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Transmissão de Calor e Massa

Código: LTE21114     Sigla: TCM

Áreas Científicas
Classificação Área Científica
OFICIAL Termodinâmca Aplicada

Ocorrência: 2021/2022 - 1S

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

Ciclos de Estudo/Cursos

Sigla Nº de Estudantes Plano de Estudos Anos Curriculares Créditos UCN Créditos ECTS Horas de Contacto Horas Totais
LTE 22 Plano de Estudos 2 - 6 75 162

Docência - Responsabilidades

Docente Responsabilidade
João Francisco dos Santos Fernandes Responsável

Docência - Horas

Ensino Teórico-Prático: 3,00
Ensino Prático e Laboratorial: 2,00
Tipo Docente Turmas Horas
Ensino Teórico-Prático Totais 1 3,00
João Francisco dos Santos Fernandes 3,00
Ensino Prático e Laboratorial Totais 2 4,00
João Francisco dos Santos Fernandes 4,00

Língua de trabalho

Português
Obs.: UC leccionada exclusivamente em Português

Objetivos

Fornecer os conhecimentos básicos e os processos de cálculo dos métodos de Transferência de Calor: Condução, Convecção e Radiação.

Resultados de aprendizagem e competências

O aluno no final da disciplina deverá ser capaz de:


  • Explicar as bases da transferência de calor e massa

  • Calcular o fluxo de calor por condução em regime estacionário e a distribuição de temperatura em geometrias unidimensionais planas e cilíndricas com ou sem fontes, bem como em superfícies alhetadas.

  • Calcular a evolução de temperatura, ao longo do tempo e do espaço, em geometrias simples com e sem gradientes internos de temperatura.

  • Determinar o fluxo de calor por convecção natural e forçada em geometrias simples.

  • Classificar os permutadores, efectuar o cálculo de parâmetros de funcionamento e balanços de energia.

  • Calcular a energia trocada entre superfícies negras e entre superfícies cinzentas em geometrias simples.

  • Calcular o caudal mássico para condições básicas transferência de massa e difusão.

Modo de trabalho

Presencial

Programa

1.Introdução: Transferência de calor por condução; condutividade térmica; transferência de calor por convecção; transferência de calor por radiação; dimensões e unidades. Sistema internacional de unidades. Revisões de Termodinâmica.

2. Condução de Calor unidimensional: Introdução; placa plana – analogia eléctrica; isolamentos e resistividade térmica; superfícies de revolução: - cilindros simples e múltiplos; esferas. Condições fronteira do tipo convecção; coeficiente global de transferência de calor; espessura crítica do isolamento; geometrias com fonte de calor: placa plana e cilindro; sistemas com convecção e condução: alhetas rectangulares; eficiência das alhetas; generalização a alhetas circulares e triangulares; resistência térmica de contacto. Condução em regime transiente: geometrias com gradientes internos de temperatura desprezáveis; corpos semi-infinitos; diagramas de Heisler.

3. Convecção
3.1.Princípios de convecção : escoamento viscoso, escoamento laminar e turbulento – número de Reynolds; camada limite viscosa e térmica; Número de Prandtl; Número de Nusselt.
3.2. Relações empíricas e práticas para o coeficiente de transferência de calor em convecção forçada : escoamento no interior de tubos – escoamento laminar e escoamento turbulento; escoamento em torno de cilindros e esferas; escoamento em torno de feixes tubulares.
3.3. Convecção natural: introdução – descrição dos fenómenos físicos; transferência de calor por convecção natural numa placa plana vertical – número de Grashof; relações empíricas para a convecção natural. Número de Raylegh; convecção natural em cilindros horizontais; convecção natural em superfícies inclinadas; convecção natural e forçadas combinadas.

4. Permutadores de calor: coeficiente global de transmissão de calor; factor de sujidade; tipos de permutadores: paralelo, contracorrente e cruzado; diferença de temperatura média logarítmica. Eficiência de um permutador. Método -NTU.

