Nome da Atividade
TERMODINÂMICA E TRANSFERÊNCIA DE CALOR
CÓDIGO
0570065
Carga Horária
102 horas
Tipo de Atividade
DISCIPLINA
Periodicidade
Semestral
Unidade responsável
CRÉDITOS
6
CARGA HORÁRIA TEÓRICA
4
CARGA HORÁRIA PRÁTICA
2
CARGA HORÁRIA OBRIGATÓRIA
6
FREQUÊNCIA APROVAÇÃO
75%
NOTA MÉDIA APROVAÇÃO
7
Ementa
Propriedades termodinâmicas. Conservação de energia. Relações energéticas. O gás perfeito. Processos e ciclos termodinâmicos. Entropia e o segundo princípio da termodinâmica. Termodinâmica dos vapores. Higrometria. Transmissão de calor por condução, convenção e radiação. Transmissão de calor entre dois fluidos separados por uma parede. Refrigeração industrial.
Objectives
Objetivo Geral:
Dar conhecimentos básicos de termodinâmica, transferência de calor, psicrometria e refrigeração industrial, que servirão de base para o desenvolvimento de diversas disciplinas subsequentesConteúdo Programático
UNIDADE I - PROPRIEDADES TERMODINÂMICAS
1.1. Introdução
1.2. Substância de Trabalho
1.3. Sistema
1.3.1 - Tipo de sistema
1.3.2 - Tipo de fronteira
1.3.3 - Fronteira quanto à mobilidade
1.4. Substância pura
1.5. Estado
1.6. Características das Propriedades
1.6.1 - Extensivas
1.6.2 - Intensivas
1.7. Propriedades
1.7.1 - Massa específica
1.7.2 - Volume específico
1.7.3 - Peso específico
1.7.4 - Pressão dos fluidos
1.7.5 - Pressão
1.8. Processos Termodinâmicos
1.9. Ciclos Termodinâmicos
1.10. Escalas de Temperatura
1.11. Zeroésimo Princípio Termodinâmico
1.12. Conservação da Massa
1.13. Conceitos úteis
1.13.1 - Reservatório Térmico
1.13.2 - Máquina Térmica
1.13.3 - Fronteira adiabática
1.14. Exercícios
UNIDADE II - CONSERVAÇÃO DA ENERGIA
2.1. Introdução
2.2. Energia potencial
2.3. Energia cinética
2.4. Energia interna
2.5. Trabalho
2.6. Trabalho em um sistema sem escoamento
2.7. Trabalho de fluxo
2.8. Calor
2.8.1 - Condução
2.8.2 - Convecção
2.8.3 - Radiação
2.9. Entalpia
2.10. Primeiro Princípio da Termodinâmica
2.11. Energia em sistemas fechados
2.12. Energia em sistemas com escoamento
2.13. Potência
2.14. Exercícios
UNIDADE III - RELAÇÕES ENERGÉTICAS
3.1. Introdução
3.2. Calor específico a volume constante
3.3. Calor específico a pressão constante
3.4. Relação entre cp e cv
3.5. Calor específico molar
3.6. Calor específico variável
3.7. Entropia
3.8. Diagramas pV e TS
3.9. Significado da integral de pdV para sistemas com
escoamento permanente ou constante
3.10. Exercícios
UNIDADE IV - O GÁS PERFEITO
4.1. Introdução
4.2. Conceito
4.3. Experiência de Joule
4.4. Lei de Boyle-Mariotte
4.5. Lei de Gay-Lussac
4.6. Lei de Charles
4.7. Equação geral de estado dos gases
4.8. Energia interna do gás perfeito
4.9. Entalpia de gás perfeito
4.10. Relações entre cp e cv para gás perfeito
4.11. Exercícios
UNIDADE V - SEGUNDO PRINCÍPIO DA TERMODINÂMICA
5.1. Introdução
5.2. Generalidades
5.3. Enunciados
5.3.1. Postulado de Clausius
5.3.2. Postulado de Kelvin-Plank
