Disciplina
Transferência de Energia e Massa
Área
Área Científica de Ambiente e Energia > Ciências e Tecnologias do Ambiente
Activa nos planos curriculares
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Nível
A avaliação contínua da disciplina será constituída por dois trabalhos práticos, um sobre alhetas (15%) e outro sobre transferência de calor e de massa num rio (30%) realizados por grupos de até 3 alunos. Os trabalhos serão apresentados oralmente e as classificações serão individuais. Os alunos farão ainda uma apresentação (durante as aulas) de um trabalho de pesquisa cuja resolução seja baseada no trabalho computacional (5%). A componente de programação representa 25% da avaliação (50% dos trabalhos numéricos). O exame terá um peso de 50% na classificação final e uma nota mínima de 10 valores.
Tipo
Não Estruturante
Regime
Semestral
Carga Horária
1º Semestre
2.0 h/semana
1.5 h/semana
119.0 h/semestre
Objectivos
A Disciplina tem dois grandes objetivos: (1) introduzir os conceitos básicos de transferência de calor (condução/difusão, convecção/advecção e radiação) e da transferência de massa por advecção e difusão e iniciar o aluno na resolução numérica da equação de advecção-difusão e na sua utilização para estudar a transferência de massa e de energia. A disciplina pretende ainda contribuir para a consolidação de conhecimentos de matemática computacional e de programação adquiridos em disciplinas anteriores, apresentando estas ferramentas como as de maior potencial para a resolução de problemas em geometrias reais.
Programa
Conservação, Transmissão e Transformação de Energia. Balanço Energético do Sistema Terra e alterações climáticas. Transferência de calor por condução, convecção e radiação. Temperatura vs calor. Propriedades térmicas dos materiais. Aplicação da equação do calor. Condições iniciais e de fronteira. Regime estacionário e regime transiente. Convecção natural e convecção forçada na superfície do corpo. Camadas limite mecânica e térmica. Transferência de calor por radiação. Resistência térmica. Alhetas, solução analítica e numérica. A equação de advecção-difusão. Os casos do calor, massa e quantidade de movimento. Resolução numérica da equação. Difusão numérica e estabilidade. Séries de Taylor e erro de truncatura. Difusividade como uma consequência da hipótese de meio contínuo: difusividade molecular, turbulenta e de “sub-grid”. Aplicação da equação em sistemas unidimensionais. Substâncias conservativas, decaimento de 1ª ordem e sistemas de propriedades interdependentes.
Metodologia de avaliação
A avaliação contínua da disciplina será constituída por dois trabalhos práticos, um sobre alhetas (15%) e outro sobre transferência de calor e de massa num rio (30%) realizados por grupos de até 3 alunos. Os trabalhos serão apresentados oralmente e as classificações serão individuais. Os alunos farão ainda uma apresentação (durante as aulas) de um trabalho de pesquisa cuja resolução seja baseada no trabalho computacional (5%). A componente de programação representa 25% da avaliação (50% dos trabalhos numéricos). O exame terá um peso de 50% na classificação final e uma nota mínima de 10 valores.
Pré-requisitos
Os Estudantes deverão ter conhecimentos básicos de cálculo diferencial e integral, de matemática computacional e conhecimentos de programação. O conhecimento de processos de transporte (fluxos e taxas de acumulação/divergência de fluxos) é também conveniente.
Componente Laboratorial
A disciplina não tem componente laboratorial. A componente numérica permite aos alunos fazerem testes que lhes deverão dar sensibilidade para os processos envolvidos em TEM.
Princípios Éticos
Todos os membros de um grupo são responsáveis pelo trabalho do grupo. Em qualquer avaliação, todo aluno deve divulgar honestamente qualquer ajuda recebida e fontes usadas. Numa avaliação oral, todo aluno deverá ser capaz de apresentar e responder a perguntas sobre toda a avaliação.
Componente de Programação e Computação
A disciplina inclui uma componente de computação que corresponde a 25% do conteúdo (1.5 créditos). Nesta disciplina os alunos aprofundarão a componente de abstracção, desenho de algoritmos e visualização. É dado aos alunos a estrutura de um programa em VBA para resolver a equação de difusão lendo os dados a partir de uma folha de excel e fazendo os gráficos numa outra folha, incluídas no mesmo workbook. O programa contribui para a abstracção do problema, decomposição em funções e algoritmos, depuração e generalização. O VBA foi escolhido porque está associado ao Excel que faz parte do conjunto de tecnologias de Informação que todos os alunos devem conhecer e porque vem incluído na licença de MS-office que está acessível a todos os alunos do IST. Em alternativa, os alunos poderão fazer um programa noutra linguagem à sua escolha.
Componente de Competências Transversais
A disciplina é integradora de conhecimento no âmbito da Engenharia do Ambiente. Os alunos deverão integrar conhecimento de outras disciplinas, criando a percepção da importância do transporte de massa para a solução final de diversos problemas. Todos os grupos serão convidados a fazer uma pequena apresentação sobre um problema cuja resolução pode ser construída com base na ferramenta numérica desenvolvida no segundo trabalho. A componente de competências transversais nesta disciplina, para Engenharia do Ambiente é de 10%.
Bibliografia
Principal
Fundamentals of Heat and Mass Transfer - 7th edition
Incropera, F. P., D. P. DeWitt
Secundária
Notas sobre a equação de Avecção difusão e a sua resolução numérica.