ATPS CALORIMETRIA

Engenharia de Controle e Automação

4ª Série

Fundamentos de Hidrostática e Calorimetria

A atividade prática supervisionada (ATPS) é um procedimento metodológico

de ensino-aprendizagem desenvolvido por meio de um conjunto de etapas

programadas e supervisionadas e que tem por objetivos:

Favorecer a aprendizagem.

Estimular a corresponsabilidade do aluno pelo aprendizado eficiente e

eficaz.

Promover o estudo, a convivência e o trabalho em grupo.

Desenvolver os estudos independentes, sistemáticos e o autoaprendizado.

Oferecer diferentes ambientes de aprendizagem.

Auxiliar no desenvolvimento das competências requeridas pelas Diretrizes

Curriculares Nacionais dos Cursos de Graduação.

Promover a aplicação da teoria e conceitos para a solução de problemas

práticos relativos à profissão.

Direcionar o estudante para a busca do raciocínio crítico e a emancipação

intelectual.

Para atingir estes objetivos, a ATPS propõe um desafio e indica os passos a

serem percorridos ao longo do semestre para a sua solução.

A sua participação nessa proposta é essencial para que adquira as

competências e habilidades requeridas na sua atuação profissional.

Aproveite essa oportunidade de estudar e aprender com desafios da vida

profissional.

AUTORIA

Marco Aurélio Euflauzino Maria

.

Engenharia de Controle e Automação – 4ª Série - Fundamentos de Hidrostática e Calorimetria

Marco Aurélio Euflauzino Maria

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COMPETÊNCIAS E HABILIDADES

Ao concluir as etapas propostas neste desafio, você terá desenvolvido as competências

e habilidades que constam nas Diretrizes Curriculares Nacionais descritas a seguir.

Identificar, formular e resolver problemas de Engenharia.

Desenvolver e/ou utilizar novas ferramentas e técnicas.

Comunicar-se eficientemente nas formas escrita, oral e gráfica.

Avaliar o impacto das atividades de engenharia no contexto social e ambiental.

Produção Acadêmica

• Construção de um aquecedor solar com material de baixo custo.

• Elaboração de um relatório sobre a utilização do sistema de aquecimento solar e

armazenamento de água em uma residência.

Participação

Esta atividade será, em parte, desenvolvida individualmente pelo aluno e, em parte,

pelo grupo. Para tanto, os alunos deverão:

• organizar-se, previamente, em equipe a ser definida pelo professor;

• entregar seus nomes, RAs e e-mails ao professor da disciplina e

• observar, no decorrer das etapas, as indicações: Aluno e Equipe.

Padronização

O material escrito solicitado nessa atividade deve ser produzido de acordo com as

normas da ABNT1, com o seguinte padrão:

• em papel branco, formato A4;

• com margens esquerda e superior de 3cm, direita e inferior de 2cm;

• fonte Times New Roman tamanho 12, cor preta;

• espaçamento de 1,5 entre linhas;

• se houver citações com mais de três linhas, devem ser em fonte tamanho 10, com

um recuo de 4cm da margem esquerda e espaçamento simples entre linhas;

• com capa, contendo:

• logo oficial da Anhanguera Educacional – Uniderp;

• nome de sua Unidade de Ensino, Curso e Disciplina;

• nome e RA de cada participante;

• título da atividade;

• nome do professor da disciplina;

• cidade e data da entrega, apresentação ou publicação.

1 Consultar o Manual para Elaboração de Trabalhos Acadêmicos. Unianhanguera. Disponível em:

<http://www.anhanguera.com/bibliotecas/normas_bibliograficas/index.html>.

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DESAFIO

O desenvolvimento de novas tecnologias exige de um Engenheiro não somente a

constante atualização acerca dessas, mas também um consistente conhecimento de princípios

(sejam eles concernentes à Física, à Química ou qualquer outra área) necessários para a

compreensão dessas tecnologias e sua correta utilização. Um relevante exemplo dessa

necessidade é o desenvolvimento de sistemas para captação, armazenamento e utilização da

energia. A compreensão do correto funcionamento desses sistemas exige conhecimentos de

diversas áreas da Física (Termodinâmica, Eletricidade e Ciência de Materiais, por exemplo), e

esta permitirá ao profissional optar por um sistema mais adequado de acordo com a situação.

Outro exemplo é a utilização de sensores (sejam eles de movimento, calor, fumaça, etc.) em

construções, cujas aplicações inerentemente implicam o conhecimento de fundamentos de

Física e Química.

Evidencia-se, então, a partir dos exemplos citados, a exigência de que um profissional

formado em Engenharia deva ter tanto um sólido conhecimento dos fundamentos das

ciências básicas (principalmente Física, Química e Matemática) quanto uma visão integrada,

que lhe permitirá, em um projeto, a melhor escolha e dimensionamento de elementos a este

referentes.