5.3.3. Equivalência dos Postulados
5.4. Comparação entre uma máquina compressora e uma máquina motora
5.5. Rendimento térmico
5.6. Entropia pelo Segundo Princípio
5.7. Desigualdade de Clausius
5.8. Exercícios
UNIDADE VI - PROCESSOS TERMODINÂMICOS
6.1. Introdução
6.2. Definição
6.3. Equações de formas de energia
6.4. Processos
6.4.1. Isométrico
6.4.2. Isobárico
6.4.3. Isotérmico
6.4.4. Isentrópico
6.4.5. Politrópico
6.5. Taxas de expansão, compressão e razão de pressões
6.6. Exercícios
UNIDADE VII - CICLOS TERMODINÂMICOS
7.1. Introdução
7.2. Definição
7.3. Elementos de um ciclo
7.4. Trabalho de um ciclo
7.5. Rendimento térmico
7.6. Ciclo de Carnot
7.6.1. Trabalho no plano TS
7.6.2. Trabalho no plano pV
7.7. Pressão média efetiva
7.8. Ciclo de Carnot Reverso
7.9. Coeficiente de desempenho
7.10. Exercícios
UNIDADE VIII - MOTORES A COMBUSTÃO INTERNA
8.1. Introdução
8.2. Definição
8.3. Ciclo de 4 tempos
8.3.1. Ciclo Otto
8.3.2. Ciclo Diesel
8.4. Ciclo de 2 tempos
8.5. Exercícios
UNIDADE IX - TRANSMISSÃO DE CALOR POR CONDUÇÃO
9.1. Introdução
9.2. Definição de Transmissão de Calor
9.3. Generalidades
9.4. Definição de condução
9.5. Hipóteses sobre a condução
9.6. Lei de Fourier
9.7. Resistividade térmica
9.8. Determinação experimental de K
9.9. Transmissão de calor por condução
9.10. Transmissão de calor através de parede plana simples
9.11. Transmissão de calor através de parede plana composta
9.12. Transmissão de calor através de parede tubular simples
9.13. Transmissão de calor através de parede tubular composta
9.14. Transmissão de calor através de parede esférica simples
9.15. Transmissão de calor através de parede esférica composta
9.16. Exercícios
UNIDADE X - TRANSMISSÃO DE CALOR POR CONVECÇÃO
10.1. Introdução
10.2. Definição
10.3. Natureza das correntes
10.4. Noção de camada limite térmica
10.5. Equação da transmissão de calor por convecção
10.6. Coeficiente de película
10.7. Exercícios
UNIDADE XI - TRANSMISSÃO DE CALOR POR RADIAÇÃO
11.1. Introdução
11.2. Definição
11.3. Absorção, reflexão e transmissão
11.4. Radiador ideal
11.5. Emissividade
11.6. Poder emissivo monocromático
11.7. Emissividade total
11.8. Lei de Stefan-Boltzman
11.9. Lei de Kirchhoff
11.10. Radiação recíproca entre duas superfícies negras paralelas
11.11. Radiação recíproca entre duas superfícies negras em disposição qualquer
11.12. Radiação recíproca entre duas superfícies grises em disposição qualquer
11.13. Equação geral da transmissão.calor por radiação entre duas superfícies quaisquer
11.14. Exercícios
UNIDADE XII - TRANSMISSÃO DE CALOR ENTRE DOIS FLUIDOS SEPARADOS POR PAREDE
12.1. Introdução
12.2. Transmissão de calor entre dois fluidos separados por uma parede plana
12.3. Transmissão de calor entre dois fluidos separados por parede tubular
12.4. Transmissão de calor em tubos concêntricos
12.5. Exercícios
UNIDADE XIII - TERMODINÂMICA DE VAPORES
13.1. Introdução
13.2. Breve histórico
