SISTEMAS TERMODINÂMICOS

Recebi por e-mail uma solicitação de uma explicação de um determinado tema que veio do outro lado do Atlântico, mais precisamente de Portugal. O estudante Marco Santos pediu para explicar-lhe como adequar os Sistemas Termodinâmicos (aberto, fechado e isolado) a um sistema frigorífico. Complemento de um trabalho escolar realizado por ele (solicitação de sua "formadora"). Antes de prosseguir vou confessar-lhes que escrevo emocionado, pois o BLOG DO PROFESSOR CARLÃO, foi concebido para atender aos estudantes dos cursos em que leciono na área técnica aqui mesmo na minha cidade. Jamais havia imaginado a possibilidade de chegar tão longe! Hoje, quando acesso o blog e vejo as Bandeiras de tantos países em que pessoas acessam para ler meus textos me surpreendo com o alcance da Educação. Costumo dizer que me divirto com o meu trabalho. Agora neste instante além de diversão, experimento algo ainda melhor: a felicidade!

Desta forma vou explicar tudo bem detalhado: Os Sistemas Termodinâmicos classificam-se em abertos, fechados e isolados. Um sistema isolado não permite trocas de energia (calor), nem trocas de matéria. Não existem registros científicos comprovando um sistema com estas características. Um exemplo de oportunidade científica de observação de um sistema em que aproximam-se estas impressões é a garrafa térmica. No seu interior existe um vácuo formado pelas duas paredes, causando uma isolação térmica que impede as trocas de calor (convecção e condução). As paredes internas são espelhadas para causar um retorno da irradiação espectral do calor gerado pela substância que está na garrafa. Porém toda esta "ciência" não é capaz de cessar as perdas do sistema mantendo-o totalmente isolado.

Num sistema aberto existem trocas de calor com o meio externo. Consequentemente também haverá trocas de energia e matéria, pois a influência do meio externo contribuirá para a fuga desta matéria. Num motor de combustão interna, os quatro tempos representam um sistema termodinâmico onde existe aproveitamento da energia gerada na combustão - quando esta se transforma de térmica para mecânica. Porém o sistema é forçado periodicamente a ser reabastecido com combustível para poder funcionar.

Um sistema fechado é aquele em que ocorrem transformações que podem ser reversíveis (Carnot) e que apesar de permitir trocas de calor (energia) com o meio externo, a reversibilidade não permite perda de matéria. Podemos observar este comportamento num sistema de refrigeração (frigorífico), quando o fluido refrigerante é comprimido e esta ação (Terceira Lei de Newton) gera uma reação endotérmica que absorve o calor do meio interno e o transfere para o meio externo no condensador, onde outra reação ocorre (exotérmica) quando o fluido perde temperatura e altera seu estado de composição de gasoso para liquefeito. Este sistema é chamado na refrigeração de Unidade Selada, pelo fato do fluido refrigerante não exigir reposição durante seu funcionamento, salvo se houver vazamentos no sistema. No blog temos mais algumas aulas que tratam de Termodinâmica e Refrigeração.

Esta foi minha última aula de 2008, uma aula especialmente internacional! Em um ano de intensas realizações, onde pude ver estudantes concluindo seus cursos e garantindo suas vagas no mercado de trabalho. Se fosse enumerar alguns fatos levaríamos um bom tempo. Tenho muito que agradecer a todos os estudantes que conviveram comigo este ano inteiro sobretudo a maneira acolhedora que fui recebido em todas as salas de aula. Agradecer também aos que acessaram o BLOG DO PROFESSOR CARLÃO, este "filho" que alimento e dedico boa parte do meu tempo todos os dias. Algumas pessoas me perguntam se não fico exausto, mas a diversão é tão grande que nem percebo o tempo passar, aliás aproveito cada minuto. Neste momento me recordo o nome de quase todos os estudantes que tive contato, e não foram poucos, quando lembro da responsabilidade que temos como educadores. São vidas e expectativas que devem ser cuidadas e não contabilizadas! Mas, tenho tido algumas respostas que me colocam a certeza de estar no caminho certo. Estudar mais para melhorar as aulas e desta forma aprender ainda mais! Para finalizar vou citar o nome de Hilma, uma estudante do curso de Mecânica Industrial que recentemente me avisou - recebi o meu primeiro salário como profissional numa oficina onde só tem eu de mulher!- Esta foi a melhor notícia do ano! Uma referência para as mulheres. Para os homens deixo um conselho: escutem Super homem - a canção, de Gilberto Gil! Em 2009, não percam entre outras coisas a série "Os Cientistas" todo sábado no blog e as publicações das aulas sempre com responsabilidade técnica e satisfação. Grato! 

