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Ciclos Termodinâmicos
A termodinâmica e os ciclos termodinâmicos surgiram para estudar as máquinas térmicas com o objetivo de aumentar suas eficiências. A primeira patente de uma máquina térmica foi obtida pelo engenheiro e capitão da marinha britânica Thomas Savery em 1698, após apresentar sua invenção ao rei da Inglaterra. Um ano depois, sua patente foi estendida até 1732, e lhe dava direito sobre qualquer máquina que utilizasse o fogo para gerar trabalho. Era na verdade uma bomba para remover água das minas de carvão. Em 1712 Newcomen apresenta uma máquina mais eficiente, mas a patente de Savery exigiu que ambos se associassem. Um novo desenvolvimento só ocorre com James Watt.
Na primeira parte do curso serão apresentados os ciclos de geração de potência a vapor. Essa é, ainda hoje, a principal forma de geração de energia no mundo.
O ciclo teórico, com a máxima eficiência possível, é chamado de Ciclo de Carnot, em homenagem ao engenheiro francês que, em 1824, publicou um livro procurando compreender quais eram os princípios físicos responsáveis pelo funcionamento das máquinas térmicas. Seu desenvolvimento se baseou na teoria do calórico, proposta por Lavoisier, que afirmava que o calórico era um fluído sem massa, cuja presença era caracterizada pela alta temperatura. Por analogia a uma roda d’água, cuja queda da água leva ao movimento, a “queda” do calórico de regiões quentes para frias resultava no trabalho da máquina térmica. Embora a teoria do calórico tenha sido superada e substituída pela teoria da equivalência mecânica do calor, proposta por Conde Rhumford e defendida por James Joule, os trabalho de Carnot tem grande importância, apresentando o conceito de processos reversíveis, e iluminando o princípio de funcionamento de todas as máquinas térmicas.
O ciclo prático é o de Rankine. Inicialmente será apresentada a mínima modificação necessária para se converter o ciclo de Carnot no de Rankine, e após os efeitos das irreversibilidades serão introduzidos, assim como formas de se aumentar o rendimento, seja pelo superaquecimento do vapor, reaquecimento e múltiplas turbinas.
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Refrigeração e Ar Condicionado
Para compreender e dimensionar corretamente sistemas de refrigeração e ar condicionado, é necessário compreender os ciclos de refrigeração e calcular as cargas térmicas. Primeiro iremos estudar os ciclos de Carnot, teórico idealizado e em seguida os ciclos de refrigeração por compressão de vapor. O foco é na identificação dos componentes, nos diagramas Temperatura-Entropia e Pressão-Entalpia e na avaliação da capacidade de um dado sistema.
Iniciaremos com o ciclo mais simples, de Carnot, comparando com o ciclo de Carnot para geração de potência, e depois iremos avaliar as modificações necessárias para torná-lo viável.
No ciclo de refrigeração por compressão de vapor, iremos partir do sistema mais simples possível e evoluir sua complexidade, introduzindo os efeitos das irreversibilidades, perdas de pressão nas linhas, e modificações para aumentar o desempenho, diminuir a temperatura ou aumentar a capacidade de refrigeração.
Na segunda parte do curso será estudada a Psicrometria: umidade relativa, umidade absoluta, pressões parciais, processos de condensação. É à partir desse conhecimento que conseguimos dimensionar quanto de calor é necessário remover de um ambiente para obter o objetivo desejado.
Na parte final faremos uso do conhecimento dos ciclos e de Psicrometria para dimensionar sistemas reais de refrigeração e ar condicionado.
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Transferência de Calor
O curso de Transferência de Calor inicia com a apresentação dos conceitos básicos de temperatura, gradiente de temperatura e calor & os modos de transferência: condução, convecção e radiação. Em seguida os princípios físicos da conservação de massa, quantidade de movimento e conservação de energia são apresentados e modelados para a formulação em volume de controle, o que possibilita a compreensão da equação da difusão de calor. Aprofundamos então na condução em regime permanente, nas coordenadas cartesiana, cilíndrica e esférica, Aletas e condução transiente. Posteriormente as equações da convecção serão desenvolvidas e aplicadas. Estudamos então trocadores de calor: tipos e dimensionamentos. E na parte final a radiação é aprofundada.
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Escoamentos compressíveis
O que é escoamento compressível? Qual a diferença entre fluído compressível e escoamento compressível? Como acelerar um escoamento para regime supersônico? Por que os bocais de foguetes têm um formato convergente-divergente? O que ocorre com as propriedades através de uma onda de choque?
As respostas a essas perguntas serão respondidas nesse curso, sem atalhos. Os fenômenos físicos serão compreendidos e modelados, com as equações apresentadas com todo o seu desenvolvimento. Além da teoria, exercícios pertinentes ao conteúdo serão resolvidos.
Esse curso é baseado na disciplina Fenômenos de Transporte 2, ministrada por mim na Unialfa.
Material teórico, fórmulario, tabelas e os slides estão disponíveis no site. Espero que vocês aproveitem!!
