Com o constante desenvolvimento das áreas urbanas e aumento do consumo energético destinado a conforto térmico, um estudo foi realizado para formulação de uma metodologia de análise termoeconômica de sistemas distritais de resfriamento. O objetivo principal é descrever uma metodologia referente à implantação de sistemas distritais no Brasil, por sua vez, o objetivo secundário é aplicar a metodologia no estado de São Paulo, analisando as premissas utilizadas na metodologia. Primeiramente, apresentou-se uma visão geral e revisão de literatura dos sistemas de aquecimento e resfriamento distrital, indicando suas vantagens e desvantagens, bem como as diversas aplicações e desafios para sua implantação. Aplicações no cenário mundial foram expostas e analisadas, demonstrando que sua utilização em diversos países se estende por décadas. As principais vantagens observadas nas aplicações existentes estão relacionadas a maior eficiência energética e exergética global, redução das emissões de gases poluentes e confiabilidade do sistema. Por fim, a metodologia aplicada está apresentada em cinco etapas, de forma ordenada, baseando-se nas etapas de um projeto de sistemas distritais. Seu resultado é baseado em rotinas, simulações de processos e procedimentos de otimização, bem como aplicação de indicadores energéticos. Ao final das etapas e seu desenvolvimento matemático obtém-se um estudo preliminar de viabilidade da implantação de um sistema distrital. O estudo de caso apresentado aplica a metodologia para a cidade de São Paulo buscando descrever com detalhamento as premissas e etapas descritas. / The constant development of urban areas and increased energy consumption for thermal comfort encourage studies that formulate a methodology for thermoeconomic analysis of district cooling systems. The main objective is to describe a thermoeconomic methodology related to the implementation of district systems in Brazil. The secondary objective is to apply the methodology in the state of São Paulo, analyzing the premises used in the methodology. At first, an overview and literature review of district heating and cooling systems was presented, indicating their advantages and disadvantages, just as the various applications and challenges for their implementation. Applications on the world stage have been introduced and analyzed, demonstrating that their use in several countries extends for decades. The main advantages observed in the existing applications are related to global energy and exergy efficiency, reduction in greenhouse gases and reliability of the systems. Finally, the applied methodology is presented in five steps in an orderly manner based on the steps of a district system project. Its result is based on routines, process simulations and optimization procedures, as well as application of energy indicators. At the end of the steps and their mathematical development a preliminary study of the feasibility of the implantation of a district system is obtained. The present case study applies the methodology for the city of São Paulo and describe in detail the premises and steps.

Made available in DSpace on 2018-06-27T19:13:33Z (GMT). No. of bitstreams: 3 Vinicius Bisognin.pdf: 3237197 bytes, checksum: d5213702c8f66050cb6fb6af982a3d09 (MD5) Vinicius Bisognin.pdf.txt: 117183 bytes, checksum: 408acfe12278db4be967a0514d2f4607 (MD5) Vinicius Bisognin.pdf.jpg: 3397 bytes, checksum: e96b2dd1373c87f056e7bc7925ef4a54 (MD5) Previous issue date: 2014-04-24 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Computational resources have been identified as important auxiliary teaching, in view of the current technological developments. Thus, the purpose of this study demand through the use of computational simulations and animations to provide high school students an understanding of the more general principle of Conservation of Mechanical Energy. Learning activities with the use of computational simulations and animations are structured according to the methodology of Three Pedagogical Moments (TMP) and will make use of a Blog as a Virtual Learning Environment (VLE) to provide greater interaction between students and teacher and between them and the simulations and animations. It is expected that the learning of physics concepts involved in the subject of Mechanical Energy Conservation is enhanced. / Os recursos computacionais têm sido apontados como importantes auxiliares do ensino, tendo em vista a evolução tecnológica atual. Desta forma, a proposta desse trabalho procura através da utilização de simulações e animações computacionais proporcionar aos estudantes de Ensino Médio uma compreensão mais generalizada do princípio da Conservação de Energia Mecânica. As atividades de aprendizagem com o uso das simulações e animações computacionais estão estruturadas de acordo com a metodologia dos Três Momentos Pedagógicos (TMP) e farão uso de um Blog como Ambiente Virtual de Aprendizagem (AVA) para proporcionar maior interação entre os estudantes e o professor e entre eles e as simulações e animações. Espera-se que a aprendizagem dos conceitos físicos envolvidos no tema Conservação de Energia Mecânica seja potencializada.

