Prof. Oscar S.H. Mendonza – UFU e Prof. Oscar M. Rodriguez - EESC - USP
PROGRAMA
CONCEITOS E PROPRIEDADES TERMODINÂMICAS &
TRABALHO E CALOR
(Parte 1)
1a, 2a , 3a (Teste 1), 4a e 5a (Teste 2) semanas.
PRIMEIRA LEI DA TERMODINÂMICA
(Parte 2)
6a , 7a (Teste 3), 8a , 9a e 10a (Teste 4) semanas;
1ª prova individual.
SEGUNDA LEI DA TERMODINÂMICA
(Parte 3)
11a , 12a (Teste 5), 13a, 14a , 15a (Teste 6), 16a, 17a (Teste 7) e 18a
semanas;
2ª prova individual.
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Informação para contato
Prof. Dr. Oscar M. Hernandez Rodriguez
Núcleo de Engenharia Térmica e Fluidos - NETeF
Departamento de Engenharia Mecânica - SEM
Tel: 55-16-33738026
Email: [email protected]
Site: http://www.netef.eesc.sc.usp.br
Bibliografia
LIVRO TEXTO
1. VAN WYLEN, G.J., SONNTAG, R.E., BORGNAKKE, C.
Fundamentos da Termodinâmica. Editora Edgard Blucher Ltda,
São Paulo, 5a Edição, 1998 .
REFERÊNCIAS ADICIONAIS
1. MORAN, M.J., SHAPIRO, H.N., Fundamentals of Engineering
Thermodynamics. John Wiley & Sons Inc., 2a ed., 1993.
2. HERNANDEZ-MENDOZA, O.S., Termodinâmica. Em fase de
edição, 2006.
Critério de Avaliação
P1  P2  2 0,9  T1  T2  ...  TN  / N  0,1  5,0  MF
(P – prova, T – teste).
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Escopo da Termodinâmica
TERMODINÂMICA:
“A ciência da energia e da entropia”
ou
“A ciência que trata do calor, do trabalho e daquelas
propriedades das substâncias que sustentam uma
relação com trabalho e calor”
ou, simplesmente:
“A ciência do calor” (Stephen Hawking)
• Termodinâmica é ambos um braço da física e uma ciência
da engenharia.
•Engenheiros usam os princípios da termodinâmica para
analisar e projetar equipamentos, sistemas e processos.
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A termodinâmica é básica para estudos
subseqüentes em campos como:
• mecânica dos fluidos
• transferência de calor
•materiais
• fenômenos de superfície
• plasmas
• criogenia
•motores automotivos
• Turbinas
• compressores, bombas
• plantas de potência a combustível fóssil ou nuclear
• sistemas de propulsão em aeroplanos e foguetes
• calefação, ventilação e ar-condicionado
• refrigeração
• sistemas de energia alternativos
• células de combustível
• energia solar
• sistemas geotérmicos
• energia eólica
• aplicações biomédicas e biomecânicas
• sistemas de suporte à vida
• orgãos artificiais
• micro e nanosistemas
•escoamento multifásico
•produção e transporte de petróleo
• etc.
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IMPORTÂNCIA DO ESTUDO DAS ENERGIAS
Produto Interno Bruto
(PIB)

consumo de energia
per capita
O consumo de energia do mundo dobra
a cada 50 anos!!
• Reservas, geração e otimização da energia é
uma questão estratégica.
•Desafios para a engenharia:
• aperfeiçoamento do uso fontes convencionais de
energia (petróleo, energia nuclear, energia
hidráulica, carvão, lenha, etc. )
• uso mais intenso das fontes não convencionais de
energia (solar, eólica, geotérmica, marés, etc.)
• reestruturação do uso da energia (recuperação de
energia)
• Aumento do rendimento das máquinas de
conversão de energia
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Rendimento () é a relação do produto desejado
(energia útil) pelo consumo requerido (energia gasta), ou
seja:
Energia Útil

Energia Gasta
Rendimentos típicos de algumas máquinas térmicas
cíclicas que convertem energia química em mecânica:
Máquina Térmica
Condições de
Operação
Rendimento (%)
Motor de Automóvel a gasolina (velas)
ótima
estável (100 Km/h)
estável (75 Km/h)
25
18
12
Motor de caminhão (diesel)
carga plena
meia carga
35
31
Locomotiva (diesel)
ótima
30
Turbina a gás (75 KW)
a)com regeneração
b)sem regeneração
ótima
ótima
16
12
Turbina a gás ( >7500 KW)
a)com regeneração
b)sem regeneração
ótima
ótima
34
25
Planta a vapor ( >35000 KW )
ótima
41
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Rendimentos aproximados de aparelhos não cíclicos
que realizam processos de conversão de energia:
Conversor
Tipo de Conversão
Rendimento (%)
Forno doméstico
Química a Térmica
70
Bateria
Bateria seca
Célula de combustível
Química a Elétrica
70
90
70
Motor elétrico
Elétrica a Mecânica
90
Lâmpada fluorescente
Lâmpada incandescente
Elétrica a Radiante
21
7
Foguetes
Motores de Avião (jato)
Química a Cinética
45
40
Turbina Elétrica
Potencial a Mecânica
95
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1. Algumas aplicações clássicas da
termodinâmica
1. centrais termoelétricas,
2. células de combustível,
3. refrigeração,
4. turbinas a gás,
5. propulsão de foguetes,
6. motores de combustão interna;
Ex.: ciclo Otto (motor 4 tempos):
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1- Central Termoelétrica
Aplicações: siderurgias, refinarias, usinas sucroalcooleiras, etc.
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2- Células de combustível
Aplicações: estação espacial e satelites, transporte
público (ônibus), etc.
Na superfície externa da membrana
2H 2  4H   4e
Os íons de hidrogênio fluem através da
membrana para o catodo:
4H   4e  O2  2H 2O
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3- Ciclo de refrigeração
Aplicações: geladeiras domesticas, plantas de
refrigeração industrial, etc.
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4- Turbinas a gás
Aplicações: geração de energia elétrica, aviação, etc.
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5- Motor de foguete
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6- motores de combustão interna
Exemplo: ciclo Otto (motor 4 tempos):
1o tempo
2o tempo
Compressão Combustão
3o tempo
4o tempo
Exaustão
Admissão