Fundamentos da Termodinâmica aula 1

Prévia do material em texto

Fundamentos da Termodinâmica
Aula 1: Apresentação plano de ensino e introdução da disciplina.
Professor: Leonardo Felipe Debrino Leite
Especialista
Engenheiro Mecânico
1
Carga horária total do curso são 60 horas, sendo elas todas teóricas
Ementa:
Conceitos Fundamentais de Termodinâmica;
1ª Lei da Termodinâmica;
Propriedades dos Fluidos Puros;
2ª Lei da Termodinâmica;
Análise Termodinâmica dos Processos;
Máquinas Térmicas;
Ciclo de Carnot.
Objetivos:
Apresentar os conceitos fundamentais da Termodinâmica e suas aplicações em sistemas termodinâmicos.
Compreender a 1ª Lei da Termodinâmica, enfatizando o balanço de energia em sistemas fechados e abertos.
Estudar as propriedades dos fluidos puros e sua influência em processos termodinâmicos.
Explorar a 2ª Lei da Termodinâmica e sua relação com a irreversibilidade dos processos.
Analisar os principais processos termodinâmicos e calcular suas propriedades.
Estudar o funcionamento e a análise de máquinas térmicas.
Entender o conceito de eficiência e aplicação do Ciclo de Carnot em sistemas térmicos.
PLANO DE ENSINO E APRENDIZAGEM FUNDAMENTOS DA TERMODINÂMICA CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA 2023/2
Competências e habilidades:
Interpretar e aplicar os conceitos fundamentais da Termodinâmica em problemas práticos.
Realizar análises termodinâmicas e resolver problemas envolvendo sistemas termodinâmicos.
Analisar o funcionamento e a eficiência de máquinas térmicas.
Utilizar as leis da Termodinâmica para otimizar processos e sistemas.
PLANO DE ENSINO E APRENDIZAGEM FUNDAMENTOS DA TERMODINÂMICA CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA 2023/2
Conteúdo Programático:
Conceitos Fundamentais de Termodinâmica
Definições e terminologia
Sistemas termodinâmicos e suas propriedades
1ª Lei da Termodinâmica
Balanço de energia em sistemas fechados e abertos
Trabalho e calor
Processos termodinâmicos
Propriedades dos Fluidos Puros
Tabelas e diagramas termodinâmicos
Relações de propriedades
2ª Lei da Termodinâmica
Ciclo de Carnot e eficiência térmica
Entropia e irreversibilidade dos processos
PLANO DE ENSINO E APRENDIZAGEM FUNDAMENTOS DA TERMODINÂMICA CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA 2023/2
Conteúdo Programático:
Análise Termodinâmica dos Processos
Ciclos termodinâmicos
Aplicações em Engenharia Mecânica
Máquinas Térmicas
Funcionamento e análise de máquinas térmicas
Ciclos de potência e refrigeração
Ciclo de Carnot
Conceito e aplicações
PLANO DE ENSINO E APRENDIZAGEM FUNDAMENTOS DA TERMODINÂMICA CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA 2023/2
Metodologia de Ensino:
Aulas expositivas com uso de recursos visuais para melhor compreensão dos conceitos.
Resolução de problemas e exercícios para aplicação dos conteúdos teóricos.
Discussões em grupo para análise de casos práticos e estudos de aplicação.
PLANO DE ENSINO E APRENDIZAGEM FUNDAMENTOS DA TERMODINÂMICA CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA 2023/2
PLANO DE ENSINO E APRENDIZAGEM FUNDAMENTOS DA TERMODINÂMICA CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA 2023/2
Bibliografia Básica:
Bibliografia Complementar:
"Fundamentos de Termodinâmica" - Eduardo L. Reis, Pedro H. O. Reis e Fernando R. S. Lima
"Fundamentos da Termodinâmica" - Nicolau L. Sevastianow, Benedicto M. Neto e Francisco J. Valencia
"Termodinâmica para Engenharia Química" - J. R. Whitson, T. V. Ramos e F. A. D. Seixas
"Termodinâmica" - José R. Simões-Moreira
"Termodinâmica" - Carlos A. Bertulani
"Termodinâmica e Mecânica Estatística" - Salinas, Silvio R.
