Sentidos sobre rendimento de máquinas térmicas e ciclo de Carnot produzidos por um estudante de Engenharia de Produção.

## SENTIDOS SOBRE RENDIMENTO DE MÁQUINAS TÉRMICAS E CICLO DE CARNOT PRODUZIDOS POR UM ESTUDANTE DE ENGENHARIA DE PRODUÇÃO

## SENSES ABOUT PERFORMANCE ON THERMIC MACHINES AND CARNOT CYCLE PRODUCED BY A PRODUCTION ENGINEERING STUDENT

## Tatiana Lança , Maria José P. M. de Almeida 1 2

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Unicamp/Pecim - IFGW, tatlan46@hotmail.com Unicamp/Faculdade de Educação, mjpma@unicamp.br

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## Resumo

Apresentamos um estudo relacionado ao desenvolvimento da disciplina Termodinâmica e Sistemas Térmicos num curso de Engenharia de Produção de um Centro Universitário numa cidade do interior paulista. Alicerçamos o estudo na análise de discurso apoiando-nos principalmente em publicações de Eni Orlandi. Buscamos compreender como se dá a produção de sentidos por um aluno ou pelas duplas das quais participou durante atividades que fizeram parte de uma unidade de ensino desenvolvida em doze aulas. A unidade foi orientada no sentido de basicamente provocar a leitura de textos e discussões dialogadas com a mediação da professora/pesquisadora e dos próprios colegas da turma. Neste estudo buscamos responder como se dá a produção de sentidos de um aluno principalmente durante o desenvolvimento de três aulas sobre rendimento de máquinas térmicas e ciclo de Carnot. Discutimos os discursos apresentados baseando-nos na noção da não transparência da linguagem, na consideração da memória discursiva, na noção de repetição e nas condições de produção das atividades. Concluímos que atividades um pouco diferentes das usuais podem contribuir para o surgimento de respostas também diferentes das usualmente dadas por alunos.

Palavras-chave : Termodinâmica; Ensino; Análise de Discurso; Rendimento.

## Abstract

This study aims at presenting the development of the subject 'Thermodynamics and Thermic systems' in the course of Production Engineering of a College located in a city in the countryside of the state of São Paulo. This study is fostered by Discourse Analysis, relying mainly on Eni Orlandi's papers. We aim to understand the way that a student, or a group of two students together, produces senses throughout tasks which had been part of a module developed in twelve classes. The module was guided in a sense of basically teasing students to read texts and debate its topics with the aid of a Teacher/Researcher and their own classmates. In this study, we had the goal of stating how the production of senses of a student happens mainly during the development of three classes about thermic machine performance and Carnot cycle. It has been debated that the samples of discourses presented based on the notion of language non-transparency, taking into account discourse memory, the notion of repetition and the proper conditions to

produce activities. We have concluded that tasks that are a little bit different from the usual ones can encourage students to provide different answers from the ones they usually choose.

Keywords : Thermodynamics; Education; Discourse Analysis; Performance.

## Introdução

Uma das disciplinas do curso de Engenharia de Produção num curso noturno, de um Centro Universitário do interior paulista, que envolve o desenvolvimento de conceitos relacionados ao estudo da Termodinâmica é 'Termodinâmica e Sistemas Térmicos'. A primeira autora deste estudo, enquanto professora da disciplina notou que os alunos apesar de optarem por um curso de Engenharia apresentam dificuldades em matemática e disciplinas mais específicas do curso, como 'Termodinâmica' e 'Fenômenos de Transporte'. Por isso, este trabalho faz parte de um estudo mais amplo que tem como objetivo possibilitar a aproximação dos estudantes de Engenharia de Produção a alguns dos conteúdos de termodinâmica. Para tanto foi organizada e trabalhada uma unidade de ensino que admitimos ter características diferentes de como era até então processada a disciplina correspondente nesse curso, no qual tem lecionado a professorapesquisadora. A unidade foi orientada no sentido de basicamente provocar a leitura de textos, incluindo também discussões dialogadas com a mediação da professora/pesquisadora e dos próprios colegas da turma. Neste estudo buscamos responder como se dá a produção de sentidos por um aluno durante o desenvolvimento de três aulas sobre rendimento de máquinas térmicas e ciclo de Carnot. Cabe aqui salientar que as disciplinas trabalhadas anteriormente nesse curso funcionaram basicamente com aulas expositivas, enquanto que a disciplina em que o presente estudo foi realizado com atividades diferenciadas ocorre no sétimo semestre.