13.3. Definição
13.4. Gases reais
13.4.1. Mistura de gases
13.4.2. Composição gravimétrica e volumétrica de uma mistura
13.4.3. Peso específico e peso molecular médio de uma mistura
13.4.4. Pressões parciais e constantes de uma mistura
13.4.5. Calor específico de uma mistura
13.5. Fases de formação de um vapor e diagrama pV
13.5.1. Fase de aquecimento
13.5.2. Fase de vaporização
13.5.3. Fase de superaquecimento
13.6. Calor total e entalpia de um vapor
13.7. Título de um vapor
13.8. Exercícios
UNIDADE XIV - HIGROMETRIA
14.1. Introdução
14.2. Definição
14.3. Propriedades Termodinâmicas do ar úmido
14.3.1. Temperatura de bulbo seco
14.3.2. Temperatura de bulbo úmido
14.3.3. Temperatura do ponto de orvalho
14.3.4. Pressão de vapor
14.3.5. Razão de mistura
14.3.6. Umidade relativa
14.3.7. Grau de saturação
14.3.8. Entalpia
14.3.9. Volume específico
14.4. O ar úmido
14.5. Aparelhos para determinação de umidade relativa
14.5.1. Higrômetro de fio de cabelo
14.5.2. Psicrômetros
14.6. Gráfico psicrométrico
14.7. Exercícios
UNIDADE XV - REFRIGERAÇÃO INDUSTRIAL
15.1. Introdução
15.2. Unidades utilizadas em refrigeração
15.3. Elementos de uma instalação de refrigeração
15.3.1. Evaporador
15.3.2. Compressor
15.3.3. Condensador
15.3.4. Válvula de expansão
15.3.5. Tubulação
15.3.6. Refrigerante
15.4. Projeto de uma instalação de refrigeração
15.5. Elementos para cálculo de uma instalação frigorífica
15.5.1. Determinação da carga térmica
15.5.2. Cálculo dos equipamentos
15.5.3. Execução do projeto
1.1. Introdução
1.2. Substância de Trabalho
1.3. Sistema
1.3.1 - Tipo de sistema
1.3.2 - Tipo de fronteira
1.3.3 - Fronteira quanto à mobilidade
1.4. Substância pura
1.5. Estado
1.6. Características das Propriedades
1.6.1 - Extensivas
1.6.2 - Intensivas
1.7. Propriedades
1.7.1 - Massa específica
1.7.2 - Volume específico
1.7.3 - Peso específico
1.7.4 - Pressão dos fluidos
1.7.5 - Pressão
1.8. Processos Termodinâmicos
1.9. Ciclos Termodinâmicos
1.10. Escalas de Temperatura
1.11. Zeroésimo Princípio Termodinâmico
1.12. Conservação da Massa
1.13. Conceitos úteis
1.13.1 - Reservatório Térmico
1.13.2 - Máquina Térmica
1.13.3 - Fronteira adiabática
1.14. Exercícios
UNIDADE II - CONSERVAÇÃO DA ENERGIA
2.1. Introdução
2.2. Energia potencial
2.3. Energia cinética
2.4. Energia interna
2.5. Trabalho
2.6. Trabalho em um sistema sem escoamento
2.7. Trabalho de fluxo
2.8. Calor
2.8.1 - Condução
2.8.2 - Convecção
2.8.3 - Radiação
2.9. Entalpia
2.10. Primeiro Princípio da Termodinâmica
2.11. Energia em sistemas fechados
2.12. Energia em sistemas com escoamento
2.13. Potência
2.14. Exercícios
UNIDADE III - RELAÇÕES ENERGÉTICAS
3.1. Introdução
3.2. Calor específico a volume constante
3.3. Calor específico a pressão constante
3.4. Relação entre cp e cv
3.5. Calor específico molar
3.6. Calor específico variável
3.7. Entropia
3.8. Diagramas pV e TS
3.9. Significado da integral de pdV para sistemas com