"Termodinâmica e suas Aplicações" - José de Alencar Simoni, John W. Larsen e Lúcia C. C. Nóbrega
"Termodinâmica Clássica" - Valdir Guimarães
"Termodinâmica e Físico-Química" - João Calado, Fernando Simões e José Santos
PLANO DE ENSINO E APRENDIZAGEM FUNDAMENTOS DA TERMODINÂMICA CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA 2023/2
Aula 1: Introdução à Termodinâmica
Aula 2: Conceitos Fundamentais de Termodinâmica
Aula 3: 1ª Lei da Termodinâmica
Aula 4: Propriedades dos Fluidos Puros I
Aula 5: Propriedades dos Fluidos Puros II
Aula 6: Propriedades dos Fluidos Puros III
Aula 7: 2ª Lei da Termodinâmica
Aula 8: Análise Termodinâmica dos Processos
Aula 9: Revisão
Aula 10: Avaliação 
PLANO DE ENSINO E APRENDIZAGEM FUNDAMENTOS DA TERMODINÂMICA CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA 2023/2
Aula 11: Máquinas Térmicas I
Aula 12: Máquinas Térmicas II
Aula 13: Máquinas Térmicas III
Aula 14: Aplicação do Ciclo de Carnot
Aula 15: Ciclos de Compressão de Vapor
Aula 16: Ciclos de Combustão a Gás
Aula 17: Ciclos de Refrigeração
Aula 18: Revisão 
Aula 19: Avaliação
Aula 20: exame final
Objetivo: Apresentar aos estudantes os conceitos básicos da Termodinâmica e sua importância na Engenharia Mecânica, contextualizando a relevância dos sistemas termodinâmicos em diversas aplicações cotidianas.
Introdução da disciplina
Termodinâmica é uma área da física que estuda o movimento ou a transformação do calor em energia e vice-versa, bem como suas relações com outras formas de energia, como trabalho mecânico. É uma disciplina que analisa como o calor e a energia se comportam em sistemas físicos e como as propriedades dos materiais e substâncias mudam em resposta a variações de temperatura, pressão e volume.
A Termodinâmica é uma das áreas mais fundamentais da física e tem amplas aplicações em diversas áreas da ciência e engenharia, como engenharia mecânica, química, aeronáutica, climatologia, entre outras. Ela descreve como a energia se transforma e se transfere em diferentes processos e sistemas, permitindo a compreensão e otimização de máquinas térmicas, sistemas de refrigeração, motores, geradores, e muitos outros dispositivos e sistemas que envolvem calor e energia.
O que quer dizer Termodinâmica?
Motores de Combustão Interna;
Sistemas de Refrigeração e Ar Condicionado;
Geração de Energia;
Turbinas a Vapor e Ciclos Termodinâmicos;
Propulsão Aeroespacial;
Caldeiras e Geradores de Vapor.
Exemplos de aplicações de termodinâmica
A Termodinâmica é uma área da física que estuda os processos que envolvem transferência, conversão e equilíbrio de energia térmica em diferentes sistemas. Ela se preocupa com o estudo das propriedades dos materiais e substâncias em relação à variação de temperatura, pressão e volume, bem como com a análise das interações entre calor e trabalho.
Os conceitos fundamentais da termodinâmica são: 
Sistema: É a porção específica do universo que está sendo estudada e analisada. Pode ser qualquer corpo ou conjunto de corpos que se deseja investigar do ponto de vista termodinâmico. Um sistema pode ser aberto, fechado ou isolado.
Sistema Aberto: Permite a transferência de massa e energia (calor e trabalho) com a sua vizinhança. Ou seja, pode trocar substâncias com o ambiente externo.
Sistema Fechado: Permite a transferência de energia (calor e trabalho) com a sua vizinhança, mas não permite a troca de massa. A quantidade de massa dentro do sistema permanece constante.