 

"RESERVEM DUAS HORAS DO SEU DIA PARA LER E ESTUDAR"

TERRÁRIO PARA OBSERVAÇÃO CIENTÍFICA

Costumo dizer em minha aulas que tudo em minha vida é motivo de observação científica! Ora, quando se é "cientista", temos que aproveitar as oportunidades de explorar as experiências para extrair conhecimento. Observo os estudantes quando lhes recomendo investigar suas geladeiras em casa como laboratórios, nas aulas em que estudamos Termodinâmica, Refrigeração e Transformações gasosas. A reação de alguns é de perplexidade: como "enxergar" ciência dentro da geladeira? Mas, é ainda mais gratificante quando outros me trazem impressões dos seus estudos. A comprovação de que realmente assimilaram os conhecimentos e agora são agentes multiplicadores de conhecimento. Agora tenho uma nova oportunidade científica. Esse termo ficou muito bem empregado. Para este novo ano que está chegando, vamos aproveitar as "oportunidades científicas"! Estou me referindo ao presente que a estudante Rosane Pontes me prometeu - quanta ansiedade - um Terrário! Sim, temos os já tradicionais aquários onde se criam peixes ornamentais. E também os terrários onde criamos ambientes onde podemos observar as interações da natureza buscando a preservação da vida, onde plantas e micro-organismos de um sistema se agregam em completa harmonia para tentar reproduzir a realidade de uma sobrevivência normal. Quanto maior for o grau de interação entre estas espécies maior será a vida útil do terrário. E mais, o proprietário pode produzir um desarranjo ambiental tão grande no ecossistema do terrário que o levará à destruição. Mais ou menos o que estamos fazendo com nosso planeta, só que em escala reduzida! Uma excelente experiência, como se cada um fosse "dono" do seu pedaço de mundo! Bem, o meu vou esperar com ansiedade, mas para quem quiser se dedicar aos estudos científicos desde agora fui pesquisar e descobri um roteiro para a montagem de um terrário passo-a-passo, lá na revista Nova Escola. Num terrário podemos observar entre outras coisas o ciclo da água no processo de evaporação, condensação e precipitação. Tudo muito propício a uma oportunidade científica. Experimentem e coletem suas impressões. Vou reproduzir a reportagem da revista em detalhes com direito a fotos:

O terrário é um recipiente de vidro com pedras, carvão, terra e plantas que permite observar o funcionamento do mundo natural. Mas essa não é a única versão. Existem outras e cada uma delas possibilita um estudo específico. Por exemplo, a bióloga Vanessa de Aquino Cardoso, da Sangari, empresa que produz material didático, o utiliza para demonstrar acontecimentos biológicos. "É possível acompanhar a germinação de diferentes sementes e ver como se comportam pequenos animais, como as joaninhas e os grilos, nesse espaço", explica Vanessa. Outra forma é reproduzir o meio ambiente vegetal para observar o ciclo completo da água. Como? Quando a temperatura sobe, a água utilizada na rega, que ainda está na terra, evapora e se junta à da transpiração das plantas, formando uma concentração de vapor d'água. Como o recipiente está fechado, esse vapor se condensa e forma pequenas gotas que ficam nas paredes e no lacre. É aí que ela retorna para irrigar o solo novamente. Também é uma boa oportunidade para explicar como funciona a camada de ozônio. Nesse caso, quem exerce essa tarefa é a tampa do recipiente. "Sem ela, o vapor vai embora para o espaço e não há a oportunidade de molhar a terra para que o ciclo recomece", justifica o ludo-educador em Meio Ambiente Walter Dohme. Essa é uma atividade de Ciências indicada para professores de Educação Infantil e de Ensino Fundamental. De acordo com Walter, a vida útil do terrário pode chegar a um ano ou mais, se tomados os devidos cuidados. "Ele só deve ser aberto a cada uma ou duas semanas para que as plantas recebam um pouco de brisa", orienta. "Se elas crescerem muito no período, podem ser aparadas".

