Disciplina detalhes

Conhecimentos de Base Recomendados

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Objetivos

• Dotar os alunos dos conhecimentos necessários para efetuarem a análise energética de sistemas simples com interesse em engenharia.

• Dotar os alunos dos conhecimentos necessários para a análise de escoamentos no interior de condutas e o cálculo da distribuição de pressão em fluidos em repouso ou que se movimentam como corpos sólidos.

Termodinâmica:

-Efetuar cálculos de engenharia com diferentes sistemas de unidades;

-Realizar balanços de energia em sistemas fechados;

-Identificar o regime estacionário de um sistema;

-Realizar balanços de massa e energia a volumes de controlo;

-Perceber o conceito de qualidade da energia e a limitação da transformação de calor em trabalho;

- Avaliar a eficiência energética de um processo/ciclo;

Mecânica de Fluidos:

- Identificar situações de distribuição de pressão hidrostática;

- Determinar a força resultante da pressão em superfícies planas;

- Determinar a pressão lida por manómetro de coluna de líquido;

- Calcular caudais volúmicos e mássicos;

- Identificar e caracterizar o regime dum escoamento interior;

- Analisar escoamentos no interior;

Métodos de Ensino

Aulas Teórico-Práticas compostas por uma parte expositiva onde são apresentados os conceitos fundamentais das diferentes matérias. Durante a exposição da matéria teórica são propostos para resolução pelos estudantes problemas práticos de aplicação direta dos conceitos. Os estudantes são estimulados a participar na resolução dos exercícios e no final são resolvidos pelo docente.

Estágio(s)

Não

Programa

O programa encontra-se dividido em duas partes, a 1ª aborda a termodinâmica e a 2ª a Mecânica de Fluidos.

Termodinâmica

1. Dimensões e Unidades das grandezas físicas:

Definição de dimensão e unidades das gradezas físicas; requisitos de um sistema de unidades; unidades base de um sistema de unidades, unidades simples e compostas; unidades do sistema internacional e de outros sistemas de unidades utilizadas em problemas de engenharia; conversão de unidades de sistemas distintos.

2. Conceitos e definições introdutórias em Termodinâmica:

Definição de Sistemas Termodinâmicos; definição dos conceitos de meio continuo e propriedades de um sistema; definição dos conceitos: estado de um sistema, processo/evolução, evoluções quasi estacionárias e estado de equilíbrio de um sistema. Distinção entre propriedades Intensivas e extensivas. Fase da matéria e Substância Pura. Definição de propriedades: massa específica, volume específico, pressão, temperatura e do conceito equilíbrio térmico. Introdução à termometria e escalas de Temperatura.

3. Primeira lei da termodinâmica aplicada a sistemas fechados:

Definição da 1ª lei da termodinâmica; definição de processos politrópicos; transferência de energia sob a forma de trabalho em processos politrópicos. Aplicação da primeira lei da termodinâmica a ciclos de sistemas fechados; definições de eficiência de ciclos de produção de trabalho e do coeficiente de desempenho (COP) de ciclos frigoríficos/bomba de calor.

4. Equações de estados e propriedades de substâncias puras:

Equações de estado de substâncias puras simples compressíveis. Processos de mudança de fase das substâncias. Tabelas das Propriedades Termodinâmicas de substâncias puras, diagramas p-v, T-v e p-v-T.

Equação dos gases perfeitos; calor específico a pressão constante e calor específico a volume constante. Processos politrópicos em gases ideias.

Definição de substância incompressível e calor específico de substâncias incompressíveis, equações de estado de substâncias incompressíveis.

5. Primeira Lei da Termodinâmica aplicada a volumes de controlo:

Definição de Volume de Controlo. Balanços de massa e Energia a volumes de controlo. Definição de caudal volúmico e caudal mássico. Definição de Regime Estacionário. Simplificações dos balanços de massa e energia em volumes de controlo em regime estacionário.

6. Segunda Lei da Termodinâmica e Entropia:

2ª lei da termodinâmica. Reservatórios de energia térmica. Máquinas térmicas. Rendimento de conversões de energia. Frigoríficos e bombas de calor. Máquinas de movimento perpétuo. Processos reversíveis e irreversíveis. Ciclo de Carnot. Princípios de Carnot. Entropia. Desigualdade de Clausius. Princípio do aumento de entropia. Variação de entropia de substâncias puras. Processos isentrópicos. Diagrama T-s. Eficiências isentrópicas.

Mecânica dos Fluídos

1.Conceitos introdutórios:

Conceito de fluido; continuidade da matéria; Noção de caudal volúmico e mássico; propriedades dos fluidos.

2. Distribuições de pressão hidrostática:

Equação fundamental da hidrostática; forças hidrostáticas em superfícies planas; equação da impulsão; aplicações da equação da hidrostática na medição da pressão.

3.Escoamento de fluidos em condutas:

Definição de caudal mássico e caudal volúmico. Definição de linha de corrente, trajetória e linha de emissão; Equação da continuidade; Equação de Bernoulli; Equação de energia; Aplicações.

4.Regimes do escoamento:

Escoamento laminar e turbulento; Número de Reynolds; Perfis de velocidade, Medição de velocidade em escoamentos; aplicações.

Demonstração de conteúdos

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Demonstração da metodologia

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Docente(s) responsável(eis)

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Bibliografia

Robert L. Mott ; Joseph A. Untener; Applied Fluid Mechanics, Pearson Education Limited, 2016. ISBN: ISBN: 978-1-292-01961-1
Yunus A. Çengel e Michael A. Boles; Termodinâmica, McGrawHill, 2007. ISBN: ISBN: ISBN: 85-86804-66-5