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Júpiter - Sistema de Gestão Acadêmica da Pró-Reitoria de Graduação


Escola Politécnica
 
Engenharia Química
 
Disciplina: PQI3222 - Química Ambiental e Fundamentos de Termodinâmica
Environmental Chemistry and Fundamentals of Thermodynamics

Créditos Aula: 4
Créditos Trabalho: 0
Carga Horária Total: 60 h
Tipo: Semestral
Ativação: 01/01/2021 Desativação:

Objetivos
Os propósitos a que se destinam a disciplina foram organizados sob três enfoques. O primeiro deles consiste dos objetivos de atitude e busca despertar no estudante mudanças de conduta que o levem a tratar situações cotidianas à exercício da carreira de Engenheiro Ambiental a partir de uma abordagem lógica, processual e cartesiana. Seguem-se a estes os objetivos de conhecimento que tratam da absorção de conceitos necessários à avaliação de um processo partindo-se da análise dos fenômenos nele envolvidos. Destacam-se por fim os objetivos de habilidade, por meio dos quais pretende-se que o aluno estabeleça estruturas que lhe permitam depois estabelecer modelos matemático – derivados da aplicação de balanços de energia e do uso de equações empíricas – com vistas a propor soluções de fundo tecnológico que resultem em benefícios à sociedade sem ônus significantes para o ambiente.
 
The course aims to achieve goals within three approaches. Objectives of Attitude which seek to encourage the student behavioral changes that lead him to treating ordinary situation of the Environmental Engineer career from a logical and Cartesian point of view. The Objectives of Knowledge consider the absorption of concepts necessary to evaluate a process starting from the analysis of the phenomena involved in it. Finally, there are the Objectives of Skill, whereby it is intended that the student createsome structures to later establish simple mathematical models – from the application of energy balances in order to propose technological solutions that result both in benefits to society and without significant impacts to the environment.
 
 
Docente(s) Responsável(eis)
3013257 - Luiz Alexandre Kulay
 
Programa Resumido
Na tentativa de tornar mais efetiva a absorção de conceitos por parte dos estudantes, a disciplina foi estruturada na forma de três blocos temáticos interconectados. O Bloco 1apresenta conceitos fundamentais de Termodinâmica Clássica: definição de estado, propriedades termodinâmicas, estados e fases da matéria. Além disso, apresenta e discute a 1ª. Lei da Termodinâmica e trabalha balanços de energia a luz desse conceito em situações diversas.
O Bloco 2 introduz o estudante no universo dos ciclos termodinâmicos para então introduzir a 2ª. Lei e o conceito de entropia, o que ocorre a partir da Desigualdade de Clausius. A partir daí a disciplina trata de Balanço de Entropia, Taxa de variação de Entropia para um volume de controle e Eficiência isentrópica de equipamentos.
O Bloco 3 trata de temas relacionados a misturas de gases; comportamento de fluidos reais e equações de estado; relações termodinâmicas; reações químicas e equilíbrio químico.
 
The course was structured as three interconnected blocks. Block 1 presents fundamental concepts of classical Thermodynamics – thermodynamic properties and the state of a pure substance; and the 1st Law of Thermodynamics – and carries out energy balances in different situations. Block 2 introduces the student to the universe of thermodynamic cycles. Are currently discussed topics such as 2nd Law of Thermodynamics and the concept of entropy. From there, the course follows with entropy balance, changes of entropy for a control volume, and isentropic efficiency equipment. Block 3 deals with issues related to gas mixtures; behavior of real fluids and equations of state; thermodynamic relationships; chemical reactions and chemical equilibrium.
 
