Transcript Usos finais de energia Aquecimento e Cocção Cláudio Furukawa

Diretoria de Ensino de Votorantim
Oficina Pedagógica
Adriana Ribeiro - PCOP de Física
4° Encontro IFUSP/Escola
Curso: Energia – Prof. Cláudio Furukawa
Usos finais de energia
Aquecimento e Cocção
Cláudio Furukawa
IFUSP
Chuveiro Elétrico
• Utilizado por 73% dos lares do Brasil.
• Invenção genuinamente brasileira (anos
40)
Funcionamento
• Transforma energia elétrica em calor
(efeito Joule), com uma eficiência em
torno de 95%.
• Necessita de potências elevadas (~4kW).
• Vazão: cerca de 3litros/minuto.
Vantagens
• Economia de água.
• Alta eficiência de conversão.
• Baixo custo para o consumidor.
Desvantagens
• Necessita de instalações adequadas – alta potência
elétrica – riscos de sobrecarga e choque elétrico.
• Onera o sistema elétrico: altos custos de geração,
transmissão e distribuição de eletricidade (horário de
pico).
• Um chuveiro de 4kW custa cerca de 2500 dólares
para o sistema energético – geração, transmissão e
distribuição.
Aquecedor a gás
• Aquecedor de passagem – quando a água
passa por serpentinas de cobre, acendese a chama do queimador de gás.
• Eficiência de conversão de cerca de 80%,
dependendo do tipo de aquecedor.
• Vazão de água: cerca de 10litros/minuto.
Vantagens
• Maior capacidade de aquecimento da
água.
• Economia de energia elétrica.
Desvantagens
• Maior consumo de água (demora para
aquecer e maior vazão).
• Uma família com 4 pessoas utiliza em torno
de 3 a 5 mil litros de água a mais,
comparado com o uso do chuveiro elétrico.
• Custo elevado de instalação.
Cocção
• Técnicas de preparo de alimentos crus por
meio de aquecimento.
• Com a cocção os alimentos se tornam
mais tenros e digeríveis, além da função
de esterilização.
• Essência do trabalho do cozinheiro.
Métodos de cocção
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Cozer
Fritar
Assar
Brasear
Gratinar
Etc..
Meios para Cocção
• Fogão a gás
• Microondas
• Panela de pressão
Fogão a gás
• Transformação – energia química em
energia térmica (reação química
exotérmica - combustão)
• Usado em 95% dos lares brasileiros.
Eficiência de conversão
Transformação de energia química em calor
• Mesa de cocção: 56%
• Forno: 33%
Combustão
• Para ocorrer a combustão são necessários:
Combustível (gás)
Comburente (O2)
Ignição
Ex.: CH4 + 2 O2  CO2 + 2 H2O + Energia.
Combustão
• Combustão completa:
Combustível + comburente = CO2 + H2O
• Combustão incompleta:
Combustível + comburente = CO2 + H2O +
subprodutos
Chama “amarela”
• Fuligem –combustão incompleta enegrece as panelas.
• Excesso de combustível ou falta de
oxigênio.
• Perigo: formação de monóxido de carbono
(venenoso).
Chama “assoprando”
• Falta de combustível ou excesso de
comburente (oxigênio).
Economia
• Quando ocorre a ebulição da água:
Calor latente de evaporação: o calor da
chama usado para promover a mudança
de estado – líquido / vapor.
Não há mudança da temperatura, portanto,
pode-se diminuir a chama do fogão.
Forno de microondas
• Transformação da energia elétrica em
calor por meio de ondas eletromagnéticas
na região do infravermelho.
• Frequência das ondas: 2,45 GHz
• Em torno de 1,7 kW
Funcionamento
• Fenômeno da ressonância entre as ondas
eletromagnéticas e o dipolo elétrico
(molécula da água).
• Mudança de sentido do campo elétrico faz
o dipolo oscilar de acordo com esta
mudança (2,45 GHz).
Eficiência
• Conversão da energia elétrica em calor:
Em torno de 30%.
Vantagens
• Aquecimento de alimentos pré-cozidos.
• Utilização por pequeno intervalo de
tempo.
Desvantagens
• Alto consumo de energia.
• Utilização por intervalos de tempo
prolongados.
Panela de pressão
• Necessidade dos alpinistas cozinharem
em elevadas altitudes.
• Inventado por Denis Papin, em 1679.
Vantagem
• Acelera o processo de cozimento pois
aumenta a temperatura de ebulição da
água por meio do aumento da pressão.
Ebulição da água
Localidade
Temperatura de ebulição
Nível do mar
100º C
São Paulo
98º C
Brasília
96º C
Quito
90º C
La Paz
87º C
Monte Everest
75º C
Temperatura versus pressão
Temperatura (oC)
Pressão (mm Hg)
10
9,21
30
31,11
50
91,98
70
233,09
90
526,45
100
760,00
Fórmula empírica de Duperray
• P = (T/100)4
onde P é a pressão em kgF/cm2 e T é a
temperatura em oC.
Pressão e temperatura interna de
uma panela de pressão
• Pinterna = 1,9 atm
• Tinterna = 120º C
Outros meios de aumento da
temperatura de ebulição
• Solução aquosa saturada de algumas
substâncias:
Cloreto de sódio: 108,5º C
Carbonato de potássio: 135º C
Cloreto de cálcio: 179º C
Outros meios de aumento da
temperatura de ebulição
• Usar vasilhas de vidro:
Pode aumentar a temperatura de ebulição
até 106º C.