suplementares e orientações didáticas. Com uma linguagem clara, o manual contribui para a ampliação e exploração das atividades propostas no livro do aluno. Os comentários sobre as atividades e seus objetivos trazem subsídios à atuação do professor. Além disso, apre-sentam-se diversos instrumentos para uma avaliação coerente com as concepções da obra.

Referências Bibliográficas GeraisFREIRE, P. Pedagogia da autonomia: saberes necessários à prática educativa. São Paulo: Paz e Terra, 1997.

FRIGOTTO, G. (Org.). Educação e trabalho: dilemas na educação do trabalhador. 5. ed. São Paulo: Cortez, 2005.

BRASIL. LDB 9394/96. Disponível em: <http://www.mec.gov.br>. Acesso em: 23 maio 2009.

LUCKESI, C. C. Avaliação da aprendizagem na escola: reelaborando conceitos e recriando a prática. Salvador: Malabares Comunicação e Eventos, 2003.

PERRENOUD, P. Avaliação: da excelência à regulação das aprendizagens – entre duas lógi-cas. Porto Alegre: Artes Médicas Sul, 1999.

ÁLVAREZ MÉNDEZ, J. M. Avaliar para conhecer: examinar para excluir. Porto Alegre: Artmed, 2002.

SHEPARD, L. A. The role of assessment in a learning culture. Paper presented at the Annual Meeting of the American Educational Research Association. Available at: <http://www.aera.net/meeting/am2000/wrap/praddr01.htm>.

TERMODINÂMICA BÁSICA

12

Orientações geraisProfessor, o principal objetivo do livro Termodinâmica básica é esclarecer diversos

conceitos e definições essenciais ao entendimento de vários fenômenos e equipamentos. Assim os assuntos são abordados com exemplos do dia a dia, essenciais para a assimilação.

O livro foi dividido e organizado em 10 capítulos, graduando as dificuldades, mas em uma linha lógica de aprendizagem. No final dos capítulos, encontram-se exercícios e ativi-dades resolvidas, úteis e necessárias para fixar, descobrir e aprofundar os conhecimentos práticos. Ainda, no final da obra, há um anexo com tabelas termodinâmicas que será de grande utilidade para professor e aluno.

Objetivos do material didático • Conhecer os conceitos e definições fundamentais.

• Saber o que é massa específica, volume, peso e pressão.

• Medir temperatura.

• Entender sobre termômetros.

• Discernir escalas termométricas.

• Empregar diagramas, tabelas termodinâmicas.

• Conhecer leis específicas da termodinâmica.

• Saber o que e o uso de vapor; tipos de caldeiras; componentes.

• Aplicar e classificar características das turbinas a vapor.

• Conhecer e classificar componentes de motor de combustão interna.

• Aplicar e classificar turbina a gás.

• Saber sobre os componentes de turbina a gás.

Princípios pedagógicosOs princípios pedagógicos que orientam o livro constituem-se de atividades de fixação

e, principalmente, uma linguagem acessível ao nível técnico e tecnológico, sem perda da essencialidade do conteúdo. Ou seja, apresenta uma abordagem teórica dos conceitos, que são apresentados e debatidos, transmitindo o conhecimento técnico da termodinâmica de forma clara e prática.

Articulação do conteúdoO estudo da termodinâmica envolve uma série de conhecimentos da base nacional

comum, entre elas podemos destacar a matemática, a química e a física que podem ser cor-relacionadas ao conteúdo do livro. Em cursos técnicos em mecânica, metalurgia, refrigeração e climatização.

13

Atividades complementaresAlém das atividades do livro, é fundamental que o professor incentive

trabalhos individuais e em grupo. Bem como a leituras e pesquisas (em sites confiáveis).

Sugestão de leituraBOTELHO, M.; BIFANO, H. Operação de caldeiras – gerenciamento, controle e manutenção. 1. ed. São Paulo: Blücher, 2011.

ÇENGEL, Y.; BOLES, M. Termodinâmica. 5. ed. São Paulo: McGraw-Hill, 2006.

FOX, R.; McDONALD, A.; PRITCHARD, P. Introdução à mecânica dos fluidos. 6. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2006.

INCROPERA, F. et al. Fundamentos de transferência de calor e massa. 6. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2008.

LORA, E.; NASCIMENTO, M. Geração termelétrica. 1. ed. Rio de Janeiro: Inter-ciência, 2004. 2 vols.

MARTINS, J. Motores de combustão interna. 2. ed. Porto: Publindústria, 2006.

MORAN, L.; SHAPIRO, H. Princípios de termodinâmica para engenharia. 6. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2009.

SILVA, J. Refrigeração comercial e climatização industrial. 1. ed. São Paulo: Hemus, 2004.

