Programa de Unidade Curricular

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1 Programa de Unidade Curricular Faculdade Engenharia Licenciatura Engenharia e Gestão Industrial Unidade Curricular Termodinâmica Semestre: 3 Nº ECTS: 6,0 Regente Professor Doutor Manuel Alves da Silva Jerónimo Assistente Carga Horária Lectiva Semanal Aulas Teóricas: 0 Aulas Teórico-práticas: 2 Orientação Tutorial: 1 Língua de Ensino Português Objectivos Gerais (até 500 caracteres) O objectivo da Termodinâmica é dar ao estudante uma visão global e generalista das interacções na Natureza e fenómenos termodinâmicos e aplicações de engenharia. Objectivos Específicos (até 500 caracteres) Nesta unidade curricular o estudante ficará com uma visão enquadrada da Termodinâmica. Competências a adquirir (até 500 caracteres) Exemplos de conhecimentos a adquirir são tais como medir temperaturas, calcular fluxos de calor, entender o funcionamento das máquinas térmicas e frigoríficas num 1

2 contexto tecnológico, tendo como objectivo a sustentabilidade energética. Metodologia de Ensino (até 250 caracteres) As aulas serão divididas em dois tipos: teórico-práticas e tutoriais. As aulas aulas teórico-práticas serão de exposição de matéria recorrendo à resolução de exercícios e apresentação de exemplos. As aulas tutoriais serão de acompanhamento dos estudantes que apresentam as suas dúvidas, assim como se poderá fazer o planeamento de resolução de exercícios. Em horário gerido pelo estudante, este fará uma série de experiências, apresentando no fim um relatório de montagem e resultados obtidos. O método de avaliação será dividido em 2 testes, trabalhos laboratoriais, desempenho em sala de aula e 1 frequência, com possibilidade de acesso a exame final (escrito e oral) mediante as condições estabelecidas no Regulamento Geral de Avaliação em datas definidas pelo calendário. Todas as omissões serão conforme o Regulamento Específico de Avaliação da Faculdade. Programa da Unidade Curricular / Conteúdo programático (até 2750 caracteres) 1. Introdução e Conceitos Básicos 1.1 Termodinâmica e energia 1.2 Importância das dimensões e unidades 1.3 Sistemas e volumes de controlo 1.4 Propriedades de um sistema 1.5 Massa volúmica e densidade relativa 1.6 Estado e equilibrio 1.7 Processos e ciclos 1.8 Temperatura e a lei zero da termodinâmica 1.9 Pressão 1.10 O manómetro de coluna 1.11 O barómetro e a pressão atmosférica 1.12 Técnica para solução de problemas 2. Energia, transferência de energia e análise geral da energia 2.1 Introdução 2.2 Formas de energia 2.3 Transferência de energia por meio de calor 2.4 Transferência de energia por meio de trabalho 2.5 Formas mecânicas de trabalho 2.6 A primeira lei da termodinâmica 2.7 Eficiência de conversão de energia 2.8 Energia e meio ambiente 3. Propriedades das substâncias puras 3.1 Sustância pura 2

3 3.2 Fases de uma substância pura 3.3 Processos de mudança de fase de substâncias puras 3.4 Diagramas de propriedades para processos de mudança de fase 3.5 Tabelas de propriedades 3.6 Equação de estado do gás ideal 3.7 Factor de compressibilidade uma medida do desvio do comportamento de gás ideal 3.8 Outras equações de estado 4. Análise da energia dos sistemas fechados 4.1 Trabalho de fronteira móvel 3.2 Transferência de calor 3.3 Trabalho 3.4 Formas mecânicas de trabalho 3.5 A primeira lei da termodinâmica 3.6 Abordagem sistemática na resolução de problemas 3.7 Calores específicos 3.8 Energia interna, entalpia e calores específicos de gases perfeitos 3.9 Energia interna, entalpia e calores específicos de sólidos e líquidos 3.10 Refrigeração e congelamento de alimentos 4. Primeira Lei da Termodinâmica: Volumes de controlo 4.1 Análise termodinâmica de volumes de controlo 4.2 Escoamento em regime permanente 4.3 Alguns dispositivos de escoamento em regime permanente 4.4 Processos de escoamento não permanente 5. Segunda Lei da Termodinâmica 5.1 Introdução à segunda lei da termodinâmica 5.2 Reservatórios de energia térmica 5.3 Máquinas térmicas 5.4 Rendimento de conversões de energia 5.5 Frigoríficos e bombas de calor 5.6 Máquinas de movimento perpétuo 5.7 Processos reversíveis e irreversíveis 5.8 Ciclo de Carnot 5.9 Princípios de Carnot 5.10 Escala de temperatura termodinâmica 5.11 Máquina Térmica de Carnot 5.12 Frigorífico e bomba de calor de Carnot 5.13 Frigoríficos domésticos 6. Entropia: Uma Medida da Desordem 6.1 Entropia 6.2 Princípio do aumento de entropia 6.3 Variação da entropia de substâncias puras 6.4 Processos isentrópicos 6.5 O que é a entropia 6.6 Diagramas de propriedades que envolvem energia 6.7 As equações Tds 3