5. Transferência de Calor por radiação: Introdução. Mecanismo físico e equações fundamentais; equação de Prandtl, energia de radiação: lei de Stefan-Boltzamn; noção de corpo negro/superfície negra; propriedades da radiação; radiação incidente, poder emissivo, identidade de Kirchoff; corpo cinzento – emissividade monocromática; definição de factor de forma; trocas de calor entre corpos (superfícies) não-negras - superfícies cinzentas. Noção de Irradiação e Radiosidade; equação da Radiosidade; analogia eléctrica.

6. Transferência de Massa: Lei de difusão de Fick; difusão em gases; difusão em líquidos e sólidos; coeficiente de transferência de massa

Bibliografia Obrigatória

Yunus A. Çengel; Transferência de Calor e Massa - Uma abordagem prática, 3ª edição, Mc Graw Hill, 2009. ISBN: 978-85-7726-075-1

Bibliografia Complementar

Rui Figueiredo; Transmissão de calor - Fundamentos e Aplicações, LIDEL, 2015. ISBN: 978-972-757-983-9
Holman, J. P; Heat transfer, 9ª Edição, Mc Graw Hill, 2002. ISBN: 0-07-240655-0

Métodos de ensino e atividades de aprendizagem



Os conteúdos programáticos são desenvolvidos nos três modos de transmissão de calor e nos permutadores de calor, com uma breve abordagem da transmissão de massa, sendo que a metodologia extensiva de resolução de problemas e verificação de fenómenos em laboratório permite consolidar os objetivos de aprendizagem.

A metodologia de ensino proposta visa assegurar que o aluno consegue atingir os objetivos de aprendizagem e competências através de uma forte componente de trabalho autónomo baseado em pesquisa e resolução de problemas.

As aulas teórico-práticas serão divididas num período de exposição com recurso a meios audiovisuais e num período prático com resolução de problemas tipo de aplicação directa e de problemas práticos. Nas aulas  de laboratório serão realizados ensaios de aplicação da matéria leccionada nas aulas teórico-práticas, bem como resolução de problemas.

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


  • Nota final  mínima de 9.6 valores.

  • Nota mínima nas fichas TP de 9.6 valores.

  • Nota mínima no laboratório de 9.6 valores.



As Fichas TP realizam-se nas aulas TP através da plataforma Moodle.


As fichas podem ser repetidas nos horários de dúvidas previstos na UC e nas datas de Exame (limite 1 repetição por cada ficha).

As Fichas Lab realizam-se nas aulas ou de forma assíncrona no Moodle, após a realização dos trabalhos ou ensaios respetivos.


Orais: para notas finais acima de 15 valores.

Fórmula de cálculo da classificação final

Nota Final: (FichasTP)*70% + Lab*30% + P(até 1.5val)

Participação (P): Esta componente incluirá a assiduidade e a realização de atividades diversas online (medalhas).

 

Avaliação especial (TE, DA, ...)

A contratualizar com o RUC.

Melhoria de classificação

Regras da Instituição

Observações

Comunicação

1)Moodle: notícias, mensagens para inscritos no moodle, apresentações, tabelas, formulários, guias, exercícios, submissão relatórios, resultados, testes preparação e de avaliação dos módulos: Instância TCM.
2)SI: Ficha Disciplina, email dinâmico inicial, resultados finais e pautas.
3) Apenas email institucional

Avaliação por Exame

O exame consta de uma prova referente a todo o programa, incluindo a componente laboratorial e será realizado através do Moodle, presencialmente em sala de informática.


Na primeira data de exame, o estudante poderá repetir as fichas TP que necessitar para obter aproveitamento, ou para melhorar a componente TP.


Poderá ser realizada melhoria de nota no exame de Recurso, conforme as regras em vigor no IPS.


Ao exame de Época Especial podem comparecer os estudantes nas condições previstas nas regras em vigor no IPS.


Classificação final superior a 15.0 valores implica oral para defesa de nota, ou então mantém o valor 15 valores.

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