_____. Introdução à tecnologia da refrigeração e da climatização. 1. ed. São Paulo: Artliber, 2003.

SONNTAG, R.; BORGNAKKE, C.; VAN WYLEN, G. Fundamentos da termodinâ-mica. 6. ed. São Paulo: Blücher, 2006.

STOECKER, W.; JABARDO, J. Refrigeração industrial. 2. ed. São Paulo: Blücher, 2002.

Sugestão de planejamentoEste manual foi elaborado para dar suporte ao livro Termodinâmica

básica, e ser utilizado para 50 horas em sala de aula, divididos em dois semestres. Quanto à sequência do conteúdo não há uma regra rígida que deva ser seguida, embora seja interessante dar continuidade, para melhor aproveitamento da temática e do desenvolvimento.

Cada capítulo apresenta atividades resolvidas o que muito pode ajudar na compreensão e fixação.

14

Semestre 1Primeiro bimestreCapítulo 1 – Conceitos e definições fundamentais

Capítulo 2 – Termometria

Capítulo 3 – Calor e trabalho

Objetivos

• Conhecer os conceitos e definições fundamentais; massa e volume específicos e peso.

• Aprender termometria; medição de temperatura; termômetro e escalas.

• Saber sobre calor.

Atividades

Para enriquecer o conhecimento e a observação, o aluno pode navegar em sites con-fiáveis.

Segundo bimestreCapítulo 4 – Substância pura

Capítulo 5 – Leis da termodinâmica

Objetivos

• Entender o que é substância pura.

• Estudar diagramas e tabelas.

• Saber sobre mudança de fase.

• Conhecer as leis da primeira e segunda termodinâmica.

Atividades

Abordar os conceitos e leis referentes à termodinâmica, bem como fazer mesa redonda para discussão de assuntos referentes aos capítulos.

Semestre 2Primeiro bimestreCapítulo 6 – Caldeiras

Capítulo 7 – Turbina a vapor

Capítulo 8 – Motores de combustão interna

15

Objetivos

• Conhecer caldeiras e seus usos, tipos e componentes.

• Aprender sobre termodinâmica aplicada.

• Classificar e caracterizar turbinas a vapor e seus componentes.

• Conceituar e classificar motores de combustão interna e componentes.

• Identificar termodinâmica aplicada em sistemas de refrigeração.

Atividades

Discutir com os alunos acerca da termodinâmica aplicada e a classificação e caracterís-ticas de turbinas. Bem como e os componentes de caldeiras, turbinas e motores. Resolução de atividades.

Segundo bimestreCapítulo 9 – Sistemas de refrigeração

Capítulo 10 – Turbinas a gás

Objetivos

• Aplicar climatização de refrigeração.

• Saber mais sobre os componentes de refrigeração.

• Identificar turbina a gás.

• Exibir termodinâmica aplicada à turbina a gás.

Atividades

Para os dois últimos capítulos é importante rever alguns temas, bem como sanar dúvidas, resolver e discutir atividades.

Orientações didáticas e respostas das atividadesCapítulo 1Orientações

Explicar os conceitos e definições fundamentais para o estudo em questão. No livro algumas palavras estão destacadas justamente para que se tenha domínio sobre tais con-ceitos. É importante que o aluno não acumule dúvidas relacionadas aos assuntos. Portanto é recomendado revisar cada capítulo e também que as resoluções das atividades propostas sejam comentadas/explicadas uma a uma.

16

Respostas – páginas 17-181) Termodinâmica é um termo proveniente de duas palavras de origem

grega: therme, que significa calor, e dynamis, que significa movimento. Exemplos: cozimento de alimentos e a chuva.

2) a. 5 000 kg/m3

b. 1 000 kg/m3

c. 12,5 kg/L

d. 0,015 Mpa

e. 25 000 L

f. 1,5 m3

g. 2 500 000 Pa

3) a. ρ = 4 g/cm3 = 4 000 kg/m3; v = 0,00025 m3/kg; γ = 40 000 N/m3

b. ρ = 4 kg/m3; v = 0,25 m3/kg; γ = 40 N/m3

c. ρ = 1,7 kg/L = 1 700 kg/m3; v = 0,0006 m3/kg; γ = 17 000 N/m3

4) ρ = 1 g/cm3 (1 000 kg/m3); v = 1 cm3/g (0,001 m3/kg); γ = 10 000 N/m3. Esse líquido é a água.