MATERIAL NECESSÁRIO:

• 1 vidro de boca larga
• 1 xícara de pedrinhas para aquário
• 1 xícara de carvão vegetal
• 3 a 4 xícaras de terra adubada organicamente
• 2 ou 3 mudas de plantas diferentes
• Pá e rastelo
• Plástico grosso maior que o tamanho da boca do vidro
• Elástico
• 1 xícara de água filtrada

ROTEIRO:

1. Monte as camadas:

Essas três camadas representam de maneira simplificada as condições ideais do solo. A de terra serve para nutrir o vegetal e as de pedregulho e de carvão têm a função de drenar a água. Abra buracos na última camada e plante as mudas. 2. Regue e tampe: Molhe cuidadosamente a terra, cubra o vidro com o plástico e vede bem com o elástico. O terrário tem de receber luz, porém não deve ficar exposto diretamente ao sol. 3. Acompanhe o fenômeno: Uma vez lacrado, instala-se o ciclo: a água penetra na planta pela raiz e é liberada por meio das folhas pela evaporação. Esse ambiente não dá conta de absorver o vapor que fica nas paredes e no teto do vidro. Quando a umidade chega ao ponto de saturação, ocorre uma espécie de chuva que devolve a água ao solo. 4. Versão reciclada: O terrário também pode ser feito em outros tipos de vidro, como os aquários ou os reutilizáveis. Uma outra opção é usar garrafas PET. Pegue duas de água, porque são transparentes, corte uma em cerca de 3/4 de seu corpo e a outra, em 1/4. Utilize a maior para fazer a montagem. Tampe com a menor de modo que ela fique por dentro da que serve como base. Vede com fita crepe.

EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA

O presidente da República, Luiz Inácio Lula da Silva, sanciona nesta segunda-feira (29) a lei que cria 38 institutos federais de educação, ciência e tecnologia no país. Com os institutos, presentes em todos os estados, aumenta o número de vagas em cursos técnicos de nível médio, em licenciaturas e em cursos superiores de tecnologia. Criados a partir da Rede Federal de Educação Profissional, Científica e Tecnológica, formada pelos Cefets (centros federais de educação tecnológica), escolas agrotécnicas federais e escolas técnicas vinculadas a universidades, os institutos nascem com 168 campi e chegarão a 2010 com 311. No mesmo período, as vagas serão ampliadas de 215 mil para 500 mil. Os institutos vão oferecer metade das vagas ao ensino médio integrado ao profissional, para dar ao jovem uma possibilidade de formação já nessa etapa do ensino. Na educação superior, haverá destaque para os cursos de engenharias e bacharelados tecnológicos (30% das vagas). Outros 20% serão reservados a licenciaturas em ciências da natureza - o Brasil apresenta grande déficit de professores em física, química, matemática e biologia. Ainda serão incentivadas as licenciaturas de conteúdos específicos da educação profissional e tecnológica, como a formação de professores de mecânica, eletricidade e informática. Os institutos terão forte inserção na área de pesquisa e extensão para estimular o desenvolvimento de soluções técnicas e tecnológicas e estender os benefícios à comunidade. Eles terão autonomia, nos limites da área de atuação territorial, para criar e extinguir cursos e para registrar os diplomas. Ainda exercerão o papel de instituições acreditadoras e certificadoras de competências profissionais. Cada instituto é organizado em estrutura com vários campi e proposta orçamentária anual identificada para cada campus e reitoria. Fonte: Redação UOL