Sistema Isolado: Não permite qualquer tipo de interação com a vizinhança, seja de massa ou energia. Está completamente isolado do ambiente externo.
Definição e conceitos da Termodinâmica 
Os conceitos fundamentais da termodinâmica são: 
Fronteira: É a linha imaginária que separa o sistema de sua vizinhança. A fronteira é uma superfície que delimita o sistema do restante do universo. Pode ser real (uma parede de um recipiente) ou imaginária, dependendo do tipo de sistema.
Vizinhança: É a parte do universo que está fora da fronteira do sistema e que pode interagir com ele. A vizinhança fornece as condições ambientais para a troca de energia (calor e trabalho) entre o sistema e o ambiente externo.
Estado Termodinâmico: É o conjunto de propriedades termodinâmicas que descrevem completamente o estado de um sistema em equilíbrio termodinâmico. Exemplos de propriedades termodinâmicas incluem temperatura, pressão, volume, entalpia, entropia e energia interna. O estado termodinâmico é caracterizado pelas propriedades do sistema em um determinado momento.
Processo Termodinâmico: É a mudança de estado de um sistema de equilíbrio para outro. Os processos podem ser reversíveisou irreversíveis, dependendo de como ocorrem as variações das propriedades termodinâmicas ao longo do processo.
Definição e conceitos da Termodinâmica 
Os conceitos fundamentais da termodinâmica são: 
Equilíbrio Termodinâmico: É o estado em que as propriedades termodinâmicas de um sistema não sofrem variações ao longo do tempo. No equilíbrio termodinâmico, o sistema está em repouso e não há trocas líquidas de calor ou trabalho com a vizinhança.
Equação de Estado: É uma relação matemática que descreve a relação entre as diferentes propriedades termodinâmicas de um sistema em equilíbrio. Exemplos de equações de estado incluem a equação dos gases ideais e a equação de estado do vapor saturado.
Processo Reversível: É um processo termodinâmico que ocorre de forma infinitamente lenta e sem dissipação de energia. Em um processo reversível, o sistema passa por uma série de estados de equilíbrio, e o sistema e sua vizinhança retornam a seus estados iniciais quando o processo é invertido.
Processo Irreversível: É um processo termodinâmico que ocorre de forma rápida e com dissipação de energia. Em um processo irreversível, o sistema e sua vizinhança não retornam exatamente aos seus estados iniciais quando o processo é invertido.
Definição e conceitos da Termodinâmica 
Nesta aula, exploramos os conceitos fundamentais da Termodinâmica e sua relevância na compreensão do comportamento dos sistemas físicos que envolvem transferência de energia térmica e trabalho.
Aprendemos que um sistema termodinâmico é uma porção específica do universo que está sob nosso estudo e pode ser classificado como aberto, fechado ou isolado, dependendo das interações de massa e energia com a vizinhança. A fronteira é a linha imaginária que separa o sistema de sua vizinhança, e a vizinhança fornece as condições ambientais para as trocas de energia.
Conclusão da aula
Defina o que é Termodinâmica e explique sua importância em diversas áreas da ciência e engenharia.
Explique o que é um sistema termodinâmico e dê exemplos de sistemas abertos, fechados e isolados.
O que é fronteira em um sistema termodinâmico? Como ela se relaciona com a vizinhança do sistema?
Descreva o estado termodinâmico de um sistema e mencione algumas das principais propriedades termodinâmicas utilizadas para caracterizá-lo.
O que são processos termodinâmicos? Dê exemplos de processos reversíveis e irreversíveis.
Explique o conceito de equilíbrio termodinâmico e sua importância no estudo dos sistemas físicos.
Quais são as principais áreas de estudo da Termodinâmica e como elas se diferenciam?
Diferencie sistema aberto, fechado e isolado com base na transferência de massa e energia.
Como a Termodinâmica se relaciona com a Mecânica Estatística? Explique brevemente.
Cite três aplicações práticas da Termodinâmica em nosso cotidiano.
Exercícios de conceitos
 
 
.MsftOfcThm_Text1_Fill {
 fill:#FFFFFF; 
}