5) a. 90 m3

b. 263,3 m3

c. 37,7 m3

d. 716,7 m3

e. 26,3 m3

6) 0,42 g/cm3

7) 0,5 g/cm3

8) 1 kPa ou 1 000 Pa

9) p = 300 000 Pa = 0,3 MPa (manométrica) e p = 401 000 Pa = 0,4 MPa (absoluta)

10) a. 2 MPa

b. 2,1 MPa

c. 0,1 MPa

11) a. 0,1 MPa

b. 1,36 MPa

c. 79 kPa

17

Capítulo 2Orientações

Nesse capítulo é importante a compreensão de alguns aspectos relacionados à defi-nição e a medição de temperatura. Portanto, é relevante debates a respeito e, sempre que possível aplicar trabalhos de pesquisa.

Resposta – página 20Debate e conclusões.

Respostas – páginas 29-301) a. termometria: medição de temperatura;

b. energia térmica: é a energia associada a essa agitação térmica das moléculas de uma substância;

c. temperatura de um corpo: é a medida do grau de agitação de suas moléculas;

d. grandeza termométrica: é uma grandeza ou uma característica de um corpo utili-zada para medir temperatura, pode ser, por exemplo, a dilatação de um fluido ou sólido;

e. função termométrica: é a variação da grandeza ou característica escolhida para medir a temperatura com a própria temperatura;

f. termômetro: é o elemento que contém a grandeza termométrica e a função termo-métrica utilizadas na medição de temperatura;

g. equilíbrio térmico: é a condição de igualdade de temperatura entre dois ou mais corpos quando esses são colocados em contato entre si;

h. escala termométrica: são os valores que a temperatura pode assumir ao graduarmos a escala de um termômetro.

2) Nesse instrumento, o mercúrio contido no bulbo dilata e varia sua altura numa haste graduada de pequeno diâmetro.

3) Devemos determinar dois pontos fixos de temperaturas de fácil reprodução. Coloca-se o termômetro em contato com esses pontos fixos até que seja alcançado o equilíbrio térmico e divide-se o intervalo formado pelos pontos fixos de gelo e vapor em partes iguais.

4) A escala Celsius adota 0 (zero) para o ponto de gelo e 100 para o ponto de vapor. Além disso, a escala Celsius divide em 100 partes iguais o intervalo formado entre pontos fixos de gelo e vapor. A escala Fahrenheit adota o valor 32 para o ponto fixo de gelo e 212 para o ponto fixo de vapor. Além disso, a escala Fahrenheit divide em 180 partes iguais o intervalo formado entre pontos fixos de gelo e vapor.

5) T = 160 °C ou T = 320 °F

6) Tcerta = 0,994.(Terrada + 0,1)

18

7) T = 672 K

8) T = 4,5 °C. É uma temperatura muito baixa para uma pessoa permanecer exposta sem proteção térmica.

9) a. TC = 1,1764 · (TD – 5)

b. TD = 15,2 °D

10) a. TC = 0,762 · (TZ + 5)

b. TZ = 60,625 °Z

Capítulo 3Orientações

Compreender a definição dos fenômenos calor e trabalho são funda-mentais, assim como a influência de temperatura. Os tipos de calor e o calor específico para algumas substâncias são vistos nesse capítulo. Portanto, para que estes sejam melhores explanados, a aplicação de atividades resolvidas (além das já especificadas no capítulo), é bem-vinda.

Respostas – páginas 45-461) Porque o calor é uma forma de transferência de energia, então não

podemos “ter” algo que só se manifesta em movimento. Exemplo: dimi-nuição da temperatura de uma xícara de café exposta ao ambiente.

2) Calor sensível é aquele que causa apenas mudança de temperatura. O calor latente causa mudança de fase a temperatura constante.

3) Q = 42 000 cal (42 kcal)

4) Q = 81 000 cal (81 kcal)

5) Q = 367 500 cal

6) Q = –53 750 cal

7) Curva de aquecimento da questão 5:

T (°C)

Q (cal)7 500 40 750 375 50090 750

100

–30

0

19

Curva de resfriamento da questão 6:

–53 750–12 500 –52 500

T (°C)

Q (cal)

–5

0

25

8) T = 16 °C

9) Q = 225 000 cal/s (225 kcal/s)

10) W = 250 J

Capítulo 4Orientações

Nesse capítulo os exemplos práticos levam a melhor compreensão. Como exemplo, em um recipiente há água e gelo; nesse caso, temos duas fases visíveis, uma líquida e outra sólida. Ao colocarmos água para ferver, também podemos identificar duas fases, uma correspondendo à fase líquida e outra à gasosa. Além dos exemplos citados no capítulo, peça aos alunos que pesquisem mais alguns exemplos e troquem informações em sala de aula.