## Algumas Noções da Análise de Discurso

Encontramos sustentação para analisar os discursos produzidos pelos estudantes em algumas noções de uma das vertentes francesas da Análise de Discurso (AD) pautando-nos basicamente em textos de Eni Orlandi. Um dos pressupostos básicos desta vertente é a não transparência da linguagem. Almeida e Sorpreso (2011) ao discutirem a atualização da AD como dispositivo analítico afirmam:

- [...] voltando ao pressuposto da não transparência da linguagem, ressaltamos aqui que, assim considerada, esta, além de suporte do pensamento e instrumento de comunicação de informações, é o produto do trabalho dos homens em sociedade, ou seja, efeito de um processo histórico. Assim, não se pode assumir que haja uma relação direta entre palavras e coisas. Já quanto ao discurso, dada essa perspectiva para a linguagem, ele passa a ser constituído enquanto estrutura e acontecimento, ou seja, um processo social cuja especificidade está na sua materialidade linguística, e nele pode-se apreender a relação entre linguagem e ideologia, com a noção de sujeito como mediadora. (ALMEIDA; SORPRESO, 2011, p. 86)
- O discurso é entendido nessa vertente como efeito de sentidos entre interlocutores e a Análise de Discurso (AD) ocupa um lugar em que se reconhece a

impossibilidade de um acesso direto ao sentido e tem como característica considerar a interpretação como objeto de reflexão - ela interroga a interpretação (ORLANDI, 2001). Com esse apoio teórico encontramos sustentação para admitir a relevância de se compreender o funcionamento dos discursos, trabalhados na disciplina, na produção de sentidos pelo estudante. No que se refere ao ensino e à análise da produção de sentidos, consideramos que a noção dos três modos de repetição apontados por Eni Orlandi é bastante relevante. Segundo Orlandi,

- a. a repetição empírica (mnemônico) que é a do efeito papagaio, só repete;
- b. a repetição formal (técnica) que é um outro modo de dizer o mesmo;
- c. repetição histórica, que é a que desloca, a que permite o movimento porque historiciza o dizer e o sujeito, fazendo fluir o discurso nos seus percursos trabalhando o equívoco, a falha do imaginário e fazendo o irrealizado irromper no já estabelecido. (ORLANDI, 2015, p.52)

## Rendimento de Máquinas Térmicas e o Ciclo de Carnot

Neste item apresentamos uma pequena síntese sobre rendimento de máquinas térmicas e ciclo de Carnot, baseada em textos que contribuíram para as discussões com os estudantes.

Segundo o enunciado de Kelvin -Planck para a segunda lei da termodinâmica é impossível construir um dispositivo que opere num ciclo termodinâmico e que não produza outros efeitos além do levantamento de um peso e troca de energia com um único reservatório térmico. Ou seja, é impossível construir uma máquina térmica que opere num ciclo que receba dada quantidade de energia de um corpo à alta temperatura e produza igual quantidade de trabalho (VAN WYLEN, 1976).

Sabemos também que para discutir qual o máximo rendimento possível é preciso definir um processo ideal que é chamado de reversível. 'Um processo reversível para um sistema é definido como aquele que, tendo ocorrido, pode ser invertido sem deixar vestígios no sistema e no meio' (VAN WYLEN, 1976, p. 131). Muitas são as causas de irreversibilidade, como, atrito, expansão não resistida, troca de calor com diferença finita de temperatura, misturas de duas substâncias diferentes e combustão.

Se uma máquina térmica opera entre dois reservatórios de alta e baixa temperatura e opera num ciclo onde todos os processos são reversíveis o ciclo também o é e se for invertido a máquina transforma-se num refrigerador. Esse ciclo é o de maior rendimento que pode operar entre dois reservatórios de temperatura constante. É o chamado ciclo de Carnot (VAN WYLEN, 1976).

- O ponto importante que deve ser observado é que o ciclo de Carnot, independentemente da substância de trabalho, tem sempre os mesmos quatro processos básicos. São eles:
- a) um processo isotérmico reversível, no qual o calor é transferido de ou para o reservatório quente.
- b) um processo adiabático reversível, no qual a temperatura do fluido de trabalho passa daquela do reservatório quente àquela do reservatório frio.
- c) um processo isotérmico reversível, no qual o calor é transferido para ou do reservatório frio.

d) um processo adiabático reversível, no qual a temperatura do fluido de trabalho passa daquela do reservatório frio àquela do reservatório quente. (VAN WYLEN, 1976, p. 136)

Dessa maneira, o ciclo de Carnot é um ciclo de máximo rendimento teórico, mas não 100%.

