Termodinâmica e Transferência de Calor

Código:

EIG0019

Sigla:

TTC

Áreas Científicas
Classificação	Área Científica
OFICIAL	Fluidos e Calor

Ocorrência: 2008/2009 - 1S

Ativa?	Sim
Unidade Responsável:	Secção de Fluidos e Energia
Curso/CE Responsável:	Mestrado Integrado em Engenharia e Gestão Industrial

Ciclos de Estudo/Cursos

Sigla	Nº de Estudantes	Plano de Estudos	Anos Curriculares	Créditos UCN	Créditos ECTS	Horas de Contacto	Horas Totais
MIEIG	66	Plano de estudos de transiçao para 2006/07	3	-	7	70	187
		Plano de estudos oficial a partir de 2006/07	3	-	7	70	187

Língua de trabalho

Português

Objetivos

CÁLCULOS BÁSICOS DE ENGENHARIA. Definir, calcular e estimar propriedades, ou variações de propriedades, de substâncias ou de sistemas incluindo entalpia, energia interna, entropia, massa volúmica, caudal mássico, pressão e temperatura.
CÁLCULOS TERMODINÂMICOS E PRIMEIRA LEI. Definir e calcular trabalhos de aceleração e elevação de massas, trabalhos de deslocamento de fronteiras, eléctrico e de veio. Definir e calcular calores e trabalhos trocados em sistemas fechados, abertos em regime estacionário e abertos em regime instacionário.
APLICAÇÕES DA SEGUNDA LEI. Cálculos de rendimentos de motores térmicos e máquinas frigoríficas ideais. Definir e calcular rendimentos de diversos dispositivos de conversão de energia. Definir e calcular rendimentos isentrópicos de dispositivos motrizes de escoamento estacionário.
CICLOS DE POTÊNCIA E REFRIGERAÇÃO. Representar graficamente os ciclos e calcular o seu rendimento/eficiência com diferentes graus de realismo.
TRANSFERÊNCIA DE CALOR. Realizar cálculos de transferência de calor por condução em superfícies planas, cilíndricas ou esféricas ( outras configurações comuns), simples ou compostas, com os dados sobre convecção e radiação sendo disponibilizados sempre que não se possam calcular de forma simples.
COMPUTAÇÃO. Utilizar o programa EES na resolução de problemas de balanços de energia e outras aplicações da termodinâmica.
TRABALHO DE EQUIPA. Trabalhar efectivamente em equipa na resolução de problemas e realizar avaliações
cuidadas do desempenho dos membros da equipa.

Programa

INTRODUÇÃO E VISÃO GLOBAL: Termodinâmica; transferência de calor; mecânica dos fluidos; unidades e dimensões; software para engenharia, programa EES; exactidão, precisão e algarismos significativos.
CONCEITOS BÁSICOS DE TERMODINÂMICA: sistemas abertos e fechados; propriedades de um sistema; estado de equilíbrio; processos e ciclos; formas de energia; temperatura e a lei zero da termodinâmica; pressão; o manómetro; barómetro e a pressão atmosférica.
PROPRIEDADES DAS SUBSTÂNCIAS PURAS: Substância pura; fases de uma substância pura; processos de mudança de fase para substâncias puras; diagrama de propriedades para processos de mudança de fase; pressão de vapor e equilíbrio de fase; tabelas de propriedades; equação de estado de gases perfeitos; factor de compressibilidade; calores específicos; energia interna, entalpia e calores específicos de gases perfeitos e de sólidos e líquidos.
TRANSFERÊNCIA DE ENERGIA POR CALOR, TRABALHO E MASSA: transferência de calor; transferência de energia sob a forma de trabalho; formas mecânicas de trabalho;formas não mecânicas de trabalho; princípio de conservação de massa; trabalho de escoamento e energia de um fluido a escoar.
PRIMEIRA LEI DA TERMODINÂMICA: primeira lei da termodinâmica; balanço de energia para sistemas fechados; balanço de energia para sistemas de escoamento estacionários; alguns equipamentos de escoamento estacionário da engenharia; balanço de energia para processos de escoamento instacionário.
SEGUNDA LEI DA TERMODINÂMICA: Introdução à segunda lei da termodinâmica; reservatórios de energia térmica; motores térmicas; rendimentos de conversões de energia; máquinas frigoríficas e bombas de calor; máquinas de movimento perpétuo; processos reversíveis e irreversíveis; ciclo de Carnot; princípios de Carnot; escala de temperatura termodinâmica; motor térmico, frigorífico e bomba de calor de Carnot.
ENTROPIA: Entropia; princípio do aumento de entropia; variação de entropia de substâncias puras; processos isentrópicos; diagramas de propriedades que envolvem a entropia; equações Tds; variação de entropia de sólidos - líquidos e de gases perfeitos; trabalho reversível em regime permanente; rendimentos isentrópicos de dispositivos de escoamento estacionário.
CICLOS DE POTÊNCIA E REFRIGERAÇÃO: Considerações básicas na análise de ciclos de potência; O ciclo de Carnot e o seu valor na engenharia; suposições ar-standard; visão global dos motores alternativos; o ciclo Otto; o ciclo Diesel; o ciclo Brayton; o ciclo Brayton com regeneração; o ciclo a vapor de Carnot; o ciclo de Rankine; desvios dos ciclos de potência reais a vapor relativamente aos ciclos ideais; como aumentar o rendimento do ciclo de Rankine; ciclo de Rankine ideal com reaquecimento; frigoríficos e bombas de calor; ciclo de Carnot invertido; ciclo frigorífico ideal de compressão de vapor; ciclo frigorífico real de compressão de vapor; sistemas de bomba de calor.
MECANISMOS DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR: condução; convecção; radiação; mecanismos simultâneos de transferência de calor.
CONDUÇÃO ESTACIONÁRIA DE CALOR: condução estacionária de calor em paredes planas; resistência térmica de contacto; redes de resistências térmicas generalizadas; condução de calor em cilindros e esferas; raio crítico de isolamento; transferência de calor em configurações comuns.