Respostas – páginas 57-581) a. Fase é uma quantidade de matéria sólida, líquida ou gasosa que é

homogênea na sua composição química e física.

b. Homogeneidade significa que a substância se encontra num só estado físico (apenas no estado sólido, líquido ou gasoso).

c. Substância pura é uma substância que possui uma composição quí-mica uniforme e invariável.

d. Sistema é o tudo aquilo que queremos estudar. Pode ser, por exemplo, um recipiente com água.

e. Propriedade é uma característica que identifica um sistema.

f. Estado é a condição de um sistema descrito por suas propriedades.

g. Processo é uma transformação de estado ocorrida num sistema.

2) v = 0,01148 m3/kg

3) T = 120 K

4) m = 2 000 kg

20

5) a. Líquido comprimido é o líquido que se encontra numa pressão maior que a pressão de saturação da temperatura na qual a água se encontra.

b. Líquido sub-resfriado é o líquido que se encontra numa temperatura menor que a temperatura de saturação para a pressão na qual ele se encontra.

c. Líquido saturado é o líquido que se encontra na temperatura e pressão de saturação.

d. Região bifásica é a região que consiste numa mistura de líquido e vapor na tem-peratura e pressão de saturação e nessa região o título é maior que zero e maior que um.

e. Vapor saturado é o vapor que se encontra na temperatura e pressão de sa-turação.

f. Vapor superaquecido é o vapor que se encontra a uma temperatura maior à temperatura de saturação correspondente para a pressão em que o sistema se encontra.

g. O título representa a razão entre a massa de vapor e a massa total (líquido + vapor) do sistema.

6) Propriedades extensivas dependem da massa, enquanto propriedades intensivas não dependem da massa.

7) x = 0,17 (x = 17%)

8) Na temperatura de 10 °C e na pressão de 1 bar, a água se encontra no estado de líquido comprimido (sub-resfriado). Ao receber calor a temperatura da água aumentará e quando atingir 99,63 °C a água atinge o estado de líquido saturado. Ao continuar o aquecimento dará início à vaporização da água a pressão constante. Quando o líquido vaporizar completamente e o vapor resultante atingir a tempera-tura de 99,63 °C e na pressão de 1 bar o vapor atingirá o estado de vapor saturado.

9) x = mvapor

mvapor + mlíquido

0,5 = mvapor

mvapor + mlíquido

0,5 mvapor + 0,5 mlíquido = mvapor 0,5 mvapor =

0,5mlíquido mvapor = mlíquido

10) a. v = 0,001044 m3/kg – líquido comprimido.

b. v = 0,001002 m3/kg – líquido comprimido.

c. v = 2,6388 m3/kg – vapor superaquecido.

d. v = 1,3385 m3/kg – região bifásica.

e. v = 0,001044 m3/kg – líquido saturado.

f. v = 1,3729 m3/kg – vapor saturado.

21

Capítulo 5Orientações

Nesse capítulo é retomado o tema trabalho e calor (discutidos no Capí-tulo 3), também é retomado o gás perfeito ou gás ideal. E duas novas proprie-dades são induzidas: a energia interna específica (u), e a entropia específica (s). Bem como as leis a primeira e a segunda lei da termodinâmica. Professor, sugira que essas leis sejam estudadas em forma de exemplos, como o funcionamento de um ventilador (que obedecendo a essa lei), converte a energia elétrica em energia mecânica, a qual é responsável pelo movimento circular do eixo das pás do ventilador.

Respostas – páginas 69-701) A Primeira Lei da Termodinâmica é a lei da conservação da energia, ou seja,

a energia não pode ser criada nem destruída, mas se conserva transfor-mando-se em outras formas. Exemplo: uma pessoa que se alimenta (entrada de energia) e não pratica exercício (saída de energia) acaba engordando (acúmulo de energia).

2) Transformação isocórica é a transformação na qual o volume permaneceu constante, ou seja, houve variação apenas na temperatura e na pressão. Uma transformação é dita isobárica quando a pressão p permanece constante, ocorrendo, portanto, variações apenas na temperatura T e no volume V. Uma transformação é dita isotérmica quando a temperatura T permanece constante, ocorrendo, portanto, variações apenas na pressão p e no volume V.

3) Transformação adiabática é aquela que ocorre sem troca de calor com o meio exterior.

4) a. u = 418,91 kJ/kg

b. u = 104,86 kJ/kg

c. u = 2 810,4 kJ/kg

d. u = 2 088,34 kJ/kg

e. u = 417,33 kJ/kg

f. u = 2 506,1 kJ/kg

5) a. s = 1,3068 kJ/kg.K

b. s = 0,3673 kJ/kg.K

c. s = 8,2157 kJ/kg.K

d. s = 6,1479 kJ/kg.K

e. s = 1,3025 kJ/kg.K

f. s = 7,3593 kJ/kg.K

22

6) V = 1,2 m3.