ETANOL BRASILEIRO NA ONU

Esta postagem interessa a todos, pelo fato da redução dos efeitos de poluentes provenientes da queima de combustíveis nos motores Ciclo Otto e Ciclo Diesel ser um tema atual e discutível, porém representa um complemento das aulas nas turmas do Curso de Agroindústria quando estudamos Máquinas e Equipamentos, sendo que na realidade estou avançando nos estudos iniciados pela Professora Jannaína que explorou de forma profissional as fontes de Energias Renováveis como o etanol. Portanto, aproveitem este texto que adaptei do site Ethanol Brasil Blog!

Um grupo de pesquisadores e cientistas apresentou um conjunto de novas visões sobre os benefícios do etanol de cana-de-açúcar para a mitigação do aquecimento global, em evento paralelo realizado durante a Conferência do Clima, das Nações Unidas, na Polônia. Os argumentos apresentados por especialistas do Brasil, dos Estados Unidos e da Europa foram compilados no livro Sugarcane ethanol: contributions to climate change mitigation and the environment publicado pela Wageningen University, da Holanda e discutidos por três dos autores que participam do livro, em painel organizado pela União da Indústria de Cana-de-Açúcar (UNICA) no dia 11 de dezembro de 2008, em Poznan, com mediação do diretor-executivo da entidade, Eduardo Leão de Sousa.Especificamente sobre a contribuição do etanol de cana para a redução da emissão dos gases de efeito estufa, o pesquisador-visitante da Nipe/Unicamp e um dos autores do livro, Isaias Macedo, apresentou suas mais recentes contribuições, como a atualização dos dados sobre as emissões do etanol brasileiro e projeções para o ano 2020. A ciência neste assunto não é nova no Brasil, afirmou Macedo, complementando que devido ao debate intenso estimulado pela expansão do etanol, a sustentabilidade tem sido cuidadosamente avaliada no País. O primeiro estudo sobre o impacto do etanol de cana na redução do efeito estufa data de 15 anos atrás, ressaltou.Macedo fez questão de frisar que a contribuição de todos os produtos da cana deve ser computada neste cálculo, incluindo a co-geração de eletricidade que atende tanto às necessidades das usinas como serve para exportação de excedentes à rede elétrica brasileira. A diretiva européia que promove o uso de energias renováveis exclui a parte da bioeletricidade destinada ao uso externo às usinas, reduzindo o valor de emissões economizado pelo etanol de cana.Colocando a bioeletricidade no cálculo, como um todo, o etanol de cana atinge 92% de redução na emissão de gases de efeito estufa, em comparação com a gasolina, informou.O professor Peter Zuurbier, pesquisador da Wageningen University e co-editor da publicação, juntamente com o seu colega Jos van de Vooren, também da universidade holandesa, demonstrou que há terra disponível e suficiente para a produção tanto de alimentos como de cana para etanol no Brasil e no mundo.Não há nenhuma relação entre a crise de alimentos verificada neste ano (com elevação de preços) e a produção de etanol de cana-de-açúcar, afirmou Zuurbier.

Fonte:Ethanol Brasil Blog.

