Disciplina detalhes

Conhecimentos de Base Recomendados

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Objetivos

A unidade curricular tem por objetivo que os alunos adquiram conhecimentos e ferramentas de trabalho nas áreas da Termodinâmica. Pretende-se que os alunos compreendam e saibam utilizar as propriedades físicas dos gases ideais e reais, saibam aplicar as três leis da termodinâmica a reações, conseguindo determinar trocas de energia sobre a forma de calor e/ou trabalho, variações de entropia e espontaneidade dos processos. É essencial que os estudantes consigam interpretar os diagramas de fases de substâncias puras, compreendendo os conceitos de pontos triplo e critico, bem como interpretar os diagramas de fases de diferentes misturas, compreendendo-os e reconhecendo-os como fundamentais para vários processos de separação. É ainda necessário que os alunos entendam as diferenças entre misturas líquidas reais e ideais, compreendendo o conceito de coeficiente de atividade, permitindo-lhes controlar as variáveis que afetam os equilíbrios.

Métodos de Ensino

Nas aulas teóricas os conceitos fundamentais são lecionados por exposição, utilizando meios audiovisuais e alguns problemas ilustrativos, estimulando o raciocínio e o espírito crítico dos estudantes.
Nas aulas TP os estudantes resolvem individualmente e de forma autónoma exercícios propostos pelo docente. De notar que a orientação tutorial (parte do horário de dúvidas), o qual serve para os estudantes fazerem alguns exercícios extra ou trabalhos/projetos. No mesmo semestre há uma UC laboratorial associada (Laboratório II) onde os alunos realizam experiências que exemplificam a aplicação dos conceitos termodinâmicos.

Estágio(s)

Não

Programa

1. Breve revisão a alguns conceitos fundamentais da Física
2. Gases: Gases perfeitos. Teoria cinética dos gases. Gases reais – Equações de estado (abreviado).
3. 1ª Lei da termodinâmica: Definições. Trabalho e calor. Energia interna e entalpia.
4. Termoquímica: Entalpias de transição. Tipos de entalpias. Efeito da temperatura.
5. 2ª Lei da termodinâmica: Entropia e a 2ª lei. Entropias absolutas e 3ª lei. Espontaneidade e energia de Gibbs - propriedades.
6. Equilíbrio das fases: Termodinâmica das transições. Variação da energia de Gibbs com a pressão e com a temperatura. Diagramas de fases – interpretação e exemplos. Estrutura molecular dos líquidos.
7. Misturas: Introdução. Soluções ideais. Soluções reais e atividades. Propriedades coligativas. Diagramas de fase de misturas - líquidos voláteis e não voláteis e sólido-líquido.
8. Equilíbrio químico: Termodinâmica. Energia de Gibbs padrão. Composição e constante de equilíbrio. Princípio de Le Chatelier. Equação de Van’t Hoff.

Demonstração de conteúdos

O objetivo da UC é os alunos adquirirem conhecimentos básicos de termodinâmica. O 2ºcap. refere-se às propriedades dos gases, sendo essencial para o controlo de sistemas homogéneos ou heterógenos em condições ideais ou reais que envolvam sistemas gasosos. Os 3º, 4ºe 5ºcap. são referentes às leis da termodinâmica e à termoquímica, sendo fundamentais para o estudo de fluxos de energia, especialmente calor, que ocorrem nos permutadores de calor, fornos, colunas de arrefecimento, etc. Os 6º e 7ºcap. são referentes ao estudo de diagramas de fases e de soluções ideais/reais, são muito importantes para o dimensionamento e controle de processos envolvendo mudança de fases, tais como destiladores, vaporizadores, entre outros, e os processos que envolvem a formação de precipitados ou de soluções. Finalmente, o 8ºcap. refere-se ao equilíbrio sendo essencial para processos em reatores, na qual o equilíbrio pode ser utilizado para controlar o sistema.

Demonstração da metodologia

O objetivo essencial desta unidade curricular é permitir que os estudantes adquiram conhecimentos básicos de termodinâmica, que lhes possibilitem entender e controlar de forma integral os processos industriais. Estes conteúdos básicos para serem apreendidos com rigor pelos estudantes, são lecionados de forma sólida e consistente, necessitando para o efeito que os conceitos básicos e os desenvolvimentos matemáticos sejam explanados convenientemente. Consequentemente é necessário que estes conteúdos sejam lecionados por exposição em aulas teóricas. Todos os termos técnicos serão igualmente referidos em inglês. Para que os conhecimentos sejam consolidados é necessário que um número apreciável de resoluções de exercícios e problemas aplicados sejam realizados pelo docente e individualmente pelos estudantes, sendo esta a razão para que um número significativo de aulas de natureza prática seja concretizado. Finalmente, a consolidação destes conceitos é efetuada através da realização de experiências laboratoriais, análise dos resultados e apresentação dos respetivos relatórios. Esta parte fundamental da lecionação destas matérias é efetivada na unidade curricular de laboratórios desse semestre.

Docente(s) responsável(eis)

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Métodos de Avaliação

Bibliografia

1. Physical Chemistry, Peter Atkins and Julio de Paula, OUP Oxford; 9th edition, ISBN-10: 0199543372, 2009
2. Elements of Physical Chemistry: Peter Atkins and Julio de Paula, OUP Oxford; 5th edition, ISBN-10:0199226725, 2009
3. Termodinâmica Aplicada, Edmundo Gomes de Azevedo, 3ª Edição, Escolar Editora, ISBN-10:9789725923153, 2011
4. Introduction to Modern Thermodynamics, Dilip Kondepudi, John Wiley & Sons, ISBN-10: 0470015993, 2008
5. Thermodynamics (SI units): An Engineering Approach, Yunus A. Cengel and Boldes, McGraw-Hill Higher Education; 6th edition, ISBN-10: 0071257713, 2007
6. Engineering Thermodynamics: Work and Heat Transfer, Gordon Rogers and Yon Mayhew, Longman Scientific; 4th edition, ISBN-10: 0582045665, 1992