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
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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.
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
1.9
1.10
1.11
1.12
Introdução e Conceitos Básicos
Termodinâmica e energia
Importância das dimensões e unidades
Sistemas e volumes de controlo
Propriedades de um sistema
Massa volúmica e densidade relativa
Estado e equilibrio
Processos e ciclos
Temperatura e a lei zero da termodinâmica
Pressão
O manómetro de coluna
O barómetro e a pressão atmosférica
Técnica para solução de problemas
2.
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7
2.8
Energia, transferência de energia e análise geral da energia
Introdução
Formas de energia
Transferência de energia por meio de calor
Transferência de energia por meio de trabalho
Formas mecânicas de trabalho
A primeira lei da termodinâmica
Eficiência de conversão de energia
Energia e meio ambiente
3.
3.1
Propriedades das substâncias puras
Sustância pura
 2 
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.
4.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
3.8
3.9
3.10
Análise da energia dos sistemas fechados
Trabalho de fronteira móvel
Transferência de calor
Trabalho
Formas mecânicas de trabalho
A primeira lei da termodinâmica
Abordagem sistemática na resolução de problemas
Calores específicos
Energia interna, entalpia e calores específicos de gases perfeitos
Energia interna, entalpia e calores específicos de sólidos e líquidos
Refrigeração e congelamento de alimentos
4.
4.1
4.2
4.3
4.4
Primeira Lei da Termodinâmica: Volumes de controlo
Análise termodinâmica de volumes de controlo
Escoamento em regime permanente
Alguns dispositivos de escoamento em regime permanente
Processos de escoamento não permanente
5.
5.1
5.2
5.3
5.4
5.5
5.6
5.7
5.8
5.9
5.10
5.11
5.12
5.13
Segunda Lei da Termodinâmica
Introdução à segunda lei da termodinâmica
Reservatórios de energia térmica
Máquinas térmicas
Rendimento de conversões de energia
Frigoríficos e bombas de calor
Máquinas de movimento perpétuo
Processos reversíveis e irreversíveis
Ciclo de Carnot
Princípios de Carnot
Escala de temperatura termodinâmica
Máquina Térmica de Carnot
Frigorífico e bomba de calor de Carnot
Frigoríficos domésticos
6.
6.1
6.2
6.3
6.4
6.5
6.6
6.7
Entropia: Uma Medida da Desordem
Entropia
Princípio do aumento de entropia
Variação da entropia de substâncias puras
Processos isentrópicos
O que é a entropia
Diagramas de propriedades que envolvem energia
As equações Tds
 3 
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.
7.1
7.2
7.3
7.4
7.5
7.6
7.7
7.8
7.9
7.10
Exergia: Uma Medida de Potencial de Trabalho
Exergia: potencial de trabalho de energia
Trabalho reversível e irreversibilidade
Rendimento da segnda lei ηii
Exergia associada a ec, ep, u, Pv e h
Variação da exergia de um sistema
Transferência de exergia por exergia por calor, trabalho e massa
Princípio de decréscimo da exergia e de destruição da exergia
Balanço de exergia: sistemas fechados
Balanço de exergia: volumes de controlo
Aspectos quotidianos da segunda lei
8.
8.1
8.2
8.3
8.4
8.5
8.6
8.7
8.8
8.9
8.10
8.11
8.12
Ciclos de Potência
Considerações básicas na análise de ciclos de potência
O ciclo de Carnot e o seu valor na engenharia
Hipóteses para o ar padrão
Síntese de motores alternativos
Ciclo de Otto: o ciclo ideal para motores de ignição por faísca
Ciclo diesel: o ciclo ideal de motores de ignição por compressão
Ciclos Stirling e Ericsson
Ciclo de Brayton: o ciclo ideal para turbinas a gás
Ciclo de Brayton com regeneração
Ciclo com arrefecimento intermédio, reaquecimeno e regeneração
Ciclos ideiais de propulsão a jacto
Análise da segunda lei de ciclos de potência a gás
9.
9.1
9.2
9.3
9.4
9.5
9.6
9.7
9.8
9.9
9.10
Ciclos de Vapor e Combinados
Ciclo a vapor de Carnot
Ciclo de Rankine: o ciclo ideal de potência a vapor
Desvio entre os ciclos de potência a vapor reais e ideais
Como se pode aumentar o rendimento do ciclo de Rankine?
Ciclo de Rankine ideal com aquecimento
Ciclo de Rankine regenerativo ideal
Análise da segunda lei de ciclos de potência a vapor
Co-geração
Ciclos a vapor binários
Ciclos de potência combinados a gás e a vapor
10.
10.1
10.2
Ciclos Frigoríficos
Máquinas frigoríficas e bombas de calor
Ciclo de Carnot inverso
 4 
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
10.10 Sistemas termoeléctricos de refrigeração e de potência
11.
11.1
11.2
11.3
11.4
11.5
11.6
Relações de Propriedades Termodinâmicas
Um pouco de matemática – derivadas parciais e expressões derivadas
Relações de Maxwell
Equação de Clapeyron
Expressões gerais para du, dh, ds, cv e cp
Coeficiente de Joule-Thompson
Cálculo de ∆h, ∆u e ∆s de gases reais
12.
12.1
12.2
12.3
Misturas Gasosas
Composição de uma mistura de gases: fracções mássica e molar
Comportamento P-v-T de misturas gasosas
Propriedades de misturas gasosas: gases perfeitos e reais
13.
13.1
13.2
13.3
13.4
13.5
13.6
13.7
Misturas de Gás-vapor e Condicionamento do Ar
Ar seco e ar atmsférico
Humidade absoluta e humidade relativa do ar
Temperatura de orvalho
Temperatura de saturação adiabática e temperatura de termómetro húmido
Carta psicrométrica
Conforto e ar-condicionado
Processos de condicionamento de ar
14.
14.1
14.2
14.3
14.4
14.5
14.6
14.7
Reacções Químicas
Combustíveis e combustão
Processos de combustão teóricos e reais
Entalpia de formação e entalpia de combustão
Análise de sistemas reactivos de acordo com a primeira lei
Temperatura adiabática de chama
Variações de entropia em sistemas reactivos
Análise de sistemas reactivos de acordo com a segunda lei
15.
15.1
15.2
15.3
15.4
15.5
15.6
Equilibrio Químico e Equilíbrio de Fases
Critério de equilíbrio químico
Constante de equilíbrio para misturas de gases perfeitos
Algumas observações sobre Kp de misturas de gases perfeitos
Equilíbrio químico para reacções simultâneas
Variações de Kp com a temperatura
Equilíbrio de fases
16.
16.1
Termodinâmica dos Escoamentos Gasosos de Alta Velocidade
Propriedades de estagnação
 5 
16.2
16.3
16.4
16.5
16.6
16.7
Velocidade do som e número de Mach
Escoamento isentrópico monodimensional
Escoamento isentrópico em tubeiras
Ondas de choque normais no escoamento em tubeiras
Escoamento através de tubeiras e difusores reais
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
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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.
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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
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