escoamento permanente ou constante
3.10. Exercícios
UNIDADE IV - O GÁS PERFEITO
4.1. Introdução
4.2. Conceito
4.3. Experiência de Joule
4.4. Lei de Boyle-Mariotte
4.5. Lei de Gay-Lussac
4.6. Lei de Charles
4.7. Equação geral de estado dos gases
4.8. Energia interna do gás perfeito
4.9. Entalpia de gás perfeito
4.10. Relações entre cp e cv para gás perfeito
4.11. Exercícios
UNIDADE V - SEGUNDO PRINCÍPIO DA TERMODINÂMICA
5.1. Introdução
5.2. Generalidades
5.3. Enunciados
5.3.1. Postulado de Clausius
5.3.2. Postulado de Kelvin-Plank
5.3.3. Equivalência dos Postulados
5.4. Comparação entre uma máquina compressora e uma máquina motora
5.5. Rendimento térmico
5.6. Entropia pelo Segundo Princípio
5.7. Desigualdade de Clausius
5.8. Exercícios
UNIDADE VI - PROCESSOS TERMODINÂMICOS
6.1. Introdução
6.2. Definição
6.3. Equações de formas de energia
6.4. Processos
6.4.1. Isométrico
6.4.2. Isobárico
6.4.3. Isotérmico
6.4.4. Isentrópico
6.4.5. Politrópico
6.5. Taxas de expansão, compressão e razão de pressões
6.6. Exercícios
UNIDADE VII - CICLOS TERMODINÂMICOS
7.1. Introdução
7.2. Definição
7.3. Elementos de um ciclo
7.4. Trabalho de um ciclo
7.5. Rendimento térmico
7.6. Ciclo de Carnot
7.6.1. Trabalho no plano TS
7.6.2. Trabalho no plano pV
7.7. Pressão média efetiva
7.8. Ciclo de Carnot Reverso
7.9. Coeficiente de desempenho
7.10. Exercícios
UNIDADE VIII - MOTORES A COMBUSTÃO INTERNA
8.1. Introdução
8.2. Definição
8.3. Ciclo de 4 tempos
8.3.1. Ciclo Otto
8.3.2. Ciclo Diesel
8.4. Ciclo de 2 tempos
8.5. Exercícios
UNIDADE IX - TRANSMISSÃO DE CALOR POR CONDUÇÃO
9.1. Introdução
9.2. Definição de Transmissão de Calor
9.3. Generalidades
9.4. Definição de condução
9.5. Hipóteses sobre a condução
9.6. Lei de Fourier
9.7. Resistividade térmica
9.8. Determinação experimental de K
9.9. Transmissão de calor por condução
9.10. Transmissão de calor através de parede plana simples
9.11. Transmissão de calor através de parede plana composta
9.12. Transmissão de calor através de parede tubular simples
9.13. Transmissão de calor através de parede tubular composta
9.14. Transmissão de calor através de parede esférica simples
9.15. Transmissão de calor através de parede esférica composta
9.16. Exercícios
UNIDADE X - TRANSMISSÃO DE CALOR POR CONVECÇÃO
10.1. Introdução
10.2. Definição
10.3. Natureza das correntes
10.4. Noção de camada limite térmica
10.5. Equação da transmissão de calor por convecção
10.6. Coeficiente de película
10.7. Exercícios
UNIDADE XI - TRANSMISSÃO DE CALOR POR RADIAÇÃO
11.1. Introdução
11.2. Definição
11.3. Absorção, reflexão e transmissão
11.4. Radiador ideal
11.5. Emissividade
11.6. Poder emissivo monocromático
11.7. Emissividade total
11.8. Lei de Stefan-Boltzman
11.9. Lei de Kirchhoff
11.10. Radiação recíproca entre duas superfícies negras paralelas
11.11. Radiação recíproca entre duas superfícies negras em disposição qualquer