Objetivo do Desafio

O desafio desta atividade é promover o estudo das aplicações dos princípios de

hidrostática e calorimetria no sistema de captação e armazenamento de água em uma

residência, e o desenvolvimento de um sistema de aquecimento solar com materiais de baixo

custo para essa residência.

A importância deste desafio está na ampliação da visão do aluno com relação à

diversidade de situações encontradas por um Engenheiro e que exigem desse um sólido

conhecimento de princípios fundamentais das ciências. Este conhecimento permitirá uma

maior liberdade na escolha de tecnologias apropriadas para o desenvolvimento de um

projeto, além de uma visão mais integrada.

ETAPA 1 (tempo para realização: 05 horas)

Aulas-tema: Conceitos Fundamentais, definição de fluido e propriedades dos

fluidos. Fluidos em Repouso e Pressão.

Esta atividade é importante para você compreender a caracterização de um fluido em

repouso, o conceito de pressão e sua aplicação no uso de um sistema de aquecimento solar.

Para realizá-la, devem ser seguidos os passos descritos.

PASSOS

Passo 1 (Aluno)

Estudar sobre a caracterização de um fluido em equilíbrio hidrostático, no Livro-Texto da

disciplina (identificado ao final da ATPS).

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Passo 2 (Equipe)

Pesquisar sobre o funcionamento de um sistema de aquecimento solar, observando a função

de cada elemento que compõe esse sistema. Também pesquisar sobre os materiais que

podem ser utilizados para a construção de um aquecedor solar de baixo custo.

Sites sugeridos para pesquisa

• Como Funciona um Aquecedor Solar. Soletrol. Disponível em:

<http://www.soletrol.com.br/educacional/comofunciona.php>. Acesso em: 14

jun. 2013.

• ALVES, Raquel Barone de Mello Belloni. Energia Solar Como Fonte Elétrica e de

Aquecimento no Uso Residencial. Disponível em: <http://engenharia.anhembi.br/tcc-

09/civil-39.pdf>. Acesso em: 14 jun. 2013.

• Água Quente para Todos. Disponível em:

<http://www.planetareciclavel.com.br/desperdicio_zero/Kit_res_17_solar.pdf>.

Acesso em: 19 jun. 2013.

Passo 3 (Aluno)

Definir uma residência que será objeto de estudo e que não possua sistema de aquecimento

solar. Observar, nessa residência, o sistema de armazenamento de água, verificando todas as

fontes de abastecimento de água e reservatórios e classificando, caso seja necessário, as fontes

utilizadas para consumo e as que não são utilizadas para consumo (frequentemente usadas

para fins de limpeza, como a água da chuva).

Sites sugeridos para pesquisa

• Esquema de funcionamento e dimensionamento da instalação de água fria em residências.

Disponível em:

<http://www.forumdaconstrucao.com.br/conteudo.php?a=27&Cod=118>. Acesso

em: 14 jun. 2013.

• CAPTAÇÃO DE ÁGUA DE CHUVA PARA USO DOMICILIAR: ESTUDO DE CASO.

Disponível em:

<http://www.pucgoias.edu.br/ucg/prope/cpgss/ArquivosUpload/36/file/CAPT

A%C3%87%C3%83O%20DE%20%C3%81GUA%20DE%20CHUVA%20PARA%20US

O%20DOMICILIAR.pdf>. Acesso em: 14 jun. 2013.

Passo 4 (Equipe)

1 Organizar um relatório, utilizando a formatação recomendada no item Padronização

desta ATPS, em que conste, na capa, o título “Aplicações de Calorimetria e Hidrostática”

e o subtítulo “Construção de Sistema de Aquecimento Solar”, além dos nomes dos

integrantes do grupo. Citar a residência analisada, identificando-a, se possível, por uma

foto.

2 Representar, também, nesse relatório, por meio de fotos ou ilustrações, o sistema de

armazenamento de água da residência analisada, descrevendo de modo detalhado seus

elementos e funcionalidades e mostrando, inclusive, as fontes de abastecimento e o(s)

reservatório(s).

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ETAPA 2 (tempo para realização: 05 horas)

Aulas-tema: Princípios de Pascal e Arquimedes. Temperatura e Medição de

Temperatura.

Esta atividade é importante para você compreender a aplicação de princípios físicos

em materiais e dispositivos comumente utilizados no cotidiano de profissionais da

Engenharia.

Para realizá-la, devem ser seguidos os passos descritos.

PASSOS

Passo 1 (Equipe)

Estimar, observando o sistema de armazenamento de água, qual é a pressão utilizada para

que a água alcance o(s) reservatório(s). Detalhar os princípios físicos envolvidos no cálculo

dessa estimativa e colocá-los no relatório iniciado na etapa anterior.

