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Termodinâmica e Fluidos

Código:

LACI21013

Sigla:

TF

Áreas Científicas
Classificação	Área Científica
OFICIAL	Termodinâmica Aplicada

Ocorrência: 2023/2024 - 1S

Ativa?	Sim
Unidade Responsável:	Departamento de Engenharia Mecânica
Curso/CE Responsável:	Licenciatura em Engenharia de Automação, Controlo e Instrumentação

Ciclos de Estudo/Cursos

Sigla	Nº de Estudantes	Plano de Estudos	Anos Curriculares	Créditos UCN	Créditos ECTS	Horas de Contacto	Horas Totais
EACI	47	Plano de Estudos 14	2	-	6	60	162

Língua de trabalho

Português

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.

  
  

Resultados de aprendizagem e competências

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;

Modo de trabalho

Presencial

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.

 

Bibliografia Obrigatória

Yunus A. Çengel e Michael A. Boles; Termodinâmica, McGrawHill, 2007. ISBN: ISBN: ISBN: 85-86804-66-5

Bibliografia Complementar

Robert L. Mott ; Joseph A. Untener; Applied Fluid Mechanics, Pearson Education Limited, 2016. ISBN: ISBN: 978-1-292-01961-1

Métodos de ensino e atividades de aprendizagem

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.

Tipo de avaliação

Avaliação distribuída sem exame final

Componentes de Avaliação

Designação	Peso (%)
Teste	100,00
Total:	100,00

Componentes de Ocupação

Designação	Tempo (Horas)
Estudo autónomo	100,00
Frequência das aulas	60,00
Total:	160,00

Obtenção de frequência

Avaliação continua:

Através da realização de dois testes, a avaliação de cada teste terá de ter obrigatoriamente igual ou superior a 8,5 valores e a avaliação combinada dos dois testes calculada pela fórmula apresentada abaixo superior ou igual a 9,5 calores.

Os alunos podem repetir um dos testes na data do exame de época normal.

Avaliação por exame:

Realização de um exame com classificação superior ou igual a 9,5 valores.

Os alunos com classificação final superior a 17 terão de realizar uma prova oral ou terão a classificação de 17 valores.

Fórmula de cálculo da classificação final

CF = 0,5 x CT1 + 0,5 x CT2;

CF – Classificação Final,

CT1 – Classificação do Teste 1,

CT2 – Classificação do Teste 2,