11.12. Radiação recíproca entre duas superfícies grises em disposição qualquer
11.13. Equação geral da transmissão.calor por radiação entre duas superfícies quaisquer
11.14. Exercícios
UNIDADE XII - TRANSMISSÃO DE CALOR ENTRE DOIS FLUIDOS SEPARADOS POR PAREDE
12.1. Introdução
12.2. Transmissão de calor entre dois fluidos separados por uma parede plana
12.3. Transmissão de calor entre dois fluidos separados por parede tubular
12.4. Transmissão de calor em tubos concêntricos
12.5. Exercícios
UNIDADE XIII - TERMODINÂMICA DE VAPORES
13.1. Introdução
13.2. Breve histórico
13.3. Definição
13.4. Gases reais
13.4.1. Mistura de gases
13.4.2. Composição gravimétrica e volumétrica de uma mistura
13.4.3. Peso específico e peso molecular médio de uma mistura
13.4.4. Pressões parciais e constantes de uma mistura
13.4.5. Calor específico de uma mistura
13.5. Fases de formação de um vapor e diagrama pV
13.5.1. Fase de aquecimento
13.5.2. Fase de vaporização
13.5.3. Fase de superaquecimento
13.6. Calor total e entalpia de um vapor
13.7. Título de um vapor
13.8. Exercícios
UNIDADE XIV - HIGROMETRIA
14.1. Introdução
14.2. Definição
14.3. Propriedades Termodinâmicas do ar úmido
14.3.1. Temperatura de bulbo seco
14.3.2. Temperatura de bulbo úmido
14.3.3. Temperatura do ponto de orvalho
14.3.4. Pressão de vapor
14.3.5. Razão de mistura
14.3.6. Umidade relativa
14.3.7. Grau de saturação
14.3.8. Entalpia
14.3.9. Volume específico
14.4. O ar úmido
14.5. Aparelhos para determinação de umidade relativa
14.5.1. Higrômetro de fio de cabelo
14.5.2. Psicrômetros
14.6. Gráfico psicrométrico
14.7. Exercícios
UNIDADE XV - REFRIGERAÇÃO INDUSTRIAL
15.1. Introdução
15.2. Unidades utilizadas em refrigeração
15.3. Elementos de uma instalação de refrigeração
15.3.1. Evaporador
15.3.2. Compressor
15.3.3. Condensador
15.3.4. Válvula de expansão
15.3.5. Tubulação
15.3.6. Refrigerante
15.4. Projeto de uma instalação de refrigeração
15.5. Elementos para cálculo de uma instalação frigorífica
15.5.1. Determinação da carga térmica
15.5.2. Cálculo dos equipamentos
15.5.3. Execução do projeto
Bibliografia
Bibliografia Básica:
- LUZ, M.L.G.S. Termodinâmica e transferência de calor. 2.ed. Pelotas: Editora e Gráfica UFPel, 2008. 281p
- LUZ, M.L.G.S. Termodinâmica e transferência de calor: exercícios resolvidos. Pelotas: Editora e Gráfica UFPel, 2010. 142p
- FAIRES, Virgil M. Termodinâmica. 4.ed. Rio de Janeiro: Ao Livro Técnico, 1966. 879p.
Bibliografia Complementar:
- ABBOT, Michael M.; VAN NESS, Hendrick C. Thermodynamics: theory and problems. 2.ed. New York: McGraw-Hill, 1989. 362p
- BAYLEY, F.J. et al. Heat transfer. New York: Barnes & Noble, 1972. 438p
- BURGHARDT, M. David. Engineering thermodinamics with applications. New York: Harper & Row Publishers, 1978. 502p
- BURLANGER, P.; ADAM, B. Motores Diesel. HEMUS, [s.d.]. 660p
- CIMBLERIS, Borisas. Termodinâmica: problemas. Rio de Janeiro: Ao Livro Técnico, 1966. 206p