Termodinâmica

Código:

L.EGI013

Sigla:

T

Áreas Científicas
Classificação	Área Científica
OFICIAL	Fluidos e Energia

Ocorrência: 2024/2025 - 1S

Ativa?	Sim
Unidade Responsável:	Secção de Fluidos e Energia
Curso/CE Responsável:	Licenciatura 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
L.EGI	145	Plano Oficial do ano letivo	2	-	6	52	162

Língua de trabalho

Português
Obs.: O domínio da língua portuguesa, falado e escrito, é obrigatório

Objetivos

Num mundo onde a energia é um bem cada vez mais escasso e caro, é fundamental para um engenheiro industrial possuir um sólido conhecimento da termodinâmica para que possa tomar decisões informadas nesta área. Os alunos devem, portanto, conhecer o funcionamento dos ciclos termodinâmicos de vários motores térmicos e máquinas de refrigeração, bem como serem capazes de realizar cálculos básicos de transferência de calor.

CÁLCULOS BÁSICOS: definir, calcular e estimar propriedades, ou variações de propriedades, de substâncias ou de sistemas. 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 não estacionário. SEGUNDA LEI: cálculos de rendimentos de motores térmicos e máquinas frigoríficas ideais. Definir e calcular rendimentos de diversos dispositivos de conversão de energia, rendimentos isentrópicos de dispositivos motrizes de escoamento estacionário. CICLOS: representar graficamente os ciclos e calcular o seu rendimento/eficiência.

Utilizar o programa EES na resolução de problemas de balanços de energia e outras aplicações da termodinâmica. Trabalhar em equipa na resolução de problemas e realizar avaliações cuidadas do desempenho dos membros da equipa.

Resultados de aprendizagem e competências

No final deste curso os alunos deverão ser capazes de:

CÁLCULOS BÁSICOS: definir, calcular e estimar propriedades, ou variações de propriedades, de substâncias ou de sistemas. 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 não estacionário. SEGUNDA LEI: cálculos de rendimentos de motores térmicos e máquinas frigoríficas ideais. Definir e calcular rendimentos de diversos dispositivos de conversão de energia, rendimentos isentrópicos de dispositivos motrizes de escoamento estacionário. CICLOS: representar graficamente os ciclos e calcular o seu rendimento/eficiência.

Utilizar o programa EES na resolução de problemas de balanços de energia e outras aplicações da termodinâmica. Trabalhar em equipa na resolução de problemas e realizar avaliações cuidadas do desempenho dos membros da equipa.

Modo de trabalho

Presencial

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

Os estudantes deverão possuir conhecimentos inerentes às seguinte unidades curriculares, ou equivalentes: L.EGI001 e L.EGI006: cálculo diferencial em R., cálculo integral em R. L.EGI011: derivadas parciais; derivadas parciais de ordem superior (co-requisitos) L.EGI004: Fundamentos de circuitos elétricos,  análise de redes de resistências. L.EGI012: Introdução à mecânica vetorial aplicada à estática e apresentação dos conceitos de força, momento e resultante de um sistema de forças. Equilíbrio estático em sistemas bi e tri dimensionais. Definição do sistema e seu diagrama de corpo livre (co-requisitos).

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 não estacionário. 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.

Bibliografia Obrigatória

Yunus A. Çengel e Robert H. Turner; Fundamentals of thermal-fluid sciences , McGRAW-HILL, 2005
Paulo José da Silva Martins Coelho; Tabelas de Termodinâmica, LIDEL, 2017. ISBN: 978-989-752-262-8

Bibliografia Complementar

Paulo Pimentel de Oliveira; Fundamentos de Termodinâmica Aplicada, análise energética e exergética, Lidel, 2015. ISBN: 978-989-752-111-9

Métodos de ensino e atividades de aprendizagem

Nas aulas teóricas é apresentada a matéria aos alunos e explicados os conceitos mais relevantes. Nas aulas práticas são resolvidos exercícios de aplicação, de cariz o mais prático possível, de forma a mostrar ao aluno a utilidade prática da matéria e assim despertar o interesse pelos temas abordados. Um formulário, feitos pelos docentes, será também utilizado como apoio à resolução de exercícios. Nos trabalhos de grupo resolvem-se problemas práticos de complexidade elevada, só passíveis de resolução por meios computacionais,aplicando as técnicas da aprendizagem colaborativa sugeridas pelo Prof. Richard M. Felder.

 

Software

EES - Engineering Equation Solver

Palavras Chave

Ciências Tecnológicas > Engenharia > Engenharia mecânica

Tipo de avaliação

Avaliação distribuída sem exame final

Componentes de Avaliação

Designação	Peso (%)
Exame	55,00
Teste	28,00
Trabalho escrito	17,00
Total:	100,00

Componentes de Ocupação

Designação	Tempo (Horas)
Estudo autónomo	100,00
Frequência das aulas	70,00
Total:	170,00

Obtenção de frequência

De acordo com o Despacho n.º 1535/2018 do Ministério da Educação e Ciência, Diário da República: 2ª série, n.º 31, Artigo 10º, parágrafos 1 e 3. Um estudante obtém frequência à presente  unidade curricular se, tendo estado regularmente inscrito, não exceder o número limite de faltas (25% do número de aulas práticas previstas).

Fórmula de cálculo da classificação final

 Três trabalhos em equipa a realizar ao longo do semestre com um peso na nota final de 17% (1%+8%+8%). Teste sobre a matéria lecionada até ao capítulo 5 inclusive - com um peso na nota final de 28%. Teste - com um peso na nota final de 55% abrangendo a restante matéria. Recurso - com um peso na nota final de 83% sendo os restantes 17% provenientes da ponderação às classificações do dos trabalhos de grupo. As classificações dos trabalhos de grupo e do eventual trabalho individual só serão consideradas se a média ponderada das classificações do teste e do exame, ou a classificação do recurso, for superior a 10 valores. Por outras palavras, se não tiverem aprovação nos exames não têm aprovação à unidade curricular.

Provas e trabalhos especiais

Para os estudantes dispensados de frequência será obrigatório a realização de um exame sobre a globalidade da matéria, com um peso na nota final de 85%; um trabalho individual de aplicação do programa EES, com um peso na nota final de 15%. A classificação do trabalho individual só será considerada se a classificação no exame, for superior a 10 valores. Por outras palavras, se não passarem no exame não passam à unidade curricular.

Avaliação especial (TE, DA, ...)

Ver "provas e trabalhos especiais"

Melhoria de classificação

A melhoria de classificação será efetuada através do exame de recurso, abrangendo este toda a matéria e com um peso na nota final de 83%. As classificações nos trabalhos de grupo não são passíveis de melhoria.

Observações

Os exames serão realizados sem consulta, podendo no entanto cada estudante consultar o formulário disponibilizado nos conteúdos da UC, para além das tabelas de Termodinâmica.

Língua usada: Português