Este trabalho investiga o processo de apreensão do princípio de conservação da energia mecânica por alunos em diferentes momentos da instrução formal. O trabalho é justificado pelos relatos existentes acerca da complexidade que envolve o conceito de energia, o princípio de conservação da energia, degradação e conversão relacionadas aos materiais didáticos, à sua estrutura epistemológica racional e, principalmente, à sua aprendizagem. Consideramos, para isso, duas dimensões que julgamos centrais para essa discussão: a primeira refere-se ao desenvolvimento histórico-epistemológico do conceito e, a segunda, ao seu desenvolvimento em nível individual ou cognitivo. Para a primeira dimensão resgatamos pontos chaves do desenvolvimento histórico do princípio de conservação da energia, sua relação com a conservação da vis viva e os diferentes desenvolvimentos do teorema trabalho-energia, sendo um realizado por Lazare Carnot e, outro, por Lagrange. Consoante a isso apresentamos, orbitando à primeira dimensão, de que maneira o conceito de energia mecânica é tratado em alguns manuais de ensino universitário e uma síntese dos trabalhos voltados para o conceito de energia na área de Ensino de Ciências. Para a segunda dimensão pesquisamos os conhecimentos mobilizados por estudantes de diferentes níveis privilegiando duas metodologias: a primeira num estudo coletivo, que chamamos de preliminar e, outra, em nível do indivíduo, aprofundado. A intenção do estudo preliminar foi a de verificar e confirmar que alunos que se encontram em momentos mais avançados de ensino tendem a mobilizar e articular conceitos com maior pertinência do que aqueles que se encontram em momentos anteriores. Foram aplicados 158 questionários e analisados à luz de categorias existentes na literatura da área, possibilitando a aproximação com os dados relatados em pesquisas longitudinais. A partir dessa análise e da literatura, foi possível elencar 8 situações na perspectiva de aprofundarmos o entendimento de como ocorre, de maneira explícita ou implícita, o processo de aprendizagem de 6 sujeitos para os conceitos-chaves levantados durante a ação da resolução das situações com mediação do investigador. As mediações foram gravadas em vídeo e áudio e integralmente transcritas para análise. O referencial teórico adotado para a investigação da conceitualização é a Teoria dos Campos Conceituais de Gérard Vergnaud. A análise das condutas dos sujeitos-em-ação nos permitiu inferir, por exemplo, que os sujeitos-em-ação reconhecem a conservação da energia mecânica e até mesmo, implicitamente, a expressão matemática do teorema trabalho-energia capaz de representar essa conservação na sua forma integral. Por outro lado, os dados analisados no estudo aprofundado sugerem que a dinâmica newtoniana parece atuar como obstáculo epistemológico para a aprendizagem da conservação da energia mecânica. / This work investigates the learning process of the conservation of mechanical energy by students in different levels of formal education. The work is justified by researches involving the concept of energy, the principle of the conservation and degradation of energy and transforming process related to the instructional materials. Furthermore, the complexity of rational epistemological structure of those concepts and its learning. In this case, two dimensions are considered as main points: the first one refers to the development of historical-epistemological concept and the second one to the individual cognitive development. For the first dimension, we accomplished the key points of the historical development of the principle of conservation of energy, its relation with the vis viva conservation and different developments of the work-energy theorem which were made by Lazare Carnot and other by Lagrange. According to that, we present the concept of the mechanical energy within some university books and a synthesis of works devoting the concept of the mechanical energy within the Science Learning studies. For the second dimension, we made a research about knowledge utilized by the pupils of different levels specializing in two methodologies: first about collective research called pre-study and the second one about individual research called detailed study. The aim of pre-study was to verify and confirm that high school and undergraduate students tends to mobilize and articulate concepts with better form in accordance with their level; those studies are called cross-grade or longitudinal studies. We applied and categorized 158 questionnaires which had been possible to approximate data related in longitudinal researches. After that, according to the literature, it was possible to organize 8 situations to carefully investigate how do the learning process occur, explicitly or implicitly, in 6 students about key concepts that have been appeared during the act of the resolution of the situations with mediation of the researcher. The mediations were recorded in video and audio and fully transcribed to our analysis. The framework adopted to investigate the conceptualization was the Theory of Conceptual Fields developed by the French cognitivist Gérard Vergnaud. The conduct analyses of the subjects action allowed us to infer, for example, that students recognized the conservation of the mechanical energy during the action of the students and implicitly they recognized the mathematical function that express this conservation in integral form. Moreover, the data suggests that the Newtonian dynamics acts as epistemological obstacle to the learning of the conservation of the mechanical energy.

