Apresentar os conceitos fundamentais da Termodinâmica e Transferência de Calor, enfatizando a aplicação no campo de Engenharia Mecânica e Industrial. Após o curso, o aluno deve ser capaz de usar os conhecimentos básicos e habilidades adquiridas na concepção, implementação e avaliação de novos produtos, sistemas ou serviços. O formato de apresentação do conteúdo e abordagem dos tópicos visa incentivar a autocrítica e o bom senso na prática da Engenharia.
Definições e conceitos fundamentais em Termodinâmica; Propriedades de uma substância pura; Trabalho e calor; Primeira Lei da Termodinâmica para sistemas e volumes de controle; Segunda Lei da Termodinâmica para sistemas e volume de controle; Conceito de entropia; Ciclos motores e de refrigeração a vapor; Introdução à transferência de calor; Introdução à condução; Condução unidimensional em regime permanente; Introdução à convecção; Convecção forçada em escoamento externo e em escoamento interno; Convecção natural; Radiação.
1. Termodinâmica: definições e conceitos fundamentais• Definição de termodinâmica• Sistema e volume de controle• Fase, estado, propriedade termodinâmica, equilíbrio termodinâmico• Processo, processo quase-estático, ciclo• Lei Zero da Termodinâmica• Escalas de temperatura2. Propriedades de uma substância pura• Definição de substância pura• Equilíbrio de fases• Diagramas T-v e p-T• Gás perfeito, equação de estado• Tabelas de propriedades termodinâmicas3. Trabalho e calor• Trabalho: definição, convenção de sinais• Trabalho realizado num sistema compressível simples devido ao movimento de fronteira• Calor: definição, convenção de sinais• Modos de transferência de calor 4. 1a Lei da Termodinâmica para sistemas• 1a Lei aplicada a um ciclo• 1a Lei aplicada a um processo• Energia interna• Entalpia• Calores específicos5. 1a Lei da Termodinâmica para volumes de controle• Conservação da massa• 1a Lei em termos de fluxo• 1a Lei para volumes de controle: o processo em regime permanente e em regime uniforme6. 2a Lei da Termodinâmica para sistemas• Motivação, definições de máquina térmica e refrigerador• Enunciados da 2a Lei• Processo reversível e fatores que tornam um processo irreversível• Ciclo de Carnot: teoremas relativos ao seu rendimento e eficiência de um ciclo de Carnot• Desigualdade de Clausius• Entropia• Variação de entropia em processos reversíveis• Relações de Gibbs• Variação de entropia para um gás ideal• Variação de entropia para sólidos e líquidos• Variação de entropia do sistema durante um processo irreversível, entropia gerada• Princípio do aumento de entropia7. 2a Lei da Termodinâmica para volume de controle• Taxa de variação de entropia para sistemas• 2a Lei para volumes de controle: o processo em regime permanente e em regime uniforme• Princípio do aumento de entropia para volume de controle• Eficiência de processos8. Ciclos motores e de refrigeração a vapor• Ciclo Rankine• Ciclo com reaquecimento• Ciclo com regeneração• Ciclo de refrigeração a vapor• Afastamento dos ciclos reais em relação aos ideais9. Introdução à transferência de calor• Definição de transferência de calor• Origens físicas e equações das taxas de transferência por condução, convecção e radiação• Conservação da energia 10. Condução• Equação da taxa de condução, condutividade térmica• Equação da difusão do calor, condições iniciais e de contorno11. Condução unidimensional em regime permanente• Resistência térmica• Resistência de contato• Casos sem geração: parede plana, cilindro e esfera.• Casos com geração: parede plana, cilindro e esfera.12. Introdução à convecção• Equação da taxa de transferência por convecção• Camadas limite fluidodinâmica e térmica• Escoamento laminar e turbulento• Adimensionais importantes: Reynolds, Nusselt e Prandtl• Introdução às correlações – método empírico13. Convecção forçada – escoamento externo• Placa plana com escoamento paralelo• Cilindro em escoamento transversal• Esfera14. Convecção forçada – escoamento interno• Fluidodinâmica do escoamento interno• Características térmicas: comprimento de entrada térmico e temperatura média• Balanço de energia; fluxo térmico na superfície constante e temperatura superficial constante• Correlações15. Convecção natural• Considerações físicas, coeficiente de expansão volumétrica térmica• Adimensionais importantes: Grashof e Rayleigh• Correlações para placas verticais, horizontais e inclinadas, cilindro horizontal e esfera16. Radiação• Conceitos fundamentais• Definições: poder emissivo hemisférico total, irradiação total, radiosidade total• Radiação de corpo negro, Lei de Stefan-Boltzmann• Superfícies reais: emissividade total hemisférica, absorção, reflexão e transmissão• Lei de Kirchhoff e superfícies cinzas
Moran, M. J., Shapiro, H. N., Munson, B. R. & DeWitt, D. P. – Introdução à Engenharia de Sistemas Térmicos – LTC. Potter, M. C. & Scott, E. P. – Ciências Térmicas: Termodinâmica, Mecânica dos Fluidos e Transmissão de Calor – Thomson.Borgnakke, C. & Sonntag, R. E. – Fundamentos da Termodinâmica – 8ª ed., Blucher.Moran, M. J., Shapiro, H. N., Boettner, D. D. & Bailey, M. B. – Princípios de Termodinâmica para Engenharia – 7ª ed., LTC.Potter, M. C. & Scott, E. P. – Termodinâmica – Thomson.Bergman, T. L., Lavine, A. S, Incropera, F. P. & DeWitt, D. P.,. – Fundamentos de Transferência de Calor e de Massa – 7ª ed., LTC.Kreith, F. & Bohn, M.S. – Princípios de Transferência de Calor – Thomson.