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Prof. Oscar S.H. Mendonza – UFU e Prof. Oscar M. Rodriguez - EESC - USP

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.

PROGRAMA


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

BibliografiaLIVRO 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.

(P – prova, T – teste).

Critério de Avaliação

MFNTTTPP N 0,51,0/...9,02 2121


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.

Escopo da Termodinâmica


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.


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


Rendimento () é a relação do produto desejado (energia útil) pelo consumo requerido (energia gasta), ou seja:

GastaEnergia

ÚtilEnergia

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) ótimaestável (100 Km/h)estável (75 Km/h)

251812

Motor de caminhão (diesel) carga plenameia carga

3531

Locomotiva (diesel) ótima 30

Turbina a gás (75 KW)a)com regeneraçãob)sem regeneração

ótimaótima

1612

Turbina a gás ( >7500 KW)a)com regeneraçãob)sem regeneração

ótimaótima

3425

Planta a vapor ( >35000 KW ) ótima 41


Rendimentos aproximados de aparelhos não cíclicos que realizam processos de conversão de energia:

Conversor Tipo de Conversão Rendimento (%)

Forno doméstico Química a Térmica 70

BateriaBateria seca

Célula de combustível

Química a Elétrica 709070

Motor elétrico Elétrica a Mecânica 90

Lâmpada fluorescenteLâmpada incandescente

Elétrica a Radiante 217

FoguetesMotores de Avião (jato)

Química a Cinética 4540

Turbina Elétrica Potencial a Mecânica 95


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):

1. Algumas aplicações clássicas da termodinâmica


1- Central Termoelétrica

Aplicações: siderurgias, refinarias, usinas sucro-alcooleiras, etc.


2- Células de combustível

eHH 442 2

OHOeH 22 244

Na superfície externa da membrana

Os íons de hidrogênio fluem através da membrana para o catodo:

Aplicações: estação espacial e satelites, transporte público (ônibus), etc.


3- Ciclo de refrigeração

Aplicações: geladeiras domesticas, plantas de refrigeração industrial, etc.


4- Turbinas a gásAplicações: geração de energia elétrica, aviação, etc.


5- Motor de foguete


6- motores de combustão interna

Exemplo: ciclo Otto (motor 4 tempos):

1o tempo 2o tempo 3o tempo 4o tempo

Compressão Combustão Exaustão Admissão

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