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Termodinâmica

Código:

LEM12108

Sigla:

TERM

Áreas Científicas
Classificação	Área Científica
OFICIAL	Termodinâmica Aplicada

Ocorrência: 2021/2022 - 2S

Ativa?	Sim
Unidade Responsável:	Departamento de Engenharia Mecânica
Curso/CE Responsável:	Licenciatura em Engenharia Mecânica

Ciclos de Estudo/Cursos

Sigla	Nº de Estudantes	Plano de Estudos	Anos Curriculares	Créditos UCN	Créditos ECTS	Horas de Contacto	Horas Totais
EM	92	Plano de Estudos	1	-	6	75	162

Língua de trabalho

Português

Objetivos

OBJECTIVOS:

Pretende-se o domínio de conhecimentos fundamentais em Termodinâmica, como sejam: Terminologia na área da Termodinâmica, Propriedades de Substâncias Puras, Simples e Compressíveis, Misturas de ar, água e vapor, Primeira Lei da Termodinâmica Aplicada a Sistemas Fechados e a Sistemas Abertos, Segunda Lei da Termodinâmica, Entropia, tópicos sobre os principais Ciclos Termodinâmicos.

Resultados de aprendizagem e competências

Criar modelos para a resolução de problemas; aplicar propriedades termodinâmicas e realizar balanços de energia e massa; identificar no ambiente que o rodeia os fenómenos físicos relacionados com a termodinâmica; realizar cálculos em diversos sistemas de unidades; trabalhar em grupo e produzir relatórios.

Modo de trabalho

Presencial

Pré-requisitos (conhecimentos prévios) e co-requisitos (conhecimentos simultâneos)

Não aplicável

Programa

PROGRAMA RESUMIDO:

Grandezas e Unidades Físicas. Conceitos e definições introdutórias em Termodinâmica. Propriedades Termodinâmicas das Substâncias, Primeira Lei da Termodinâmica Aplicada a Sistemas Fechados e a Sistemas Abertos; Segunda Lei da Termodinâmica e Entropia. Ciclos Termodinâmicos.

PROGRAMA DETALHADO:

1. Conceitos e definições introdutórias em Termodinâmica.
Sistemas Termodinâmicos. Tipos de Sistemas. Abordagem Microscópica e Macroscópica da Termodinâmica. Propriedade, Estado, Processo e Equilíbrio. Propriedades Intensivas e Extensivas. Fase e Substância Pura. Equilíbrio. Densidade, Volume Específico e Pressão. Temperatura. Equilíbrio Térmico. Termómetros e Termometria. Escalas de Temperatura. Metodologia de Resolução de Problemas em Termodinâmica.

1.1 Revisões sobre Grandezas e Unidades Físicas e Análise Dimensional.
(A leccionar nas aulas de Laboratório)
Grandezas e Unidades do Sistema Internacional. Grandezas e Unidades de Base, Suplementares e Derivadas. Sistema Inglês. Recomendações sobre grandezas físicas. Escrita de símbolos de grandezas. Indicação de grandezas e unidades em gráficos e tabelas. Significado dos Termos linear, superficial, volúmico, mássico, molar, alternada e pulsatória.
Recomendações sobre unidades. Escrita de nomes e símbolos de unidades. Produto e quociente de unidades. Recomendações sobre números. Escrita de números. Sinal Decimal. Multiplicação e divisão de números. Apresentação de resultados numéricos. Múltiplos e submúltiplos decimais das unidades SI. Análise Dimensional.
Factores de Conversão de Unidades.

2. Análise Energética de Sistemas e Ciclos Termodinâmicos
Formas de Energia. Transferência de Energia sob a forma de Calor e de Trabalho. Formas Mecânicas de Trabalho. Modos de Transferência de calor. Eficiência de Conversão de Energia. Trabalho de Compressão e Expansão. Processos Politrópicos. Processos em quasi-equilíbrio. Princípio de Conservação de Energia para Sistemas Fechados. Análise Energética em Ciclos Termodinâmicos. Ciclo de Produção de Trabalho. Ciclo de Refrigeração. Ciclo de Bomba de Calor.

3. Propriedades de Substâncias Puras, simples e compressíveis e Misturas de ar, água e vapor
A relação p-v-T. Mudança de fase. Tabelas para Propriedades Termodinâmicas. Pressão, Volume Específico e Temperatura. Energia Interna e Entalpia específicas. Calor Específico. Aproximações para líquidos a partir das tabelas de saturação. Modelo para substância incompressível. Processos com substâncias gasosas. Constante Universal dos Gases. Factor de compressibilidade. Gases ideais. Tabelas para Gases ideais. Processos politrópicos com gases ideais. Misturas de ar, água e vapor. Psicrometria do Ar Húmido.

4. Primeira Lei da Termodinâmica aplicada a Sistemas Abertos
Noção de Volume de Controlo. Conservação de Massa. Conservação de Energia num Volume de Controlo. Análise de Volume de Controlo em Regime Estacionário. Processos com ar húmido. Balanços de Energia Mecânica em Fluidos.

