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•   Verificar a transformação de energia térmica obtida de um combustível qualquer em energia elétrica. 
•   Identificar as etapas ocorridas durante o funcionamento de uma usina termoelétrica.  
•   Analisar as transformações de energia ocorrida em cada etapa do processo.

50 minutos (uma aula)

          Princípios básicos de: eletrodinâmica, eletromagnetismo, termodinâmica, mecânica e transformação de energia.

          Sugerimos que o(a) professor(a) prepare um dispositivo com o objetivo de fazer uma demonstração experimental para comprovar que é possível utilizar a energia proveniente da combustão e transformá-la em energia elétrica.  

          Deverá preparar antecipadamente o material, montar e testar o sistema previamente, e então, executar a demonstração no laboratório de Física ou na própria sala de aulas assim que iniciar a aula.

Material necessário:

1.      Uma latinha de refrigerante pequena, cerca de 250 ml.

2.      Um prego fino para fazer um furo na latinha.

3.      Dois blocos de madeira cerca de (10 cmX20 cm) e qualquer espessura.

4.      Uma lamparina ou material para fabricar um dispositivo para substituir a lamparina a álcool.

5.      Um mini-ventilador que funciona a pilhas, pode ser usado um daqueles em miniaturas utilizados para dissipar calor nos circuitos eletrônicos e que funcionam com pequena voltagem.

6.      Uma seringa comum de plástico de qualquer tamanho.

7.      Um galvanômetro ou um multímetro.

Procedimento:

·        Com o prego faça um furo na tampa da latinha de refrigerante, próximo à lateral da latinha, veja esquema na Figura 01.

·        Retire o líquido deixando escoar em um recipiente qualquer, em um copo como na Figura 01.

·        Encha a seringa com água e injete pelo furo da latinha, cerca de 80 ml de água, veja a Figura 02.

·        Fixe a latinha prendendo-a em um suporte não inflamável de modo que ela fique um pouco, 1 cm, por exemplo, acima da chama da lamparina, Figura 03.

·        Fixe o mini-ventilador no bloco de madeira e o posicione de modo que o vapor saindo do orifício da latinha incida diretamente nas hélices forçando-as a girar.

·        Conecte os terminais do motorzinho, pontos que seriam ligados à bateria ou pilhas, aos terminais do galvanômetro ou multímetro, Figura 03.

·        Se for usar um multímetro utilize sua escala que mede décimos ou centésimos de volts.

·        Coloque a lamparina sob a latinha. Certifique que a montagem está correta e acenda a lamparina.

Obs. Ao fazer o teste, antes do horário da aula, certifique se uma lamparina é suficiente para girar o motor satisfatoriamente. Caso necessário utilize duas lamparinas ou um recipiente que possa queimar o álcool diretamente como uma latinha de sardinha tampada parcialmente com uma lâmina metálica.

         Divida os alunos em grupos de 6 a 8 pessoas e chame um grupo por vez para observar o experimento. Durante a apresentação pergunte para que respondam oralmente.

          Quais as transformações de energia observada desde o calor fornecido a partir da combustão do álcool até a geração da energia elétrica nessa demonstração experimental?

          Após a manifestação de todos os grupos, discuta com toda turma e comente cada transformação de energia ocorrida.

• Basicamente energia química de combustão em térmica usada para evaporar a água na latinha, essa é transformada em energia mecânica na ventoinha, finalmente ao girar o motor a energia mecânica é transformada em elétrica.

 

 

          Nota: Legenda referente ao esquema da Figura 03;

• LR = Latinha de refrigerante
• SM = suporte de madeira
• SL = Suporte metálico para a latinha
• LA = Lamparina a álcool
• VA = Ventoinha
• M =motorzinho
• G = galvanômetro

          Obs. O conjunto VA e M normalmente já se encontram acoplados, a representação esquemática é um intuito unicamente didático.

 

Parte II

            Em seguida poderá apresentar a Figura 04 que ilustra o esquema de uma usina termoelétrica. Usando este esquema explique resumidamente, as partes e funcionamento básico de uma usina termoelétrica.

1. Fornalha: Geralmente é usado algum tipo de combustível fóssil, petróleo, gás natural ou carvão, podendo também ser usado combustíveis alternativos. Este é queimado na fornalha (câmara de combustão), fornecendo calor para aquecer a água na caldeira.
2. Caldeira: Na caldeira a água é aquecida até formar vapores à alta pressão. Ao atingir alta pressão, o vapor escapa através de uma válvula e é conduzida para a turbina através de um tubo.
3. Turbina: O vapor a alta pressão força a turbina a girar, nela a energia do vapor é transformada em energia mecânica.
4. Gerador: O eixo da turbina é acoplado ao eixo do gerador. À medida que a turbina gira, o eixo do gerador gira junto, fazendo com que a energia mecânica seja transformada em energia elétrica.
5. Subestação: A energia gerada pelo gerador é conduzida por cabos condutores de eletricidade até a subestação da usina onde em um transformador elevador, a tensão é elevada de maneira adequada à condução de eletricidade.