7) V = 0,5 m3

8) p = 12 843 Pa

9) É impossível construir uma máquina térmica, operando em ciclos, cujo único efeito seja retirar calor de uma fonte e convertê-lo totalmente em trabalho.

10) É impossível para qualquer sistema operar de alguma forma que a entropia seja destruída.

Capítulo 6Orientações

Nesse capítulo dá-se o início dos principais equipamentos que possuem seus funcio-namentos regidos pela termodinâmica. Portanto, o primeiro é a caldeira e os principais aspectos relacionados ao vapor, seus tipos e principais usos. Aqui se faz necessário alguns cálculos termodinâmicos para o cálculo do calor e da potência térmica em uma caldeira.

Respostas – páginas 77-78 1) Na temperatura de 15 °C e na pressão de 1 bar, a água se encontra no estado de líquido

comprimido (sub-resfriado). Ao receber calor a temperatura da água aumentará e quando atingir 99,63 °C a água atinge o estado de líquido saturado. Ao continuar o aquecimento dará início à vaporização da água a pressão constante. Quando o líquido vaporizar completamente e o vapor resultante atingir a temperatura de 99,63 °C e na pressão de 1 bar o vapor atingirá o estado de vapor saturado.

2) Na temperatura de 15 °C e na pressão de 1 bar, a água se encontra no estado de líquido comprimido (sub-resfriado). Ao receber calor a temperatura da água aumentará e quando atingir 99,63 °C a água atinge o estado de líquido saturado. Ao continuar o aquecimento dará início à vaporização da água a pressão constante. Quando o líquido vaporizar completamente e o vapor resultante atingir a temperatura de 99,63 °C e na pressão de 1 bar o vapor atingirá o estado de vapor saturado. Qualquer calor adicional irá produzir vapor superaquecido.

3) Caldeiras ou geradores de vapor são máquinas térmicas destinadas a promover a mu-dança de estado da água líquida para vapor. A energia química do combustível utili-zado na caldeira ao entrar em combustão (queima) é convertida em energia térmica (calor) que é responsável pela mudança de fase da água líquida para vapor.

4) O vapor produzido por uma caldeira poder ser vapor saturado e vapor superaque-cido. O vapor saturado é utilizado em processos de aquecimento na indústria e sua temperatura estar situada em torno de 150 °C. Por outro lado, o vapor superaquecido possui uma aplicação mais voltada a acionamentos de máquinas e sua temperatura está situada em torno de 400 °C. A maioria dos processos industriais envolve o uso de vapor saturado com pressões inferiores a 10 bar (1 000 kPa) e existem centrais termelétricas operando com pressões da ordem de 250 bar (25 MPa).

23

5) A água é um fluido de trabalho que possui grande disponibilidade e a água possui um calor específico é elevado e a água possui segurança operacional (o vapor não é tóxico nem inflamável).

6) Baixíssima pressão (abaixo de 7 bar); baixa pressão (entre 7 e 14 bar); média pressão (entre 14 e 48 bar); alta pressão (entre 48 e 100 bar) e altíssima pressão (acima de 100 bar).

7) Combustíveis sólidos (lenha); combustíveis líquidos (óleo diesel); com-bustíveis gasosos (gás natural) e caldeiras elétricas (utilizam a energia elétrica para vaporizar a água).

8) Caldeiras flamotubulares são geradores de vapor nos quais os gases quentes da queima do combustível fluem por dentro de tubos imersos em água. É utilizada em aplicações de pequeno porte e são usadas em operações que necessitam de vapor saturado.

9) Caldeiras aquatubulares são geradores de vapor nos quais a água cir-cula pelo interior de tubos e os gases quentes da queima do combustível trocam calor com a água através das paredes externas dos tubos. São aplicadas em indústrias que consomem grandes quantidades de vapor. Produzem vapor superaquecido.

10) a. Armazenar a água que sofrerá mudança de fase (líquido para vapor).

b. Passagem dos gases quentes da combustão nas caldeiras flamotubu-lares ou da água nas caldeiras aquatubulares.

c. Extrair o vapor produzido na caldeira.

d. Eliminar os gases queimados da queima do combustível.

e. Retirar os resíduos (lodos) depositados no fundo do tubulão de aço.

f. Reduzir a pressão interna da caldeira caso ocorra elevação da mesma a valores de riscos.

g. Informar exatamente o nível de água no interior do reservatório de aço.

h. Informar a pressão do vapor no interior da caldeira.

i. Promover o superaquecimento do vapor nas caldeiras aquatubulares.

j. Promover o pré-aquecimento da água que entrará na caldeira.

k. Preaquecer o ar utilizado na combustão da caldeira.

11) No sistema fechado a massa não varia com o decorrer do tempo. No volume de controle temos escoamento de massa.