5. Segunda Lei da Termodinâmica e Entropia
Introdução à segunda 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. Escala de temperatura termodinâmica. Máquina térmica de Carnot. Frigorífico e bomba de calor de Carnot.
Entropia. Desigualdade de Clausius. Princípio do aumento de entropia. Variação de entropia de substâncias puras. Processos isentrópicos. Diagrama T-s. Eficiências isentrópicas.

Bibliografia Obrigatória

Yunus A. Çengel e Mechael A. Boles; Termodinâmica, Mc Graw Hill, 2012. ISBN: 85-86804-66-5
Guilherme de Almeida; Sistema Internacional de Unidades , Plátano Editora

Bibliografia Complementar

Óscar Mota; Exercícios Resolvidos de Termodinâmica, LIDEL, 2017
Paulo Coelho; Tabelas de Termodinâmica, LIDEL, 2017

Métodos de ensino e atividades de aprendizagem

Aulas Teórico-práticas: método expositivo e resolução de problemas.
Aulas de Laboratório: trabalho em grupo, com medições em equipamentos experimentais ou levantamento de dados com auxílio de equipamento de auditoria, tratamento de dados e elaboração de relatórios.

Tipo de avaliação

Avaliação distribuída sem exame final

Componentes de Avaliação

Designação	Peso (%)
Teste	70,00
Trabalho laboratorial	30,00
Total:	100,00

Componentes de Ocupação

Designação	Tempo (Horas)
Estudo autónomo	87,00
Frequência das aulas	75,00
Total:	162,00

Obtenção de frequência

Não Aplicável

Fórmula de cálculo da classificação final

Testes 70% + Laboratório 30% + Bónus (max 1 valor)

ou 

Exame 100%


Observações

A componente de testes compreende 3 testes com duração aproximada de 1h, realizados no Moodle.

 Os testes e respetivos temas são ponderados da seguinte forma:

Teste 1 – online síncrono sequencial  (pond 35%)

Teste 2 – presencial (pond 40%):

Teste 3 (Distribuído) – online assíncrono (pond 25%) (3 a 5 fichas a realizar numa janela de tempo)

A aprovação na componente de testes obtém-se com a obtenção de uma nota mínima média de 9.6 valores.

Os testes online têm uma nota mínima de 7.5 valores e os testes presenciais 6 valores.

Os testes podem ser repetidos presencialmente nas datas de exame.

Uma média final nos testes superior a 15 valores implica discussão oral para confirmação de nota.

Bónus (Participação)

A componente de participação depende do empenhamento do estudante na realização das diversas atividades realizadas no moodle, tais como:

Evidencia de acesso aos recursos disponibilizados (vídeos, apresentações, tabelas, etc),

nível de desempenho nas atividades de preparação de testes ou trabalhos laboratoriais,

desempenho na resposta a perguntas disponibilizadas ao longo do semestre.

Assiduidade.

A monitorização desta componente será realizada através da atribuição de Medalhas por conjuntos de atividades agrupadas no tempo ou setoriais.

Classificação = Nº de medalhas (serão pelo menos 4) * classificação unitária por medalha.

Exames

Prova presencial realizada no Moodle, a realizar nas datas definidas de Épocas Normal e de Recurso.

O exame substitui toda a avaliação contínua.

Laboratórios

São 7 relatórios.

Ponderação dos relatórios: 5%T1+35%T4+60% (média dos restantes)

Classificação mínima: 9.6 valores.

Alguns trabalhos terão um pré-teste (80% de aprovação conta para a participação)

Trabalhos:

T1 - Trabalho comparação Veículos Elétricos Combustão

T2 - Laboratório Termometria

T3 - Laboratório Auditoria Permutadores de Calor

T4 – Trabalho Auditoria Habitação

T5 - Laboratório Ciclo de Refrigeração

T6 - Laboratório Torre de Arrefecimento

T7 - Laboratório Painéis Solar

Entrega dos relatórios, exceto T4: até à quarta-feira da semana seguinte à última aula de desenvolvimento do trabalho em causa.

Trabalhos T1, T2, T3, T5 classificação do relatório submetido: 10 (atingiu os mínimos), 14 (razoável). Existirá ficha de avaliação assíncrona no moodle. A classificação por aluno resulta do valor máximo entre as duas.

Trabalhos T6 e T7: classificação pelo docente.

Trabalho T4 (auditoria): 1/4 avaliação pares, 1/4 auto-avaliação, 1/2 docente.

Se existir pré-teste de preparação, a classificação deste valerá 10% da classificação final.

A realização da componente de laboratório é obrigatória para os alunos sem laboratório aprovado no ano letivo 20/21 ou anteriores (laboratório aprovado e classificação nos testes de pelo menos 6 valores).

A aprovação no laboratório no corrente ano letivo só transita para o ano seguinte se a nota final de testes/exame for de pelo menos 6 valores.

Provas e trabalhos especiais

NA

Trabalho de estágio/projeto

NA

Avaliação especial (TE, DA, ...)

de acordo com as regras na instituição

Melhoria de classificação

De acordo com as regras  na instituição