## Sentidos Produzidos pelas Duplas das quais fez parte o Estudante Caio 1

A unidade de ensino foi desenvolvida durante 12 aulas. As discussões mais específicas sobre rendimento das máquinas aconteceram nas aulas 7, 8 e 9 da disciplina. Na seleção dos textos que seriam lidos pelos estudantes, tendo em conta que eles não tinham o hábito de ler em aula, selecionamos textos que consideramos de fácil interpretação, e, no caso de livros didáticos, textos frequentemente utilizados num curso de Engenharia. Na sétima aula foi realizada a leitura em dupla do texto: A Segunda Lei da Termodinâmica, de Sears e Zemansky (2003). Este texto é um trecho de um livro didático e foi escolhido para orientar a discussão a respeito de rendimento das máquinas térmicas. Nas atividades que fazem parte deste estudo a professora-pesquisadora sugeriu a formação de diferentes duplas em cada atividade, visando que os estudantes dialogassem com diferentes colegas. Foi pedido que os estudantes escrevessem o que acreditavam ser o rendimento de uma máquina térmica usual, pensando nas próximas semanas em que seria discutido o ciclo de Carnot. Escolhemos fazer esse tipo de questão mais aberta, entre outros fatores, porque concordamos que:

estratégias como o uso de questões abertas ou a solicitação de que os estudantes escrevam o que contariam a alguém a respeito de determinados assuntos se aplicam a muitas outras atividades com objetivos diversificados. Ao modificarem as condições de produção das aulas elas podem, inclusive, contribuir para diminuir ou aumentar algumas tensões que permeiam o ambiente escolar. Nesse sentido, torna-se relevante compreender a relação entre algumas noções da AD e suas possíveis interferências nas condições de produção do ensino e/ou da pesquisa. (SILVA; ALMEIDA, 2017, p.887)

Aqui analisamos basicamente as produções de Caio que em vários dos trechos selecionados trabalhou em dupla. A seleção de Caio para este estudo ocorreu pelas características das respostas nas duplas em que atuou e também porque na unidade como um todo este aluno foi o que mais participou das discussões. Se fosse escolhido outro aluno o estudo possivelmente apontaria outros resultados. No trecho a seguir temos a resposta da dupla para a proposta de discussão que era escrever o rendimento de uma máquina usual:

Considerando a impossibilidade de termos uma máquina com 100% de rendimento. Acreditamos que o rendimento de uma máquina específica dependa do ambiente que ela se encontra, podemos utilizar o ambiente para aumentar sua produção, mas nunca 100%. Considerando a primeira citação da 2ª lei, cremos num rendimento de aproximadamente 70, 75%.

O início do texto do livro traz um parágrafo sobre rendimento, destacado a seguir:

Embora seus rendimentos sejam diferentes, nenhuma máquina térmica descrita anteriormente tem um rendimento teórico de 100%, isto é, nenhuma delas absorve calor e o converte completamente em trabalho. ( SEARS; ZEMANSKY, 2003, p. 415)

A resposta da dupla aparentemente sofreu influência deste trecho do livro. Pela análise de discurso,

o que é dito em outro lugar também significa em "nossas" palavras. [...] o fato de que um já - dito que sustenta a possibilidade mesma de todo dizer, é fundamental para se compreender o funcionamento do discurso, a sua relação com os sujeitos e a ideologia. [...] Disto se deduz que há uma relação entre o já - dito e o que se está dizendo [...]. (ORLANDI, 2012, p.32)

Além disso, pensando nas noções de repetição temos indícios de que quando os alunos iniciaram a resposta ' considerando a impossibilidade de termos uma máquina com 100% de rendimento ' eles acabaram utilizando a repetição formal, dizendo o mesmo de um outro modo (ORLANDI, 2015). Ainda assim, ao final do trecho os alunos disseram ' cremos num rendimento de aproximadamente 70, 75%', porcentagem que não é trazida pelo texto que foi lido por eles, indicando que a estimativa foi baseada, possivelmente, em condições de produção não imediatas. Ou seja, em algo que eles teriam ouvido/lido anteriormente. Ou simplesmente, admitiram que 70, 75% seria um valor razoável.

Ainda nesta aula discutimos que uma máquina térmica com rendimento 100% viola a segunda lei da termodinâmica. Entretanto, nessa discussão a professora-pesquisadora ainda não tinha lido as respostas das duplas. Apenas perguntou a algumas delas o que haviam respondido. Nas duas aulas seguintes tratamos do ciclo de Carnot.