12) q = 2 550,02 kJ/kg e Q = 10 200 W.

24

Capítulo 7Orientações

No capítulo anterior o estudo foi sobre as caldeiras de vapor, seus tipos e seus principais componentes. No Capítulo 7 o estudo confirma que as caldeiras não funcionam sozinhas em uma indústria, ou seja, elas são integradas em um circuito com os demais equipamentos. Um desses equipamentos é uma turbina a vapor. Assunto principal desse capítulo.

Respostas – página 85 1) Turbina a vapor é uma máquina térmica rotativa na qual a energia térmica

do vapor é convertida em energia mecânica de rotação devido à força do vapor que age sobre as pás da turbina.

2) A energia química do combustível é convertida em calor, esse calor é utili-zado para vaporizar a água na caldeira e em seguida a energia térmica do vapor é convertida em energia mecânica de rotação na turbina a vapor.

3) O aeolipyle consistia em uma esfera oca na qual o vapor era introduzido com elevada pressão através de um eixo vazado e escapava por meio de dois tubos curvos vazados dispostos de forma oposta ao longo do diâ-metro da esfera. A reação do escape do vapor ocasionava a rotação da esfera.

4) Para acionamento elétrico – utilizado para acionamento de geradores elé-tricos e para acionamento mecânico – utilizado para o acionamento de equipamentos mecânicos tais como bombas, compressores, ventiladores.

5) O estator, ou roda fixa, é um elemento fixo da turbina a vapor que envolve o rotor e é responsável pela transformação da energia térmica do vapor em energia cinética. O rotor, também conhecido por roda móvel, tem a função de transformar a energia cinética do vapor em energia mecânica de rotação (trabalho mecânico).

6) O expansor é o elemento responsável pela orientação do jato de vapor sobre as palhetas móveis. No expansor a pressão diminui e como conse-quência, a velocidade aumenta.

7) ECINÉTICA = 2 m. ETOTAL = 8 m

8) p = 178,5 kPa

9) w = 439,79 kJ/kg e W = 43 979 W

10) w = 520,18 kJ/kg e W = 104 036 W

25

Capítulo 8Orientações

Alguns desafios ainda estão sendo travados na busca por um motor mais eficiente e que polua menos, e, nesse sentido, o combustível utilizado desempenha um papel funda-mental. Os motores de combustão interna (MCI) possuem algumas vantagens em relação às outras máquinas térmicas, tais como as turbinas a vapor e as turbinas a gás, por exemplo. Os motores de combustão interna são de pequeno tamanho, trabalham em rotações rela-tivamente baixas e são de fácil manutenção. E é justamente esse o assunto principal desse capítulo.

Respostas – página 941) Conversão da energia química do combustível em energia térmica (queima do com-

bustível) e, por fim, na conversão dessa energia térmica em energia mecânica que provocará a movimentação do veículo.

2) Vantagens: os motores de combustão interna são de pequeno tamanho, trabalha em rotações relativamente baixas e possui fácil manutenção. Desvantagens: limitações de potência, não utilização de combustíveis sólidos, peso elevado para a potência desen-volvida, elevado número de componentes, baixa eficiência e emissão de poluentes.

3) Os motores de combustão interna podem ser aplicados na forma estacionária, (acio-namento de máquinas estacionárias), aplicação industrial (acionamento de máquinas de construção civil), aplicação marítima (propulsão) e aplicação veicular (acionamento de veículos).

4) a. Ar (ciclo Diesel) e ar + combustível (ciclo Otto).

b. Por compressão e por centelha.

c. Alternativo e rotativo.

d. Dois tempos e quatro tempos.

e. Monocilíndrico e policilíndrico.

f. Em linha, em “V”, opostos e radial.

5) Ponto Morto Superior (PMS) e Ponto Morto Inferior (PMI) são as posições onde o êm-bolo muda de sentido de movimento, estando no seu ponto máximo (PMS) ou no seu ponto mínimo (PMI). A cilindrada é o volume total deslocado pelo pistão, entre o PMI e o PMS, multiplicado pelo número de cilindros do motor.

6) A câmara de combustão ou câmara de compressão é o espaço livre que fica acima do pistão quando este se encontra no PMS. A taxa de compressão é a relação matemática que indica quantas vezes a mistura ar + combustível (Otto) ou ar (Diesel) é comprimida dentro da câmara de combustão antes que se inicie o processo de queima.

