Título da Aula: Sistemas Térmicos: Previsões, Avaliações e Protótipos para a Sustentabilidade

Ano: 1º, 2º e 3º anos do Ensino Médio

Objetivo da Aula:

• Desenvolver nos alunos a habilidade de utilizar as tecnologias digitais para calcular estimativas, projetar e construir protótipos de sistemas térmicos visando à sustentabilidade.

Materiais Necessários:

• Computadores com acesso à internet
• Software de simulação de sistemas térmicos (ex: EnergyPlus, TRNSYS, IES-VE)
• Materiais diversos para construção de protótipos (ex: papelão, canudos, materiais recicláveis, etc.)
• Sensores de temperatura e umidade
• Data logger ou microcontrolador para aquisição de dados

Procedimentos:

1. Introdução (15 minutos)

• Iniciaremos a aula com uma discussão sobre a importância dos sistemas térmicos para a sociedade e o meio ambiente, destacando seu potencial para redução do consumo de energia e emissões de gases de efeito estufa.
• Em seguida, apresentaremos os conceitos básicos da termodinâmica e seus princípios aplicados aos sistemas térmicos.

2. Simulações Computacionais (30 minutos)

• Dividiremos a turma em grupos e cada grupo receberá um computador com software de simulação de sistemas térmicos.
• Cada grupo utilizará o software para simular o comportamento de um sistema térmico específico, como uma casa, um escritório ou uma indústria.
• Os alunos analisarão os resultados da simulação e identificarão oportunidades de melhoria para aumentar a eficiência energética do sistema.

3. Construção de Protótipos (45 minutos)

• Nesta etapa, os grupos trabalharão na construção de protótipos de sistemas térmicos sustentáveis, utilizando materiais diversos e recicláveis.
• Cada grupo deverá escolher um sistema térmico para construir, como um coletor solar, um sistema de aquecimento passivo ou um sistema de ventilação natural.
• Os alunos deverão aplicar os conceitos de termodinâmica aprendidos na construção dos protótipos, buscando otimizar o desempenho energético dos mesmos.

4. Aquisição e Análise de Dados (30 minutos)

• Após a construção dos protótipos, os grupos instalarão sensores de temperatura e umidade para monitorar o desempenho dos sistemas térmicos.
• Os dados coletados pelos sensores serão armazenados em um data logger ou microcontrolador e posteriormente analisados pelos alunos.
• Os alunos compararão os resultados experimentais com os resultados das simulações computacionais e avaliarão a precisão dos modelos digitais.

5. Apresentação dos Resultados (40 minutos)

• Cada grupo apresentará para a turma os resultados de sua investigação, incluindo as simulações computacionais, a construção do protótipo e a análise dos dados coletados.
• Os alunos discutirão os pontos fortes e fracos de cada protótipo e sugerirão melhorias para aumentar sua eficiência e sustentabilidade.

Avaliação:

• A avaliação dos alunos será realizada com base no desempenho dos grupos nas seguintes etapas:
• Simulações computacionais: análise crítica dos resultados da simulação e identificação de oportunidades de melhoria.
• Construção de protótipos: aplicação dos conceitos de termodinâmica e uso de materiais diversos e recicláveis.
• Aquisição e análise de dados: coleta e análise de dados experimentais, comparação com os resultados das simulações computacionais e avaliação da precisão dos modelos digitais.
• Apresentação dos resultados: clareza e organização da apresentação, capacidade de responder a perguntas e discutir os resultados com os colegas.