          Após explicar o funcionamento de uma usina termelétrica, divida a turma em duplas e peça que resolvam um breve exercício a seguir, para fixação do conteúdo da aula até aqui ministrado.

          Para que serve o condensador representado no fluxo de vapores após a turbina ilustrada no esquema da Figura 04?

          Compare os esquemas: Figura 03 e Figura 04 e associe cada parte relacionada nela, numerando a segunda coluna de acordo com a primeira:

1. Fornalha.............................................. (  ) Motorzinho
2. Caldeira.............................................. (  ) Latinha de refrigerante
3. Turbina................................................ (  ) Lamparina
4. Gerador............................................... (  ) Ventoinha.

• O condensador é utilizado para condensar os vapores e reaproveitamento da água na caldeira.
• A seqüência descendente na coluna será: 4-2-1-3.

http://t1.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcSlyNfgJd0tgZmI6557xgzapwi8oEqotgdggkhOziNY60RPwTwC

 

Parte III

          Depois poderá exibir o seguinte filme, link abaixo, e utilizar essa animação. Se dispuser de recursos para os alunos peça que, individualmente ou em duplas, acessem o endereço correspondente a essa animação; instrua-os para que acompanhe cada passo da animação na ordem nela apresentada. 

          Antes de iniciar a apresentação peça aos alunos que individualmente ou em duplas copiem as seguintes questões numa folha de papel ou caderno, e após ler com atenção as instruções esquematizadas na animação, responda por escrito, a serem conferidas posteriormente.

1.      Que tipo de combustível normalmente é usado em uma usina termoelétrica?

2.      Qual a vantagem do condutor do combustível ser distribuído por vários tubos forrando a superfície interna da fornalha ao invés de ser um, ou poucos tubos, no cento da fornalha?

3.      O conjunto: câmara de combustão e fornalha, caldeira e turbina constituem uma máquina térmica. O que você pode concluir do seu rendimento em relação ao calor fornecido à fornalha?

• Normalmente combustíveis fósseis: derivados do petróleo, carvão mineral, gás natural.
• Maior área exposta ao calor, portanto maior absorção de calor.
• Sendo uma máquina térmica seu rendimento será menor que 1 e muito provável bem inferior a 100%.

          Depois pergunte também:

4.      Porque a tensão gerada deve ser elevada para um valor bem alto, para depois ser transmitido à região de consumo? 

• Para diminuir as perdas pelo efeito Joule; para a mesma potência, quanto maior a voltagem menor a corrente, e a energia dissipada no condutor é proporcional ao quadrado da intensidade de corrente elétrica, a resistência elétrica do condutor praticamente não varia.

 

 

Usinas termoelétricas 

Nome	Tipo
Usinas termoelétricas	Animação/simulação

          Acesse os link abaixo, repassando para os alunos aqueles que julgarem convenientes, sugerimos os primeiros da lista:

 

Termelétrica

http://www.scgas.com.br/info/termeletricacomum/idse/320

 

Energia Termoelétrica: Desvantagens e Vantagens

http://energiatermoeletrica.blogspot.com.br/2007/07/usinas-termoeltricas-desvantagens.html

 

Pantanal Energia

http://www.pantanalenergia.com.br/framestructure.asp?operation.asp

 

Usina Termelétrica

http://www.fcmc.es.gov.br/download/Usina_termeletrica.pdf

 

Usina termelétrica

http://www.feiradeciencias.com.br/sala12/12_T08.asp

 

Geração de energia elétrica

http://m.albernaz.sites.uol.com.br/geracao_de_energia_eletrica.htm

          Sugerimos que divida a turma em grupos de 4 a 6 componentes, para fazerem uma consulta, via internet ou na biblioteca, posteriormente apresentar e discutir, na sala de aulas, o seguinte tema: “Usinas termelétricas: vantagens e desvantagens”.

          Seria interessante e proveitoso fazer uma interação de atividades com outras disciplinas para debater o assunto, com participação de outros professores, principalmente de áreas afins; além de ampliar as informações do assunto, servirá também para ampliar o grau de conscientização aos alunos, muito importante principalmente nos dias de hoje.