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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.

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1 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

2 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: Site: Bibliografia LIVRO TEXTO 1.VAN WYLEN, G.J., SONNTAG, R.E., BORGNAKKE, C. Fundamentos da Termodinâmica. Editora Edgard Blucher Ltda, São Paulo, 5a Edição, REFERÊNCIAS ADICIONAIS 1.MORAN, M.J., SHAPIRO, H.N., Fundamentals of Engineering Thermodynamics. John Wiley & Sons Inc., 2a ed., HERNANDEZ-MENDOZA, O.S., Termodinâmica. Em fase de edição, (P – prova, T – teste). Critério de Avaliação

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

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

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

6 Prof. Oscar S.H. Mendonza – UFU e Prof. Oscar M. Rodriguez - EESC - USP Rendimento ( ) é a relação do produto desejado (energia útil) pelo consumo requerido (energia gasta), ou seja: Rendimentos típicos de algumas máquinas térmicas cíclicas que convertem energia química em mecânica: Máquina TérmicaCondições de Operação Rendimento (%) Motor de Automóvel a gasolina (velas)ótima estável (100 Km/h) estável (75 Km/h) Motor de caminhão (diesel)carga plena meia carga Locomotiva (diesel)ótima30 Turbina a gás (75 KW) a)com regeneração b)sem regeneração ótima Turbina a gás ( >7500 KW) a)com regeneração b)sem regeneração ótima Planta a vapor ( >35000 KW )ótima41

7 Prof. Oscar S.H. Mendonza – UFU e Prof. Oscar M. Rodriguez - EESC - USP Rendimentos aproximados de aparelhos não cíclicos que realizam processos de conversão de energia: ConversorTipo de ConversãoRendimento (%) Forno domésticoQuímica a Térmica70 Bateria Bateria seca Célula de combustível Química a Elétrica Motor elétricoElétrica a Mecânica90 Lâmpada fluorescente Lâmpada incandescente Elétrica a Radiante21 7 Foguetes Motores de Avião (jato) Química a Cinética45 40 Turbina ElétricaPotencial a Mecânica95

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

9 Prof. Oscar S.H. Mendonza – UFU e Prof. Oscar M. Rodriguez - EESC - USP 1- Central Termoelétrica Aplicações: siderurgias, refinarias, usinas sucro- alcooleiras, etc.

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

11 2- Células de combustível 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.

12 Prof. Oscar S.H. Mendonza – UFU e Prof. Oscar M. Rodriguez - EESC - USP 3- Ciclo de refrigeração Aplicações: geladeiras domesticas, plantas de refrigeração industrial, etc.

13 Prof. Oscar S.H. Mendonza – UFU e Prof. Oscar M. Rodriguez - EESC - USP 4- Turbinas a gás Aplicações: geração de energia elétrica, aviação, etc.

14 Prof. Oscar S.H. Mendonza – UFU e Prof. Oscar M. Rodriguez - EESC - USP 5- Motor de foguete

15 Prof. Oscar S.H. Mendonza – UFU e Prof. Oscar M. Rodriguez - EESC - USP 6- motores de combustão interna Exemplo: ciclo Otto (motor 4 tempos): 1 o tempo 2 o tempo3 o tempo 4 o tempo Compressão Combustão Exaustão Admissão


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