TORRES DE RESFRIAMENTO

Garrafas PET e fibra de coco podem ser uma solução simples, barata e original para resfriar água quente derivada de processos industriais. Esses materiais podem ser usados nas torres que resfriam a água e permitem, assim, seu reaproveitamento pelas indústrias. Um protótipo do equipamento, feito por pesquisadores do Departamento de Engenharia Mecânica da Universidade Federal de Pernambuco (UFPE), está sendo testado com sucesso. O objetivo dos cientistas é substituir os materiais tradicionalmente usados no interior das torres de resfriamento por outros reaproveitados, tornando o processo mais ecológico. “Os enchimentos das torres são feitos de plásticos como o polipropileno, o PVC e o polietileno, que podem demorar até 100 anos para se decompor na natureza”, ressalta a engenheira Ana Rosa Mendes Primo, membro da equipe envolvida no projeto. As torres de resfriamento são um elemento central em todos os processos industriais que produzem calor. Nelas, a água usada para abaixar a temperatura dos equipamentos industriais aquecidos no ciclo de produção é resfriada para que possa ser reaproveitada em outro processo. Assim, as indústrias têm uma grande economia de água, pois apenas 2% desse recurso são perdidos para o ambiente. Para ser resfriada, a água quente é bombeada para um sistema no topo da torre, de onde é borrifada sobre o enchimento e escorre pelo material. Grelhas localizadas na base da torre permitem a entrada de ar, cuja circulação é forçada por um ventilador. O resfriamento da água ocorre por meio de processos de transferência de calor e massa entre as gotículas de água quente e o ar. O ar quente é eliminado pelo topo (ou lateral) da torre através do ventilador, o que faz com que a temperatura da água seja reduzida com mais rapidez. A água resfriada é liberada pela base da torre. O esquema ao lado ilustra este processo. Para fazer os enchimentos, Primo usou separadamente gargalos de garrafas PET e restos de corda de fibra de coco. Além de muito resistentes, esses materiais aumentam o tempo de passagem da água. No enchimento de gargalos, isso acontece por causa das ranhuras das roscas. “À medida que percorre essas fendas, a água tem um maior contato com o ar e resfria com mais facilidade”, explica. No caso da corda de fibra de coco, as várias fibras que a compõem aumentam sua área de contato com a água. A equipe da UFPE montou um protótipo de uma torre de resfriamento, ligado a um computador, para testar a eficiência do uso de garrafas PET e fibra de coco. O desempenho dos materiais foi considerado satisfatório, se comparado com o do plástico já utilizado nas torres. A garrafa PET é apenas 10% menos eficiente que o plástico convencional no resfriamento da água. A eficácia da fibra de coco é um pouco menor. Segundo os pesquisadores, ainda é preciso melhorar o arranjo dos novos enchimentos, para aumentar a área de contato com a água a ser resfriada sem causar bloqueio excessivo à passagem de ar. Os engenheiros da UFPE pretendem testar a eficiência do novo sistema em maior escala, para verificar sua adequação às grandes torres industriais. Primo ressalta que o uso dos novos materiais é compensador, pois os gastos com enchimento podem representar até 40% do custo total de uma torre. “Por isso, esperamos inovar ainda mais para melhorar o desempenho dos materiais alternativos no resfriamento”, conclui. Fonte: Ciência Hoje Online

NSK FABRICA O MENOR MANCAL DE ROLAMENTOS DO MUNDO

No mês de novembro, a NSK recebeu um prêmio especial do governo japonês por ter conseguido fabricar o menor rolamento de esferas do mundo. Trata-se de um componente feito de aço inoxidável, com medidas submilimétricas (0,6 mm de furo, 2 mm de diâmetro externo e 0,8 mm de largura). Composto por sete esferas, cada uma com apenas 0,3 mm de diâmetro, o rolamento tem precisão P5. Projetado para ser aplicado em componentes eletrônicos e equipamentos cirúrgicos, esta inovação da NSK é resultado do contínuo investimento da empresa nas áreas de pesquisa e desenvolvimento. Para se ter uma idéia do que representa esta conquista do ponto de vista da precisão envolvida no processo de produção, o rolamento modelo B0.61H26MC3WL2P5 apresenta dimensões inferiores às de um grão de arroz (veja foto). O desenvolvimento deste microcomponente mecânico demonstra o grau de especialização com que a NSK fabrica os seus produtos.

Esta não é a primeira vez que a empresa desenvolve produtos inovadores ou de alta especialização. Rolamentos específicos de ouro maciço, utilizados em satélites espaciais, e rolamentos de grande porte empregados na indústria pesada são alguns destes produtos. Demonstrando seu avanço tecnológico, a NSK ainda desenvolveu os rolamentos que equipam os elevadores mais velozes do mundo, instalados no edifício Taipei 101, em Taiwan. FONTE: http://www.nsk.com.br/revista/nsk13/ultimas_ant.html#n57