Engenharia Térmica

A engenharia térmica é uma disciplina especializada em engenharia mecânica que lida com o movimento de energia e transferência de calor. Como a energia pode ser transformada entre dois meios ou transferida para outras formas de energia, um engenheiro térmico deve ter conhecimento da termodinâmica e do processo para converter a energia gerada de fontes térmicas em energia química, mecânica ou elétrica.

Uma ou mais das seguintes disciplinas podem estar envolvidas na solução de um problema específico de engenharia térmica:

Termodinâmica

 

O conhecimento da  termodinâmica  é essencial para  os engenheiros nucleares , que lidam com  reatores de energia nuclear . Termodinâmica  é a ciência que lida com produção, armazenamento, transferência e conversão de energia. Ele estuda os efeitos do  trabalho ,  calor  e  energia em um sistema. A termodinâmica  é um ramo da  física  e uma  ciência da engenharia . O físico  normalmente está interessado em obter uma  compreensão fundamental do comportamento físico e químico de quantidades fixas de matéria em repouso e usa as leis da termodinâmica para relacionar as propriedades da matéria. Os engenheiros  geralmente estão interessados ​​em estudar  sistemas de energia e como eles interagem com o ambiente. Nosso objetivo aqui será introduzir a  termodinâmica como ciência da conversão de energia , introduzir alguns dos conceitos e definições fundamentais que são usados ​​no estudo da termodinâmica de  engenharia . Esses conceitos e definições fundamentais serão aplicados posteriormente a sistemas de energia e, finalmente, a  usinas térmicas  ou  nucleares .

Mecânica dos Fluidos

Dinâmica de Fluidos
Simulação numérica de CFD Fonte: CFD development group – hzdr.de

A mecânica dos fluidos é o ramo da engenharia térmica preocupada com a mecânica dos fluidos (líquidos, gases e plasmas) e as forças sobre eles. Pode ser dividido em estática de fluidos , o estudo de fluidos em repouso; e dinâmica de fluidos. A dinâmica de fluidos  é uma subdisciplina da mecânica de  fluidos que lida com o fluxo de fluidos. Dinâmica de fluidos é uma das mais importantes de todas as áreas da física. A vida como a conhecemos não existiria sem fluidos e sem o comportamento que os fluidos exibem. O ar que respiramos e a água que bebemos (e que compõe a maior parte da massa corporal) são fluidos. A dinâmica de fluidos tem uma ampla gama de aplicações, incluindo o cálculo de forças e momentos nas aeronaves (aerodinâmica), determinando a vazão mássica da água através de tubulações (hidrodinâmica).

A dinâmica de fluidos  é uma parte importante da maioria dos processos industriais; especialmente aqueles que envolvem a
transferência de calor. Nos reatores nucleares,  a remoção de calor do núcleo do  reator  é realizada passando um líquido refrigerante líquido ou gasoso através do núcleo e por outras regiões onde o calor é gerado. A natureza e a operação do sistema de refrigeração são uma das considerações mais importantes no projeto de um reator nuclear.

Transferência de Calor e Transferência de Massa

 

Heat Transfer - mechanisms

A transferência de calor é uma disciplina de engenharia que diz respeito à geração, uso, conversão e troca de calor (energia térmica) entre sistemas físicos. Na engenharia de energia, ele determina os principais parâmetros e materiais dos trocadores de calor. A transferência de calor é geralmente classificada em vários mecanismos, como:

  • Condução de calor.  A condução de calor, também chamada difusão, ocorre dentro de um corpo ou entre dois corpos em contato. É a troca microscópica direta de energia cinética de partículas através da fronteira entre dois sistemas. Quando um objeto está a uma temperatura diferente de outro corpo ou de seus arredores
  • Convecção por Calor.  A convecção de calor depende do movimento de massa de uma região do espaço para outra. A convecção de calor ocorre quando o fluxo a granel de um fluido (gás ou líquido) transporta calor junto com o fluxo de matéria no fluido.
  • Radiação térmica.  A radiação é a transferência de calor por radiação eletromagnética, como a luz do sol, sem a necessidade de que a matéria esteja presente no espaço entre os corpos.

Na engenharia, o termo transferência de calor por convecção é usado para descrever os efeitos combinados de condução e fluxo de fluido. Nesse ponto, precisamos adicionar um novo mecanismo, conhecido como advecção (o transporte de uma substância por movimento a granel). Do ponto de vista termodinâmico, o calor flui para um fluido por difusão para aumentar sua energia, o fluido transfere (avisa) esse aumento da energia interna (não calor) de um local para outro, e isso é seguido por uma segunda interação térmica que transfere calor para um segundo corpo ou sistema, novamente por difusão.