Cooler evaporativo: conceitos de termodinâmica associados a transições de fase

Abstract

Esta dissertação de mestrado apresenta a utilização de um Cooler Evaporativo (CE) como produto didático, para facilitar no entendimento da transformação de energia em um processo de vaporização e consequente resfriamento no sistema considerado que é o produto educacional. O CE força um processo de evaporação e consequente resfriamento como uma demonstração prática do processo em que calor é absorvido do ambiente para evaporação da água, diminuindo assim a temperatura do ar na saída do dispositivo. Apresenta-se aqui, não apenas conhecimento teórico sobre calor e energia interna, mas também explicações sobre transição de fase, pressão parcial de vapores, saturação da umidade e temperatura, umidade relativa, e como ocorre a vaporização da água. O produto didático explora as energias de ligação intermoleculares que precisam absorver calor a fim de promover uma transição de fase na água. O que esfria o sistema. Este equipamento, o CE, demonstra que o sistema pode receber calor e nesse caso causar a modificação da temperatura na saída do dispositivo. Propomos com este produto didático uma melhor aprendizagem, que ajuda ainda mais os alunos compreender os vários fenômenos da Física relacionados com o conhecimento teórico sobre Calorimetria, Termodinâmica e as Forças Intermoleculares que atuam no processo da transformação de energia para a vaporização. O CE foi utilizado como produto didático na sala de aula, com 7 turmas do 2º ano do EM durante três aulas com cada turma.

Abstract: This master's dissertation presents the use of an Evaporative Cooler (EC) as a didactic product, to facilitate the understanding of energy transformation in a vaporization process and consequent cooling in the system considered. The CE will force a process of evaporation and consequent cooling as a practical demonstration of the process in which heat is absorbed from the environment to evaporate the water, thus decreasing the temperature of the air at the exit of the device. Here is presented, not only theoretical knowledge about heat and internal energy, but also explanations about phase transition, partial pressure of vapors, saturation of humidity and temperature, relative humidity, and how vaporization of water occurs. The educational product explores the intermolecular binding energies that need to absorb heat in order to promote a phase transition in water. What cools the system. This equipment, the CE, demonstrates that the system can receive heat and, in this case, cause the temperature at the device outlet to change. We propose with this didactic product a more meaningful learning, which helps students understand the various phenomena of Physics related to theoretical knowledge about Calorimetry, Thermodynamics and Intermolecular Forces that act in the process of transforming energy into vaporization. The CE was used as a didactic product in the classroom, with 7 classes of the 2º year of fundamental school, along three lessons with each class.