 
Programa
Conceitos Básicos: Sistemas e Volume de Controle; Estado e Propriedades de uma Substância (volume específico, energia interna, entalpia, entropia); Graus de Liberdade; Estado de Equilíbrio; Calor e Trabalho; Processos e Ciclos;
Propriedades Termodinâmicas de uma Substância Pura: Definição; Fases; Diagramas Termodinâmicos (Superfície PVT, diagramas PT, PV, PH e HS); Tabelas de Propriedades Termodinâmicas; Comportamento Volumétrico de Fluidos: Gás Ideal; Comportamento de Fluidos Reais (Fator de Compressibilidade, Regra dos estados correspondentes; Diagramas e correlações generalizadas, Equação Virial, Equações de Estado Cúbicas); 
Primeira Lei da Termodinâmica e Equação da Energia: Definições; Análise de Problemas e Técnicas de Solução; Sistemas fechados; Balanço de energia para um volume de controle; Processos em regimes permanente e transiente; Aplicações em Engenharia.
Segunda Lei da Termodinâmica: Definições; Entropia; Balanço de Entropia e reversibilidade; Aplicações;
Máquinas térmicas e Ciclos termodinâmicos; Sistemas de Potência e Refrigeração;
Misturas de Gases: Considerações Gerais; Misturas de Gases Ideais; Misturas gás-vapor; Misturas gasosas reais; Aplicações;
Relações Termodinâmicas: Critérios de equlíbrio; Equação de Clapeyron; Equações de Pressão de Vapor; Relações de Maxwell; Cálculo de Variação de Propriedades;
Reações Químicas: Entalpia de Formação; Entalpia de Combustão; Calor de Reação; Aplicação da 1ª Lei a Sistemas com Reação; Equilíbrio Químico.
 
Basic Concepts: Systems and Control Volume; State and Properties of a Substance (specific volume, internal energy, enthalpy, entropy); Degrees of freedom; Steady state; Heat and Work; Processes and Cycles; Thermodynamic Properties of Pure Substances: Definition; Phases; Thermodynamic diagrams (PVT surface, PT, PV, PH and HS diagrams); Thermodynamic Properties Tables; Volumetric Equations of State: Ideal Gas; Real Fluid Behavior (Compressibility Factor, Corresponding States; Generalized Diagrams and Correlations, Virial Equation, Cubic Equations of State); First Law of Thermodynamics and Energy Equation: Definitions; Problem Analysis and Solution Techniques; Closed systems; Energy balance for a control volume; Processes in permanent and transient regimes; Applications. Second Law of Thermodynamics: Definitions; Entropy; Balance of Entropy and reversibility; Applications; Thermodynamic cycles; Carnot Cycle; Power and Cooling Systems; Gas Mixtures: General Considerations; Ideal Gas Mixtures; Gas-vapor mixtures; Real gas mixtures; Applications; Thermodynamic Relations: Equilibrium criteria; Clapeyron Equation; Vapor Pressure Equations; Maxwell relations; Calculation of Property Variation; Chemical Reactions: Enthalpy of Formation; Enthalpy of Combustion; Heat of Reaction; Application of the 1st Law to Systems with Reaction; Chemical Equilibrium.
 
 
Avaliação
     
Método
Provas escritas sobre os assuntos abordados em aula.
Critério
Média final: M = [P1+ P2x1,5 + P3x2] / 4,5 Onde: P1 = Nota da Prova 1 P2 = Nota da Prova 2 P3 = Nota da Prova 3
Norma de Recuperação
Aplicação de 01 (uma) prova escrita que versará sobre o conteúdo pleno discutido ao longo do semestre, a se realizar em data indicada no programa da disciplina. Estarão credenciados a participar da referida avaliação apenas os estudantes regularmente matriculados na disciplina cuja Média Final (M) na 1ª avaliação for tal que: 3,0 <= M < 5,0 e tenha frequência >= 70%
 
Bibliografia
     
Moran, Michael J.; Shapiro, Howard N., Fundamentals of Engineering Thermodynamics, 5th
ed., John Wiley & Sons Ltd, 2006
Sontag, Richard E.; Borgnakke, Claus; Van Wylen, Gordon J., Fundamentals of
Thermodynamics, 6th ed., John Wiley & Sons Ltd, 2003
Felder, Richard M., Rousseau, Ronald W., Elementary Principles of Chemical Process, 3rd
ed., John Wiley & Sons Ltd, 2005
Himmelblau, David M.; Riggs, James B., Basic Principles and Calculations in Chemical
Engineering, 8th ed., Prentice Hall, 2012
Smith, J. M., Van Ness, H. C., Abbott, M. M., Introduction to Chemical Engineering
Thermodynamics, 7th ed., McGraw-Hill, 2004.
Sandler, Stanley I., Chemical, Biochemical, and Engineering Thermodynamics, 4th ed., John
Wiley & Sons, Inc, 2006
Valsaraj, Kaliat T., Elements of Environmental Engineering; Thermodynamics and Kinetics,
2nd ed., Lewis Publishers (CRC Press LLC), 2000
Poling, B. E.; Prausnitz, J. M.; O'Connell, J. P. The properties of gases and liquids, 5th edt.,
N. York, McGraw-Hill Book Co., 2001.
 

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