Este trabalho investiga o processo de apreensão do princípio de conservação da energia mecânica por alunos em diferentes momentos da instrução formal. O trabalho é justificado pelos relatos existentes acerca da complexidade que envolve o conceito de energia, o princípio de conservação da energia, degradação e conversão relacionadas aos materiais didáticos, à sua estrutura epistemológica racional e, principalmente, à sua aprendizagem. Consideramos, para isso, duas dimensões que julgamos centrais para essa discussão: a primeira refere-se ao desenvolvimento histórico-epistemológico do conceito e, a segunda, ao seu desenvolvimento em nível individual ou cognitivo. Para a primeira dimensão resgatamos pontos chaves do desenvolvimento histórico do princípio de conservação da energia, sua relação com a conservação da vis viva e os diferentes desenvolvimentos do teorema trabalho-energia, sendo um realizado por Lazare Carnot e, outro, por Lagrange. Consoante a isso apresentamos, orbitando à primeira dimensão, de que maneira o conceito de energia mecânica é tratado em alguns manuais de ensino universitário e uma síntese dos trabalhos voltados para o conceito de energia na área de Ensino de Ciências. Para a segunda dimensão pesquisamos os conhecimentos mobilizados por estudantes de diferentes níveis privilegiando duas metodologias: a primeira num estudo coletivo, que chamamos de preliminar e, outra, em nível do indivíduo, aprofundado. A intenção do estudo preliminar foi a de verificar e confirmar que alunos que se encontram em momentos mais avançados de ensino tendem a mobilizar e articular conceitos com maior pertinência do que aqueles que se encontram em momentos anteriores. Foram aplicados 158 questionários e analisados à luz de categorias existentes na literatura da área, possibilitando a aproximação com os dados relatados em pesquisas longitudinais. A partir dessa análise e da literatura, foi possível elencar 8 situações na perspectiva de aprofundarmos o entendimento de como ocorre, de maneira explícita ou implícita, o processo de aprendizagem de 6 sujeitos para os conceitos-chaves levantados durante a ação da resolução das situações com mediação do investigador. As mediações foram gravadas em vídeo e áudio e integralmente transcritas para análise. O referencial teórico adotado para a investigação da conceitualização é a Teoria dos Campos Conceituais de Gérard Vergnaud. A análise das condutas dos sujeitos-em-ação nos permitiu inferir, por exemplo, que os sujeitos-em-ação reconhecem a conservação da energia mecânica e até mesmo, implicitamente, a expressão matemática do teorema trabalho-energia capaz de representar essa conservação na sua forma integral. Por outro lado, os dados analisados no estudo aprofundado sugerem que a dinâmica newtoniana parece atuar como obstáculo epistemológico para a aprendizagem da conservação da energia mecânica. / This work investigates the learning process of the conservation of mechanical energy by students in different levels of formal education. The work is justified by researches involving the concept of energy, the principle of the conservation and degradation of energy and transforming process related to the instructional materials. Furthermore, the complexity of rational epistemological structure of those concepts and its learning. In this case, two dimensions are considered as main points: the first one refers to the development of historical-epistemological concept and the second one to the individual cognitive development. For the first dimension, we accomplished the key points of the historical development of the principle of conservation of energy, its relation with the vis viva conservation and different developments of the work-energy theorem which were made by Lazare Carnot and other by Lagrange. According to that, we present the concept of the mechanical energy within some university books and a synthesis of works devoting the concept of the mechanical energy within the Science Learning studies. For the second dimension, we made a research about knowledge utilized by the pupils of different levels specializing in two methodologies: first about collective research called pre-study and the second one about individual research called detailed study. The aim of pre-study was to verify and confirm that high school and undergraduate students tends to mobilize and articulate concepts with better form in accordance with their level; those studies are called cross-grade or longitudinal studies. We applied and categorized 158 questionnaires which had been possible to approximate data related in longitudinal researches. After that, according to the literature, it was possible to organize 8 situations to carefully investigate how do the learning process occur, explicitly or implicitly, in 6 students about key concepts that have been appeared during the act of the resolution of the situations with mediation of the researcher. The mediations were recorded in video and audio and fully transcribed to our analysis. The framework adopted to investigate the conceptualization was the Theory of Conceptual Fields developed by the French cognitivist Gérard Vergnaud. The conduct analyses of the subjects action allowed us to infer, for example, that students recognized the conservation of the mechanical energy during the action of the students and implicitly they recognized the mathematical function that express this conservation in integral form. Moreover, the data suggests that the Newtonian dynamics acts as epistemological obstacle to the learning of the conservation of the mechanical energy.