Bibliografia Obrigatória

Yunus A. Çengel e Robert H. Turner; Fundamentals of thermal-fluid sciences , McGRAW-HILL, 2005
P. M. Coelho; Tabelas de termodinâmica, Feup Edições, 2007

Métodos de ensino e atividades de aprendizagem

Aulas teóricas para apresentação dos conceitos fundamentais.
Aulas práticas para a resolução de exercícios de aplicação da matéria apresentada nas aulas teóricas.
Trabalhos de grupo aplicando as técnicas da aprendizagem colaborativa sugeridas pelo Prof. Richard M. Felder.

Tipo de avaliação

Avaliação distribuída sem exame final

Componentes de Avaliação

Descrição	Tipo	Tempo (Horas)	Peso (%)	Data Conclusão
Aulas da disciplina (estimativa)	Participação presencial	72,00
	Total:	-	0,00

Obtenção de frequência

Ver Normas Gerais de Avaliação.

Fórmula de cálculo da classificação final

Trabalho individual de aplicação do programa EES - com um peso na nota final de 5%.
Trabalhos de grupo a realizar ao longo do semestre com um peso na nota final de 15%.
Teste sobre a matéria leccionada até ao capítulo 5 inclusive - com um peso na nota final de 30%.
Exame - com um peso na nota final de 50%.
Recurso - com um peso na nota final de 80% sendo os restantes 20% provenientes da ponderação às classificações do trabalho prático e dos trabalhos de grupo.
As classificações dos trabalhos de grupo e do trabalho individual só serão consideradas se a média ponderada das classificações do teste e do exame, ou a classificação do recurso, for superior a 9.5 valores. Por outras palavras, se não passarem nos exames não passam à cadeira.
Nas equipas cuja classificação média de todos os seus elementos, no teste ou no exame, seja superior a 15 cada elemento terá um bónus de 3% na classificação desse mesmo teste ou exame.

Provas e trabalhos especiais

-Trabalho individual de aplicação do programa EES.
-Teste sobre a matéria leccionada até ao capítulo 5 inclusive.
-Exame sobre a matéria leccionada até ao final do ano lectivo
-Recurso sobre a totalidade da matéria

Melhoria de classificação

A melhoria de classificação será efectuada através do exame de recurso, abrangendo este toda a matéria.
A classificação no trabalho prático poderá ser melhorada através da realização de um outro trabalho, resolução de um problema, mas desta vez na presença do docente e num período de tempo não superior a hora e meia.

Observações

Os exames serão realizados sem consulta, podendo no entanto cada aluno consultar um conjunto máximo de quatro folhas A4 frente e verso com o conteúdo que julgar necessário.