7) C = 471 cm3

8) TC = 10,42

26

9) O primeiro tempo, também conhecido como tempo de admissão, consiste na abertura da válvula de admissão, enquanto a válvula de escape permanece fechada. O pistão, ao descer, cria uma zona de baixa pressão, aspirando a mis-tura gasosa ar + combustível, para o ciclo Otto. No fim desse percurso, a válvula de admissão se fecha. No segundo tempo, também conhecido como tempo de compressão, as válvulas de admissão e escape permanecem fechadas. Ao subir, o pistão comprime a mistura ar + combustível na câmara de combustão. No terceiro tempo, também conhecido como tempo de explosão, as válvulas de admissão e de escape permanecem fechadas e a mistura ar + combustível é inflamada devido à centelha que é produzida. No quarto tempo ou tempo de escapamento, a válvula de admissão permanece fechada e a válvula de escapamento se abre. O pistão, ao subir, expulsa os gases da combustão.

10) O primeiro tempo, também conhecido como tempo de admissão, consiste na aber-tura da válvula de admissão, enquanto a válvula de escape permanece fechada. O pistão, ao descer, cria uma zona de baixa pressão, aspirando o ar. No fim desse percurso, a válvula de admissão se fecha. No segundo tempo, também conhecido como tempo de compressão, as válvulas de admissão e escape permanecem fe-chadas. Ao subir, o pistão comprime o ar na câmara de combustão. No terceiro tempo, também conhecido como tempo de explosão, as válvulas de admissão e de escape permanecem fechadas e o óleo combustível ao entrar em contato com o ar a alta pressão e alta temperatura entra em combustão espontaneamente. No quarto tempo ou tempo de escapamento, a válvula de admissão permanece fechada e a válvula de escapamento se abre. O pistão, ao subir, expulsa os gases da combustão.

11) O bloco do motor é o motor propriamente dito, nele são usinados os cilindros (ou são usinados os furos para a colocação dos cilindros). O cabeçote é uma espécie de tampa do motor contra a qual o pistão comprime a mistura de ar + combus-tível, no caso do ciclo Otto, ou o ar, no caso do Diesel. O cárter consiste na parte inferior do bloco, cobrindo os componentes inferiores do motor e é o local onde está depositado o óleo lubrificante do motor.

12) O pistão ou êmbolo é a parte móvel da câmara de combustão. Recebe a força de expansão dos gases queimados e a transmite à biela, por intermédio de um pino de aço (pino do pistão). A biela é o braço de ligação entre o pistão e o eixo de manivelas; recebe o impulso do pistão, transmitindo-o ao eixo de manivelas (virabrequim). O virabrequim ou eixo de manivelas é o eixo motor propriamente dito, o qual, na maioria das vezes, é instalado na parte inferior do bloco, rece-bendo, ainda, as bielas, as quais lhe imprimem movimento. O eixo comando de válvulas tem a função de abrir as válvulas de admissão e escape, respectivamente, nos tempos de admissão e escapamento. Válvulas de admissão e válvulas de escape são responsáveis pela abertura e fechamento do ar ou ar + combustível e pela saída dos gases da combustão. O volante destina-se a regularizar a rotação do virabrequim.

13. ηtérmico = 0,56 (56%).

27

Capítulo 9Orientações

Como vimos nos capítulos anteriores, o calor se propaga de um corpo de maior temperatura para outro de menor temperatura, assim, podemos definir refrigeração como um processo de retirada de calor de determinado meio ou ambiente. Essa remoção pode ser por meios mecânicos ou naturais.

A refrigeração e a climatização são duas áreas da Termodinâmica de grande importância e utilização, tanto na área industrial quanto na residencial. Assim, o assunto desse capítulo é o sistema de refrigeração.

Respostas – página 1031) No sistema de refrigeração por compressão de vapor o funcionamento se

dá pela aplicação dos conceitos de trabalho e calor. No sistema de refrigera-ção por absorção os vapores de alguns fluidos refrigerantes são absorvidos por líquidos ou soluções salinas. O sistema de refrigeração termoelétrica utiliza-se de dois materiais diferentes formando um par termoelétrico.

2) O compressor, dentro do sistema de refrigeração, tem a função de absorver o gás refrigerante vindo do evaporador e comprimi-lo a alta pressão e a alta temperatura até o condensador. O evaporador tem a função de retirar calor do meio a ser refrigerado por meio do fluido refrigerante. O dispositivo de expansão tem a função de reduzir a pressão e controlar o fluxo de fluido refrigerante no estado líquido no condensador para o evaporador. O con-densador tem por objeto eliminar o calor absorvido pelo fluido refrigerante no processo de compressão.

3) Não deve agredir a camada de ozônio; deve absorver o calor de forma rápida; Não deve ser nocivo à saúde; não deve ser explosivo nem inflamável; não alterar suas características químicas ao longo do uso; ter um tempo de vida útil de utilização longo, por questão de economia.

