Curso de Termodinâmica

Aula 1 • Temperatura e Lei Zero

Explica o equilíbrio térmico e a Lei Zero como base para a medição da temperatura. Estabelece as escalas de temperatura utilizadas nos cálculos de engenharia.

Aula 2 • Sistemas, Fronteiras e Vizinhanças

Define sistemas abertos, fechados e isolados com as suas fronteiras. Fornece o quadro de classificação utilizado em toda a análise termodinâmica subsequente.

Aula 3 • Propriedades Termodinâmicas e Estado

Apresenta as propriedades intensivas e extensivas e o conceito de estado termodinâmico. Relaciona a medição de propriedades com a caracterização do sistema.

Aula 4 • Processos e Aproximações Quase-Estáticas

Distingue processos reversíveis, irreversíveis e quase-estáticos. Prepara os estudantes para modelar processos reais com aproximações idealizadas.

Aula 1 • Modelos de Gás Real

Apresenta as abordagens de van der Waals e do fator de compressibilidade para gases não ideais. Quantifica os desvios do comportamento ideal a alta pressão ou baixa temperatura.

Aula 2 • Tabelas de Vapor e Consulta de Propriedades

Ensina a utilização sistemática das tabelas de vapor saturado e sobreaquecido. Relaciona os dados tabulados com cálculos reais de engenharia para a água e o vapor.

Aula 3 • Aproximação de Substância Incompressível

Modela líquidos e sólidos como incompressíveis com calor específico constante. Simplifica a avaliação de propriedades para sistemas em fase líquida e sólida.

Aula 4 • Lei dos Gases Ideais e sua Dedução

Deduz a lei dos gases ideais a partir da teoria cinética e das leis de Boyle e Charles. Estabelece o modelo de base para os cálculos em fase gasosa.

Aula 1 • Aplicações a Dispositivos de Engenharia

Aplica a Primeira Lei em sistema aberto a bocais, difusores, turbinas, compressores e permutadores de calor. Desenvolve competências de resolução de problemas para componentes comuns de engenharia.

Aula 2 • Primeira Lei para Sistemas Abertos

Estende o balanço energético a volumes de controlo com fluxo de massa. Apresenta as formas de regime estacionário e transitório da Primeira Lei para sistemas abertos.

Aula 3 • Entalpia e Calores Específicos

Define entalpia e relaciona-a com a transferência de calor a pressão constante. Relaciona os calores específicos a volume e pressão constantes com a energia interna e a entalpia.

Aula 4 • Primeira Lei para Sistemas Fechados

Aplica o balanço energético da Primeira Lei a sistemas de massa fixa sob diversos processos. Deduz expressões para o trabalho de fronteira e a variação de energia interna.

Aula 1 • Rendimento Isentrópico de Dispositivos

Define o rendimento isentrópico para turbinas, compressores e bocais. Permite a comparação do desempenho real do dispositivo com a referência isentrópica ideal.

Aula 2 • Enunciados e Implicações da Segunda Lei

Apresenta os enunciados de Kelvin-Planck e Clausius e a sua equivalência. Estabelece a razão pela qual as máquinas térmicas e os frigoríficos têm limites fundamentais de desempenho.

Aula 3 • Entropia: Definição e Propriedades

Define entropia através da desigualdade de Clausius e da transferência de calor reversível. Estabelece a entropia como uma propriedade de estado e introduz o diagrama T-s.

Aula 4 • Ciclo de Carnot e Máquinas Reversíveis

Analisa o ciclo de Carnot como a máquina térmica reversível mais eficiente. Deduz o rendimento de Carnot como o limite superior para máquinas térmicas reais.

Aula 1 • Melhorias em Ciclos de Turbina a Gás

Analisa a regeneração, o arrefecimento intermédio e o reaquecimento em ciclos de Brayton. Quantifica as melhorias no rendimento e na razão de trabalho de retorno de cada modificação.

Aula 2 • Modificações do Ciclo Rankine

Apresenta os ciclos Rankine com reaquecimento e regenerativo para melhorar o rendimento. Compara quantitativamente os ganhos de desempenho de cada modificação.

Aula 3 • Refrigeração por Compressão de Vapor

Modela o ciclo ideal de refrigeração por compressão de vapor e os seus componentes. Calcula o COP e a capacidade de refrigeração utilizando tabelas de propriedades do refrigerante.

Aula 4 • Ciclo Rankine para Potência a Vapor

Modela o ciclo Rankine ideal utilizando tabelas de vapor e diagramas T-s. Calcula o trabalho líquido produzido e o rendimento térmico para centrais elétricas a vapor.

Aula 1 • Funções de Desvio e Propriedades Residuais

Apresenta funções de desvio para corrigir propriedades de gás ideal para o comportamento de gás real. Aplica correlações generalizadas aos cálculos de desvio de entalpia e entropia.

Aula 2 • Equações de Clapeyron e Clausius-Clapeyron

Deduz a equação de Clapeyron para os declives de equilíbrio de fases em diagramas P-T. Aplica a aproximação de Clausius-Clapeyron à estimativa da pressão de vapor.

Aula 3 • Coeficiente de Joule-Thomson e Inversão

Deduz o coeficiente de Joule-Thomson a partir de relações fundamentais e equações de estado. Identifica as curvas de inversão relevantes para os processos de liquefação de gases.

Aula 4 • Relações de Propriedades Fundamentais

Deduz as quatro relações fundamentais a partir da combinação da Primeira e Segunda Leis. Fornece a base matemática para todas as deduções de propriedades subsequentes.

Aula 1 • Entropia e Entalpia de Mistura

Calcula a entropia de mistura para misturas de gases ideais e identifica a irreversibilidade. Relaciona a entropia de mistura com o paradoxo de Gibbs e o comportamento de misturas reais.

Aula 2 • Torres de Arrefecimento e Arrefecimento Evaporativo

Modela os balanços de massa e energia para torres de arrefecimento utilizando princípios psicrométricos. Calcula o caudal de água de reposição e as métricas de desempenho da torre.

Aula 3 • Propriedades Psicrométricas do Ar Húmido

Define a razão de humidade, a humidade relativa, o ponto de orvalho e a temperatura de bolbo húmido. Estabelece o quadro de propriedades para a análise de sistemas de ar húmido.

Aula 4 • Carta Psicrométrica e Processos

Lê e aplica a carta psicrométrica a processos de AVAC. Analisa os requisitos energéticos de aquecimento, arrefecimento, humidificação e desumidificação.

Aula 1 • Estequiometria e Reações de Combustão

Equilibra reações de combustão para combustíveis comuns com ar e oxigénio. Define ar teórico, excesso de ar e razão de equivalência para a caracterização da mistura.

Aula 2 • Temperatura de Chama Adiabática

Calcula a temperatura de chama adiabática utilizando o balanço energético na câmara de combustão. Avalia o efeito do excesso de ar e do tipo de combustível na temperatura da chama.

Aula 3 • Terceira Lei e Entropia Absoluta

Enuncia a Terceira Lei e define a entropia absoluta com referência à temperatura zero. Aplica valores de entropia absoluta para calcular a entropia de reação e a energia de Gibbs.

Aula 4 • Equilíbrio Químico e Minimização de Gibbs

Deduz as condições de equilíbrio a partir da minimização da energia livre de Gibbs. Calcula constantes de equilíbrio e composição para reações em fase gasosa.