capítulo 1 aula 1

EM 524

Aula 1 – Capítulo 1

Contato

• Prof. Msc. Rodrigo Galbieri

• Email: galbieri@fem.unicamp.br

• Sala: IE 310. Bloco I.

• Faculdade de Eng. Mecânica, Departamento de Energia (FEM/DE)

Ementa - Livro texto

• Conceitos fundamentais.• Primeira e segunda leis da termodinâmica.

• Equações gerais da cinemática e dinâmica dos fluidos.• Equações básicas de transferência de calor e massa.

Livro Texto:

• Schmidt, F. W., Henderson, R. E., Wolgemuth, C. H., “Introduction to Thermal Sciences - Thermodynamics, Fluid Dynamics, Heat Transfer”, John Wiley, 1993.

• Schmidt, F. W., Henderson, R. E., Wolgemuth, C. H., “Introdução às Ciências Térmicas”, Editora Edgar Blücher Ltda, 1996.

Provas

• P1 = 8 de setembro 2011

• P2 = 13 de outubro de 2011

• P3 = 24 de novembro de 2011

• Exame = 13 de dezembro de 2011

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221 PPPMF

Fenômenos de Transporte

UNIDADES

• Apresentar uma estrutura unificada de engenharia e ciência.

• Desenvolver equações básicas de engenharia para sistemasmacroscópicos.

• Prover experiência com aplicações fundamentais paraproblemas em áreas tradicionais.

• Apresentar uma visão integrada de ciências térmicas.

Objetivos Capacitar o engenheiro a:

– Trabalhar com problemas relacionados à energia, – Tomar decisões, – Avaliar situações práticas de forma integrada.

• Estudo de transformações de energia.

• Aproximação Macroscópica (fluidos são tratados como umcontínuo).

• Abordagem eminentemente fenomenológica.

• Objetivo: determinar as transferências de energia, e então, asmudanças de estado do sistema.

• Na Física - interesse em compreender os fundamentos doscomportamentos Físico e Químico da matéria e usar osprincípios termodinâmicos para estabelecer relações entre aspropriedades da matéria.

• Na Engenharia - interesse em estudar sistemas e suas relações com a vizinhança.

Termodinâmica clássica

Aplicações

• Motores de automóveis

• Turbinas

• Bombas e Compressores

• Usinas Térmicas (nucleares, combustíveis fósseis, biomassa ou qualquer outra fonte térmica)

• Sistemas de propulsão para aviões e foguetes

• Sistemas de combustão

• Sistemas criogênicos, separação de gases e liquefação

• Aquecimento, ventilação e ar condicionado

– Refrigeração

– Bombas de calor

Aplicações• Sistemas energéticos alternativos:

– Células a combustível – fuel cell– Sistemas de aproveitamento da energia Solar para aquecimento, refrigeração e produção de energia elétrica – Sistemas Geotérmicos – Aproveitamento da energia dos oceanos (térmica, das ondas, e das marés) – Aproveitamento da energia dos ventos (energia eólica).

• Aplicações biomédicas: – Sistemas de suporte à vida – Órgãos artificiais.

Aplicações

Indústria Aeronáutica, Automobilística,

Naval,Aeroespacial.

Engenharia Química

Termelétricas Hidroelétricas

PCH de Salto Grande

Em cada uma das 3 fases do gerador circula uma corrente elétrica de 23,6 mil amperes

Turbina

Coletor de água

Gerador

Cada tubulação que leva água para as turbinas de

Itaipu tem 10,5 metros de diâmetro e uma vazão de 690

mil litros por segundo.

Itaipu

• 20 unidades geradoras de 700 MW cada

• 24% de toda a demanda de energia elétrica do Brasil e maisde 90% do Paraguai.

• Turbina eólica de cerca de 100m de diâmetro de rotor gera“apenas” 2,5 MW.

• Planta solar fotovoltaica que está em processo final deconstrução no Ceará ocupa uma área de 12 mil metrosquadrados e conta com 4.680 painéis fotovoltaicos, eproduzirá inicialmente 1MW e poderá expandir para 5 MW.

Comparação Itaipu x fontes alternativas

Produção de Eletricidade

• A energia elétrica é obtida principalmente através de termelétricas, usinas hidrelétricas, usinas termonucleares e

usinas eólicas .

• A geração de energia elétrica se leva a cabo mediante diferentes tecnologias. As principais aproveitam um

movimento rotatório para gerar corrente alternada em um alternador. O movimento rotatório pode provir de uma fonte de energia mecânica direta, como a corrente de uma queda

d'água ou o vento, ou de um ciclo termodinâmico.

Cogeração ou ciclo combinado

• A cogeração é definida como um processo de produção e utilização combinada de calor e eletricidade.

• Aumento da eficiência do processo para 70% até 80%.

• Tecnologia mais comum: IGCC (calor produzido no processo de gaseificação é aproveitado para aquecer caldeiras que movimentam turbinas e geram eletricidade).

Matriz elétrica

Brasil

Mundo

Carros elétricos x SustentabidadeToyota Prius - 1997

Honda Insight - 1999

Chevrolet Volt – 2010 Nissan Leaf – 2010

CCS

Índice de qualidade de vida x consumo de energia per capita em

milhões de BTU por países selecionados

Fonte: OPEN THE FUTURE, 2008.

Smart Grid

• É a aplicação de tecnologia da informação para o sistema elétricode potência, integrada aos sistemas de comunicação e infraestrutura de rede automatizada. Especificamente, envolve ainstalação de sensores nas linhas da rede de energia elétrica.

• Aumenta a eficiência da transmissão;

• Previne panes;

• Integração de ponta. Ex: leitura de um medidor inteligente parainteragir com o sistema de gestão do cliente em casa, parapainéis solares, para veículos elétricos, que vai exigir a interaçãocom a rede para ser bem sucedido.

Eficiência energética x conservação de energia

Exemplos:

- Troca de lâmpadas incandescentes por fluorescentes emum supermercado;- Troca de motor de um carro;- Apagar as luzes do prédio todo no fim do expediente;- Troca de materiais de um carro: aço por alumínio.