Na aula 8 fizemos uma aula expositiva com medição sobre este ciclo. Pedimos que os alunos fossem discutindo conosco a importância de se conhecer o ciclo de Carnot, provocando diálogos a respeito de ser um ciclo ideal de máximo rendimento teórico.

Na aula 9 , após a retomada do ciclo de Carnot, foi pedido que os alunos fizessem uma discussão em duplas (escolhidas pela professora) sobre a sua relevância na engenharia. Ainda com as mesmas duplas foi realizada a leitura do texto: Gref (1998) -Texto 5 - sobre Ciclo de Carnot. Pedimos aos alunos que grifassem os trechos do texto que julgassem mais importantes, escrevessem os termos que não haviam entendido, questões sobre o conteúdo e de que maneira a leitura do texto havia contribuído para o entendimento do assunto.

Caio (novamente com um colega, porém não o mesmo aluno da atividade anterior) fez um esquema. Foi a única dupla que não escreveu um texto, mas que esquematizou as ideias do texto tentando 'construir' um equipamento ideal. A construção do esquema pode nos indicar que Caio atingiu a repetição histórica, avançando em relação ao que o texto trazia. De acordo com Orlandi (2015), a repetição histórica é a que desloca, a que permite o movimento porque historiciza o dizer e o sujeito. É interessante notar que até o 'título do projeto' pareceu-nos uma tentativa de avançar em relação às ideias do texto quando os alunos escreveram: Ciclo de Carnot na prática. Muito provavelmente escreveram dessa maneira já pensando em como deveria ser um ciclo no cotidiano, talvez influenciados pelas suas próprias atividades rotineiras, uma vez que grande parte dos alunos já faz estágio ou trabalha como é o caso do parceiro de Caio. Também vale ressaltar que

ao lado direito do esquema aparecem perguntas feitas pelos alunos, muito difícil de encontrar em produções de estudantes, em geral. A seguir temos o esquema descrito na Figura 1:

Figura 1: esquema do ciclo de CarnotFonte: Dupla que inclui Caio

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Entretanto, neste esquema a dupla nos afirmou que conseguiu encontrar uma maneira de obter um ciclo com rendimento 100%. Caio explicou que a máquina principal não perde energia, já que as outras 4 máquinas podem repor a energia para essa máquina. Discutimos com eles que o que não foi observado é que as outras máquinas não teriam rendimento 100% e que, portanto, o conjunto como um todo não seria ideal. Também é interessante notar que eles utilizam o termo 'produção' provavelmente por ser um termo mais relacionado ao curso que fazem do que rendimento. O termo 'produção' também foi utilizado pela dupla da qual Caio fazia parte na primeira resposta da aula 7 ( 'podemos utilizar o ambiente para aumentar sua produção' ). Para a Análise de Discurso o sentido não está já fixado a priori, como essência das palavras, nem tampouco pode ser qualquer um. Há uma determinação histórica.

As condições de produção, que constituem os discursos, funcionam de acordo com certos fatores. Um deles é o que chamamos relação de sentidos. Segundo essa noção, não há discurso que não se relacione com outros. Em outras palavras, os sentidos resultam de relações: um discurso aponta para outros que o sustentam, assim como para dizeres futuros. Todo discurso é visto como um estado de um processo discursivo mais amplo, contínuo. Não há, desse modo, começo absoluto nem ponto final para o discurso. Um dizer tem relação com outros dizeres realizados, imaginados ou possíveis. (ORLANDI, 2015, p.37)

Além disso, é interessante notar que mesmo respondendo: 'Considerando a impossibilidade de termos uma máquina com 100% de rendimento' na aula 7 , a

dupla de Caio esquematizou uma maneira, na aula 9 , de conseguir 100% de rendimento, contradizendo-se.

Neste momento julgamos relevante retornar às respostas de Caio para as questões 2 e 3 do questionário final, respondido individualmente aplicado na última aula do curso. A seguir, temos a questão 2:

2) Você também respondeu no questionário 2 (questionário respondido logo no início do curso) sobre o conceito de calor. Agora, qual seria a sua compreensão? Qual exemplo você daria para explicar este conceito?

Calor refere-se a energia, sempre que pensamos em calor ligamos imediatamente a energia. Hoje o que ficou marcado foi o ciclo de Carnot, foi o assunto mais interessante no meu ponto de vista.

