Fundamentos de Termodinâmica

Código:

M.EA006

Sigla:

FT

Áreas Científicas
Classificação	Área Científica
OFICIAL	Ciências Físicas (Física)

Ocorrência: 2023/2024 - 1S

Ativa?	Sim
Unidade Responsável:	Departamento de Engenharia Química
Curso/CE Responsável:	Mestrado em Engenharia do Ambiente

Ciclos de Estudo/Cursos

Sigla	Nº de Estudantes	Plano de Estudos	Anos Curriculares	Créditos UCN	Créditos ECTS	Horas de Contacto	Horas Totais
M.EA	11	Plano de estudos oficial	1	-	6	58,5	162

Língua de trabalho

Português

Objetivos

Os estudantes devem adquirir conhecimentos que lhes permitam a análise termodinâmica de processos, incluindo a determinação de propriedades termodinâmicas, cálculos de calor e trabalho, equilíbrio de fases e equilíbrio químico. 

Resultados de aprendizagem e competências

No final desta unidade curricular os estudantes deverão estar aptos a:

1. Efetuar cálculos e previsões de propriedades termodinâmicas.
2. Efetuar cálculos de equilíbrio de fases e equilíbrio químico.
3. Avaliar as necessidades energéticas em processos industriais.
4. Fazer a análise termodinâmica de processos industriais.

Modo de trabalho

Presencial

Pré-requisitos (conhecimentos prévios) e co-requisitos (conhecimentos simultâneos)

Não existem pré-requisitos especificos.

Programa

INTRODUÇÃO: Grandezas e unidades, e análise dimensional de equações. Conceitos fundamentais e lei zero da termodinâmica.

PRIMEIRA LEI DA TERMODINÂMICA: Enunciado da 1ª lei da termodinâmica. Conceito de energia interna, entalpia e capacidade calorífica. Cálculo do calor e trabalho para processos reversíveis e irreversíveis. 

SEGUNDA LEI DA TERMODINÂMICA: Enunciado da 2ª lei da termodinâmica. Conceito de entropia e a terceira lei da termodinâmica. Máquinas térmicas. Ciclo de potência e de refrigeração de Carnot. Bombas de calor. Cálculos de entropia.

PROPRIEDADES VOLUMÉTRICAS DE FLUIDOS PUROS: Diagramas de fases. Equações de estado e correlações generalizadas. Entalpia e entropia de mudança de fase. Tabelas e diagramas de propriedades termodinâmicas.

EQUILÍBRIO DE FASES: Critério geral de equilíbrio de fases, noção de energia livre de Gibbs. Equilíbrio líquido-vapor, líquido-líquido, líquido-líquido-vapor, sólido-líquido e sólido-vapor. Leis de Raoult, Raoult-modificada, Henry, e noção de pontos azeotrópicos e pontos eutéticos. Modelos para cálculo de coeficientes de atividade e noção de solução regular. Conceito de atividade da água e de coeficiente de partição octanol-água.

TERMOQUÍMICA E EQUILÍBRIO QUÍMICO: Noção de entalpia de reação e cálculo das entalpias padrão de reação, formação e combustão. Leis de Hess e Kirchhoff. Cálculo de constantes de equilíbrio químico e composições de equilíbrio. Lei de van´t Hoff.

EFEITOS TÉRMICOS E BALANÇOS ENERGÉTICOS: Cálculos de calor sensível, de mudança de fase e de reação. Balanços materiais e energéticos a processos com e sem reação química. Noção de temperatura de chama adiabática e da razão ar/combustível para processos de combustão.

ANÁLISE TERMODINÂMICA DE PROCESSOS: Análise de processos de expansão e compressão. Turbinas e compressores. Liquefação de gases – processos Linde e Claude.

PSICROMETRIA: Noção de humidade absoluta, humidade de saturação, humidade relativa, temperatura de saturação adiabática e temperatura do termómetro húmido. Diagrama psicrométrico. Análise de diferentes processos de tratamento de ar.

Bibliografia Obrigatória

Domingos Barbosa; "Apontamentos de Termodinâmica"
Çengel Yunus A.; Thermodynamics. ISBN: 0-07-112177-3
Smith J. M.; Introduction to chemical engineering thermodynamics. ISBN: 0-07-059239-X

Bibliografia Complementar

Felder Richard M.; Elementary principles of chemical processes. ISBN: 0-471-53478-1

Métodos de ensino e atividades de aprendizagem

Aulas presenciais de exposição da matéria, recorrendo a diferentes meios audiovisuais, e resolução de problemas exemplificativos da aplicação dos conceitos lecionados.

Palavras Chave

Ciências Tecnológicas > Engenharia > Engenharia térmica
Ciências Físicas > Física > Termodinâmica > Termodinâmica aplicada

Tipo de avaliação

Avaliação distribuída com exame final

Componentes de Avaliação

Designação	Peso (%)
Exame	60,00
Teste	40,00
Total:	100,00

Componentes de Ocupação

Designação	Tempo (Horas)
Estudo autónomo	99,00
Frequência das aulas	63,00
Total:	162,00

Obtenção de frequência

Não exceder o número limite de faltas previsto nas Normas Gerais de Avaliação da FEUP.

Fórmula de cálculo da classificação final

A avaliação tem duas componentes: avaliação distribuída (que consiste na realização de 6 minitestes de +/- 10 min nas aulas) + exame final. Podendo os estudantes optar por realizar apenas exame final.

A Classificação Final (CF) será calculada da maneira seguinte:

CF = 0,4*(média aritmética da classificação dos 4 melhores miniteste) + 0,6*(classificação do exame)

Se o estudante optar por realizar apenas exame final, a sua classificação final será a classificação obtida no exame.

Provas e trabalhos especiais

Não aplicável.

Trabalho de estágio/projeto

Não aplicável.

Avaliação especial (TE, DA, ...)

Por exame final.

Melhoria de classificação

Por exame final.