4 6.8 Variação da entropia de líquidos e de sólidos 6.9 Variação da entropia de gases perfeitos 6.10 Trabalho reversível de escoamento em regime permanente 6.11 Minimizar o trabalho de um compressor 6.12 Redução do custo do ar comprimido 6.13 Rendimentos isentrópicos de dispositivos com escoamento em regime permanente 6.14 Balanço de entropia 7. Exergia: Uma Medida de Potencial de Trabalho 7.1 Exergia: potencial de trabalho de energia 7.2 Trabalho reversível e irreversibilidade 7.3 Rendimento da segnda lei ηii 7.4 Exergia associada a ec, ep, u, Pv e h 7.5 Variação da exergia de um sistema 7.6 Transferência de exergia por exergia por calor, trabalho e massa 7.7 Princípio de decréscimo da exergia e de destruição da exergia 7.8 Balanço de exergia: sistemas fechados 7.9 Balanço de exergia: volumes de controlo 7.10 Aspectos quotidianos da segunda lei 8. Ciclos de Potência 8.1 Considerações básicas na análise de ciclos de potência 8.2 O ciclo de Carnot e o seu valor na engenharia 8.3 Hipóteses para o ar padrão 8.4 Síntese de motores alternativos 8.5 Ciclo de Otto: o ciclo ideal para motores de ignição por faísca 8.6 Ciclo diesel: o ciclo ideal de motores de ignição por compressão 8.7 Ciclos Stirling e Ericsson 8.8 Ciclo de Brayton: o ciclo ideal para turbinas a gás 8.9 Ciclo de Brayton com regeneração 8.10 Ciclo com arrefecimento intermédio, reaquecimeno e regeneração 8.11 Ciclos ideiais de propulsão a jacto 8.12 Análise da segunda lei de ciclos de potência a gás 9. Ciclos de Vapor e Combinados 9.1 Ciclo a vapor de Carnot 9.2 Ciclo de Rankine: o ciclo ideal de potência a vapor 9.3 Desvio entre os ciclos de potência a vapor reais e ideais 9.4 Como se pode aumentar o rendimento do ciclo de Rankine? 9.5 Ciclo de Rankine ideal com aquecimento 9.6 Ciclo de Rankine regenerativo ideal 9.7 Análise da segunda lei de ciclos de potência a vapor 9.8 Co-geração 9.9 Ciclos a vapor binários 9.10 Ciclos de potência combinados a gás e a vapor 10. Ciclos Frigoríficos 10.1 Máquinas frigoríficas e bombas de calor 10.2 Ciclo de Carnot inverso 4

5 10.3 Ciclo frigorífico ideal por compressão de vapor 10.4 Ciclos frigoríficos reais por compressão de vapor 10.5 Selcção de frigorigénio indicado 10.6 Ssistemas de bombas de calor 10.7 Sistemas inovadores de refrigeração por compressão de vapor 10.8 Ciclos de frigoríficos a gás 10.9 Sistemas de refrigeração por absorção Sistemas termoeléctricos de refrigeração e de potência 11. Relações de Propriedades Termodinâmicas 11.1 Um pouco de matemática derivadas parciais e expressões derivadas 11.2 Relações de Maxwell 11.3 Equação de Clapeyron 11.4 Expressões gerais para du, dh, ds, cv e cp 11.5 Coeficiente de Joule-Thompson 11.6 Cálculo de h, u e s de gases reais 12. Misturas Gasosas 12.1 Composição de uma mistura de gases: fracções mássica e molar 12.2 Comportamento P-v-T de misturas gasosas 12.3 Propriedades de misturas gasosas: gases perfeitos e reais 13. Misturas de Gás-vapor e Condicionamento do Ar 13.1 Ar seco e ar atmsférico 13.2 Humidade absoluta e humidade relativa do ar 13.3 Temperatura de orvalho 13.4 Temperatura de saturação adiabática e temperatura de termómetro húmido 13.5 Carta psicrométrica 13.6 Conforto e ar-condicionado 13.7 Processos de condicionamento de ar 14. Reacções Químicas 14.1 Combustíveis e combustão 14.2 Processos de combustão teóricos e reais 14.3 Entalpia de formação e entalpia de combustão 14.4 Análise de sistemas reactivos de acordo com a primeira lei 14.5 Temperatura adiabática de chama 14.6 Variações de entropia em sistemas reactivos 14.7 Análise de sistemas reactivos de acordo com a segunda lei 15. Equilibrio Químico e Equilíbrio de Fases 15.1 Critério de equilíbrio químico 15.2 Constante de equilíbrio para misturas de gases perfeitos 15.3 Algumas observações sobre Kp de misturas de gases perfeitos 15.4 Equilíbrio químico para reacções simultâneas 15.5 Variações de Kp com a temperatura 15.6 Equilíbrio de fases 16. Termodinâmica dos Escoamentos Gasosos de Alta Velocidade 16.1 Propriedades de estagnação 5

6 16.2 Velocidade do som e número de Mach 16.3 Escoamento isentrópico monodimensional 16.4 Escoamento isentrópico em tubeiras 16.5 Ondas de choque normais no escoamento em tubeiras 16.6 Escoamento através de tubeiras e difusores reais 16.7 Tubeiras de vapor Bibliografia Principal (duas obras) Autor(es) ex.: BOST, Jean-Pierre Yunus A. Çengel & Michael A. Boles Título Termodinâmica Edição 3ª Local Editora McGraw-Hill Ano Autor(es) Título Edição Local Editora Ano 6

7 Bibliografia Complementar (duas obras) Autor(es) Título Edição Local Editora Ano Autor(es) Título Edição Local Editora Ano Metodologia de Avaliação Contínua / Elementos relevantes (até 500 caracteres) A avaliação contínua será constiuída por dois testes, dois trabalhos laboratoriais e participação na aula. 7

8 Recursos Didácticos (até 2750 caracteres) Transparências e EES software (Engineering Equation Solver) Palavras-chave (escolha 4 palavras que identifique a unidade curricular e o seu conteúdo) Termodinâmica, Energia, Temperatura, Calor 8