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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
Prof. Oscar S.H. Mendonza – UFU e Prof. Oscar M. Rodriguez - EESC - USP
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
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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
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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:
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
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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
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
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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
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1- Central Termoelétrica
Aplicações: siderurgias, refinarias, usinas sucro-alcooleiras, etc.
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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.
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3- Ciclo de refrigeração
Aplicações: geladeiras domesticas, plantas de refrigeração industrial, etc.
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4- Turbinas a gásAplicações: 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 3o tempo 4o tempo
Compressão Combustão Exaustão Admissão