4) CFC: R-12 e o R-11. O R-12 foi muito utilizado em refrigeradores, freezers e condicionadores de ar de carro, todos antigos. HCFC: R-22 que é utilizado em condicionadores de ar do tipo janela e splits. HFC: R-134a que é utilizado em refrigeradores, freezers, condicionadores de ar de carros e em câmaras frigoríficas.

5) O compressor, dentro do sistema de refrigeração, tem a função de absorver o gás refrigerante vindo do evaporador e comprimi-lo a alta pressão e a alta temperatura até o condensador.

6) Volumétricos (alternativos, rotativos, parafuso e scroll) e centrífugos.

7) O condensador tem por objeto eliminar o calor absorvido pelo fluido refrigerante no processo de compressão. O condensador elimina o calor do fluido refrigerante lhe enviando para outro fluido (ar ou água).

28

8) O evaporador tem a função de retirar calor do meio a ser refrigerado por meio do fluido refrigerante.

9) O dispositivo de expansão tem a função de reduzir a pressão e controlar o fluxo de fluido refrigerante no estado líquido no condensador para o evaporador.

10) O fluido refrigerante entra no compressor a pressão do evaporador e é comprimido até atingir a pressão de condensação. O fluido refrigerante ao atingir esta pressão de condensação encontra-se no estado de vapor superaquecido. No condensador o processo é caracterizado pela rejeição do calor do fluido refrigerante para o meio (ar ou água). Esse processo ocorre à pressão constante e ao ser condensado o fluido refrigerante torna-se líquido saturado. No dispositivo de expansão ocor-re uma queda de pressão (pressão de condensação até a pressão de evaporação). No evaporador ocorre um processo de transferência de calor à pressão constante.

11) Professor, solicitar aos alunos que resolvam essa questão em sala de aula, tendo como base a atividade resolvida do capítulo 102 (livro do aluno).

Capítulo 10Orientações

Nos capítulos anteriores, foram abordados os princípios de funcionamento de alguns equipamentos térmicos, com funcionamento explicado pela Termodinâmica. No Capítulo 10 há alguns detalhes das turbinas a gás, tais como suas aplicações, classi-ficação e características, além do seu princípio de funcionamento.

Em seguida (no livro do aluno), há um anexo de tabelas termodinâmicas. Tais tabelas mostram as propriedades da água saturada em função da temperatura, da pressão e do vapor superaquecido para diferentes pressões. Essas tabelas apenas envolvem os valores de temperatura e pressão (utilizados no livro). Caso haja a neces-sidade de pesquisar propriedades para outros valores de temperatura e pressão, deve--se consultar a bibliografia.

Respostas – páginas 1071) Turbinas a gás são máquinas térmicas (turbomáquinas) que se enquadram no

grupo dos motores de combustão. Sua faixa de potência desenvolvida varia de 100 kW, para pequenas potências, até 180 MW, mas, podem atingir 350 MW em usinas nucleares.

2) As turbinas a gás podem substituir, em alguns casos de potência e valores econô-micos, os motores de combustão interna e as turbinas a vapor de baixa potência.

3) As turbinas a gás possuem pequeno volume e pequeno peso, além disso, nas tur-binas a gás não há movimento relativo entre seus componentes, assim, há uma redução do atrito e como consequência tem-se um equipamento que opera com baixo consumo de lubrificante e com pouco desgaste de seus componentes.

29

4) Possui baixo rendimento e elevadíssima rotação.

5) Aplicação aeronáutica como elemento propulsor. Hoje, as turbinas a gás são utilizadas como elemento propulsor em aviões e navios, além de possuir emprego no setor ferroviário e na geração de eletricidade.

6) Pequeno porte – são turbinas com potência inferior a 1 MW (106 W); médio porte – são turbinas com potência entre 1 MW e 15 MW e grande porte – são turbinas que possuem potência acima de 15 MW.

7) São derivadas das turbinas a gás aeronáuticas com algumas mudanças no projeto e são caracterizadas pela alta confiabilidade, flexibilidade de manutenção e por serem mais eficientes. Essas turbinas podem atingir potência de 50 MW e são aplicadas em plataformas marítimas, bombea-mento de gás, propulsão naval e em centrais termelétricas.

8) O fluido de trabalho (ar atmosférico) ao passar pelo compressor tem sua pressão aumentada e em seguida é enviado para a câmara de com-bustão, onde recebe a energia térmica do combustível, aumentado sua temperatura. Ao sair da câmara de combustão, o fluido de trabalho é direcionado para a turbina onde é expandido (diminuição de sua pressão) e, assim, a energia do fluido de trabalho é convertida em trabalho mecânico de rotação do eixo da turbina. Parte dessa energia mecânica de rotação é enviada ao compressor para promover seu funcionamento.