Termodinâmica de Processos

Prof. Responsável: Gilson Gomes de Medeiros (DEQ)

Pré-Requesitos: Termodinâmica de Equilíbrio e Princípio dos Processos Químicos

Ementa:

Sistemas abertos (escoamento, compressão e expansão de fluidos). Conversão de energia (vapor, máquinas térmicas, refrigeração, liquefação de gases). Análise termodinâmica de processos reais.

Programa:

1. Processos de escoamento

1.1. Fundamentos:

Princípio da conservação da massa da Equação da continuidade;

Princípio e equação da conservação da energia;

Taxa de energia na forma de trabalho;

Balanço de energia mecânica da Equação de Bernoulli.

1.2. Escoamento em tubos (estado estacionário):

Velocidade máxima de escoamento;

Velocidades sônica, subsônica e supersônica.

1.3. Escoamento em dispositivos de seção transversal variável

Bocal convergente da divergente do Número de Mach;

Aplicação: bocais e orifícios como medidores de vazão.

1.4. Turbinas (expansores)

Cálculo da eficiência de turbinas.

1.5. Compressores, bombas e ventiladores

Cálculo da eficiência de compressores;

Compressão em um só estágio;

Compressão em múltiplos estágios Cálculo da eficiência de bombas.

1.6. Ejetores

2. Conversão de calor em trabalho

2.1. Ciclos de potência a vapor:

Componentes de uma unidade motriz simples;

Cálculo da eficiência do ciclo.

2.2. Análises de ciclos de potência a vapor através de diagramas T-S e P-V:

Ciclo de Carnot Ciclo de Rankine;

Ciclo de plantas de força reais;

Cálculo da eficiência dos ciclos em função do diagrama T-S.

2.3. Afastamento dos ciclos reais em relação aos ideais

2.4. Ciclos de combustão interna (motores):

Princípio de funcionamento;

Ciclo Otto (ideal);

Ciclo Otto padrão de ar;

Rendimento do ciclo Otto e razão de compressão;

Principais diferenças entre o ciclo Otto real e o ciclo Otto padrão;

Ciclo Diesel padrão de ar;

Razão de expansão;

Rendimento do ciclo Diesel e grau de expansão prévia;

Comparação entre os ciclos padrão de ar Otto e Diesel;

Turbina a gás de combustão interna;

Cicio Brayton (ideal);

Ciclo Brayton fechado: cálculo do rendimento;

Ciclos Ericsson e Stirling;

Ciclo Brayton regenerativo: cálculo do rendimento;

Eficiência do regenerador;

Ciclo Brayton com compressão e expansão em vários estágios;

Motores a jato;

Motores de foguete.

2.5. Ciclos binários (produção de energia por combinação de dois ciclos).

2.6. Ciclos de termocentralização (cogeração de vapor e energia).

2.7. Ciclos de refrigeração:

Ciclo de refrigeração de Camot (Ideal); Rendimento e coeficiente de eficiência; Cicio de refrigeração a ar; Ciclo de refrigeração a compressão de vapor; Taxa de circulação do refrigerante; Escolha do refrigerante; Ciclos de refrigeração combinados; Ciclo de refrigeração por ejeção de vapor; Ciclo de refrigeração por absorção de amônia.

3. Análise termodinâmica dos processos:

3.1Trabalho ideal e trabalho perdido:

Cálculo do trabalho ideal

Cálculo do trabalho perdido

3.2. Processos em escoamento permanente

Análise dos trabalhos real e ideal

Cálculo da eficiência termodinâmica.

Bibliografia:

SMITH, J.M., VAN NESS, H.C., ABBOTT, M.M. Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics. 5a. ed., New York: McGraw-Hill, 1996.

VAN WYLEN, Termodinâmica Técnica, Ed. Edgard Blucher, São Paulo, 1985.

KIRILLIN, V. A., SICHEV, V. V. & SHEINDLIN, A. E. Termodinâmica Técnica, Ed. Mir, MOSCOU, 1976.