Passo 2 (Equipe)

Descrever, no relatório, como é feito o controle do nível de água no reservatório da

residência, detalhando os princípios físicos abordados.

Site sugerido para pesquisa

• Como Funciona a Caixa D’Água. Disponível em:

<http://www.caixasdagua.com/como-funciona-a-caixa-dagua.html>. Acesso em:

14 jun. 2013.

Passo 3 (Equipe)

Avaliar, listar e adquirir os materiais de baixo custo mais adequados para a construção e

implementação de um sistema de aquecimento solar para a residência analisada.

Passo 4 (Equipe)

1 Avaliar, na residência, como poderia ser realizada a conexão entre a parte hidráulica e

um sistema de aquecimento solar.

Site sugerido para pesquisa

• Aquecedor Solar Feito com Tubos de PVC. Sempre Sustentável. Disponível em:

<http://www.sempresustentavel.com.br/solar/aquecedor/aquecedor-solar.htm>.

Acesso em: 19 jun. 2013.

2 Descrever detalhadamente, no relatório, o modo de implementação desse sistema.

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ETAPA 3 (tempo para realização: 08 horas)

Aulas-tema: Dilatação Térmica de Corpos Sólidos. Dilatação Térmica dos Líquidos.

Esta atividade é importante para você compreender a influência da dilatação térmica

no transporte e armazenamento de água.

Para realizá-la, devem ser seguidos os passos descritos.

PASSOS

Passo 1 (Equipe)

Construir, com base na lista de materiais e procedimentos pesquisados no Passo 2 da Etapa 1

e no Passo 3 da Etapa 2, um sistema de aquecimento solar com materiais de baixo custo

apropriado à residência analisada.

Site sugerido para pesquisa

• Água Quente para Todos. Disponível em:

<http://www.planetareciclavel.com.br/desperdicio_zero/Kit_res_17_solar.pdf>.

Acesso em: 19 jun. 2013.

Passo 2 (Equipe)

1 Pesquisar como as variações de temperatura afetam os elementos utilizados no

transporte de água (encanamentos, por exemplo) e no seu armazenamento.

2 Descrever, no relatório, como esses efeitos são considerados em um projeto de

engenharia.

Passo 3 (Aluno)

Pesquisar sobre o limite superior da temperatura alcançada por uma quantidade de água

contida em um reservatório acoplado a um sistema de aquecimento solar.

Site sugerido para pesquisa

• Aquecedor Solar. Cecimig. Disponível em: <http://www.cecimig.fae.ufmg.br/wpcontent/

uploads/2008/08/monografia-aquecedor-solar.pdf>. Acesso em: 14 jun.

2013.

Passo 4 (Equipe)

1 Medir, durante um período de cinco dias, a máxima e a mínima temperatura da água

mantida no reservatório do sistema de aquecimento solar.

2 Anotar, no relatório, os valores medidos e as características do clima (ensolarado,

nublado, chuvoso) durante a medição.

3 Desenvolver, com base nas informações do item anterior, um cálculo que mostre a

variação da temperatura e do volume da água mantida pelo aquecedor solar para cada

característica climática.

4 Descrever detalhadamente o cálculo no relatório.

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ETAPA 4 (tempo para realização: 05 horas)

Aulas-tema: Calorímetro. Conceito de Fluxo de Calor. Mecanismos de Transferência

de Calor.

Esta atividade é importante para você compreender os efeitos da transferência de calor

em um sistema de aquecimento solar.

Para realizá-la, devem ser seguidos os passos descritos.

PASSOS

Passo 1 (Aluno)

1 Estudar, no Livro-Texto da disciplina (identificado ao final da ATPS), o conteúdo sobre

processos de transferência de calor.

2 Descrevê-los no relatório.

Passo 2 (Equipe)

Descrever detalhadamente, no relatório, quais são e como ocorrem os processos de

transferência de calor da água mantida aquecida pelo sistema de aquecimento solar para o

ambiente, e quais meios são utilizados para minimizar esse efeito.

Passo 3 (Equipe)

Representar e descrever, no relatório, as transferências de calor ocorridas no reservatório que

mantém a água aquecida, considerando, inclusive, a influência da composição do material

desse reservatório.

Passo 4 (Equipe)

1 Descrever, no relatório, a economia energética e financeira que pode ser proporcionada

com a implementação do sistema de aquecimento solar.

2 Concluir o relatório, de acordo com a padronização definida, e entregá-lo ao professor,

em data previamente combinada.

Livro-texto da Disciplina

HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jearl. Fundamentos da Física: gravitação,

ondas e termodinâmica. 8. ed. São Paulo: LTC - Livros Técnicos e Científicos, 2009, v.2.