O fato de discutirmos o ciclo de Carnot nas últimas aulas juntamente com a leitura de um texto específico sobre este ciclo pode ter contribuído para a resposta. Ainda que o aluno tenha falado do ciclo na questão 2 ao responder a questão 3 ele se equivocou quanto ao conceito de máximo rendimento teórico. Destacamos a sua resposta para esta questão:

## 3) E no que diz respeito ao conceito de trabalho? Hoje, diria que há uma relação entre trabalho e energia?

Com certeza. Vimos nas leis da termodinâmica que nem toda energia pode ser transformada em trabalho. Porque a energia se perde de um processo ao outro. Nenhum processo é 100 %, por isso o ciclo de Carnot é extremamente interessante, ele nos mostra que na teoria é possível termos um processo 100%, mas não na prática.

Caio utilizou os conceitos físicos de maneira adequada quando afirmou que nem toda a energia pode ser transformada em trabalho e que nenhum processo é 100%. No entanto, quando escreveu ' por isso o ciclo de Carnot é extremamente interessante, ele nos mostra que na teoria é possível termos um processo 100%, mas não na prática' pareceu-nos que compreendeu que o ciclo de Carnot é um ciclo teórico, mas equivocou-se ao dizer que temos um processo 100% na teoria.

## Algumas Considerações

As análises das produções de Caio e as duplas em que ele trabalhou nos forneceram indícios de que atividades um pouco diferentes das usuais podem contribuir para o surgimento de respostas também diferentes das usualmente dadas por alunos, como a apresentação de fórmulas. Tivemos indícios de repetições formais quando, por exemplo, Caio apresentou em uma de suas respostas um esquema, bastante diferente do que normalmente encontramos em respostas dos alunos em geral.

Além disso, notamos que mesmo que o aluno tenha, em alguns momentos, utilizado os conceitos físicos de maneira adequada em outros equivocou-se, indicando-nos que muitas vezes os estudantes podem escrever o que acreditam que o professor espera mesmo que não tenham interpretado adequadamente o conceito.

As repetições formais são comuns em situações de ensino, tanto no fundamental, quanto do médio e no superior, provavelmente por ainda serem bastante valorizadas por quem ensina, talvez por haver uma crença de que dizer o mesmo de outra maneira é adequado, por não fugir do que se pretende ao ensinar.

Entretanto, frequentemente, elas não revelam o alcance das interpretações realizadas pelos estudantes.

Estudos como o de Zanotello e Almeida (2013) mostram a relevância da leitura num curso de Engenharia. Entretanto, nestes cursos, grande parte das aulas continua sendo apenas expositivas. O trabalho aqui apresentado utilizou a leitura de textos e discussões e evidenciou aspectos da produção de sentidos pelos estudantes aos quais certamente a professora/pesquisadora não teria acesso numa aula expositiva. Foi trabalhado um conteúdo de física relevante para um curso de Engenharia e outros conteúdos devem ser trabalhados com diferentes atividades para maior compreensão dessa produção.

## Agradecimentos e apoio

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

## Referências

ALMEIDA, M. J. P. M.; SORPRESO, T. Dispositivo analítico para compreensão da leitura de diferentes tipos textuais: exemplos referentes à Física. Pro-Posições , Campinas, v. 22, n. 1 (64), p. 83-95, jan./abr. 2011.

GREF. Leituras de Física: Física Térmica, 1998.

ORLANDI, E. P. Discurso e Texto: formulação e circulação dos sentidos . Campinas, SP: Pontes, 2001.

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_. Discurso e leitura . 9. ed. São Paulo: Cortez; Campinas, SP: Editora da Unicamp, 2012.

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_. Análise de Discurso: princípios e procedimentos. 12. ed. Campinas, SP: Pontes, 2015.

SEARS, F.; ZEMANSKY, M. W. Física . v.2 12ªed, Person, 2003.

SILVA, A. C.; ALMEIDA, M. J. P. M. Estratégias para a Coleta de Informações numa Pesquisa com Apoio Teórico-Metodológico na Análise de Discurso. Revista Brasileira de Pesquisa em Educação em Ciências . 17 (3), 883-902. 2017. https://seer.ufmg.br/index.php/rbpec/article/view/4289/793

VAN WYLEN, G. SONNTAG, R. E. Fundamentos da Termodinâmica Clássica. Tradução da 2ªed americana. Editora Blucher, 1976.

ZANOTELLO, M.; ALMEIDA, M.J.P. Leitura de um texto de divulgação científica sobre a natureza do calor em uma disciplina básica na educação superior. Ensaio : pesquisa em educação em Ciência, v.15, n. 3, p. 113-130, 2013.