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Engenharia Térmica

A área de engenharia térmica foca no estudo da termodinâmica, que inclui estudos de propriedades de substâncias, as leis da termodinâmica, motores, ciclos de refrigeração entre outros.

A engenharia térmica é importante para o desenho de praticamente qualquer máquina. Elementos mecânicos e circuitos elétricos geram calor durante a operação e o acúmulo de calor pode muitas vezes ameaçar o dispositivo. Mecanismos de refrigeração, geralmente ventiladores ou circuladores de líquidos, são adicionados para compensar e ajudar a regular a temperatura interna da máquina. Bons exemplos de dispositivos que utilizam este princípio incluem computadores e baterias de carro.

Um engenheiro térmico também deve compreender a dinâmica de fluidos. Líquido de arrefecimento, uma substância de arrefecimento, é utilizado para reduzir a temperatura dos processos e evitar o sobreaquecimento. Ebulição é outro método que cria o vapor que pode ser condensado no refinamento de um produto químico. O estudo destes processos ajuda os profissionais industriais a determinar a regulação ótima da temperatura em cada caso.

Dentro desta área temos as seguintes subáreas de estudo:

- Termodinâmica
- Controle Ambiental
- Aproveitamento da Energia

Descreveremos estas áreas mais abaixo.

Subárea: Termodinâmica

O que é?

A termodinâmica estuda as causas e os efeitos de mudanças na temperatura, pressão e volume - e de outras grandezas termodinâmicas fundamentais, em casos menos gerais - em sistemas físicos em escala macroscópica.

Historicamente, a termodinâmica se desenvolveu pela necessidade de aumentar-se a eficiência das primeiras máquinas a vapor.

Sendo uma ciência interdisciplinar, a termodinâmica funde a química e a física. Para todos os processos químicos, existe por trás o estudo da termodinâmica. Uma reação química depende muito da temperatura e da pressão. Para cozinhar uma carne, por exemplo, o processo de cozimento é acelerado quando temos uma pressão maior, porque as reações químicas ocorrem mais rápido. A geladeira é um exemplo de máquina térmica, pois dentro dela temos uma temperatura mais baixa, retardando os processos químicos por diminuir os movimentos das moléculas, conservando os alimentos.

O ponto inicial para a maioria das considerações termodinâmicas são as leis da termodinâmica, que postulam as características intrínsecas a todo sistema termodinâmico, e também que a energia pode ser transferida de um sistema físico para outro como calor ou trabalho. Elas também postulam a existência de uma quantidade chamada entropia, que pode ser definida para qualquer sistema.

Aplicações:

Suas aplicações vão desde as máquinas térmicas à meteorologia, com a medição de pressão e temperatura, umidade relativa do ar. Ou seja, existem inúmeros instrumentos que permitem medir as características variáveis dos gases, como os hidrômetros, que conferem a umidade relativa do ar e o barômetro, que afere a pressão.

A termodinâmica também é aplicada em larga escala nos automóveis. No processo de combustão, há uma grande liberação de calor e energia. Essa energia térmica é aproveitada para realizar o trabalho mecânico.

Além de tudo isso, a termodinâmica também é aplicada em outras situações, como na turbina de avião e nas usinas termoelétricas, que se utilizam do calor produzido.

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Subárea: Controle Ambiental

O que é?

A subárea Controle Ambiental é o ramo da engenharia mecânica que trata da análise dos efeitos atuais e futuros devido às modificações em sistemas e indústrias.

Os engenheiros desta subárea coletam, armazenam, analisam, disseminam e gerenciam dados ambientais, buscando informações que lhes guiem para a uma análise precisa capaz de prever externalidades.

Controle Ambiental também lida com a resolução de problemas atuais, ligados à saúde, desgaste de recursos naturais e emissão de gases nocivos ao meio ambiente.

De forma geral, este ramo é uma ponte entre a engenharia ambiental e a engenharia mecânica.

Aplicações:

- Gerenciamento do manejo de resíduos na perspectiva do desenvolvimento sustentável;
- Execução do gerenciamento e controle ambiental;
- Racionalização do uso de recursos naturais;
- Operação de estações de tratamento de efluentes, afluentes e de resíduos sólidos;
- Execução de análises físico-químicas e microbiológicas de águas, efluentes e resíduos sólidos;
- Documentação de rotinas e aplicação de normas técnicas relacionadas à área;
- Análise de implementação de usinas termoelétricas, hidroelétricas e termonucleares;
- Controle da emissão de gases poluentes.

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Subárea: Aproveitamento da Energia

O que é?

O ramo de Aproveitamento de Energia visa obter energia de sistemas que já estão ativos, com isso, eliminando a necessidade de consumir energia para se produzir mais.

O aproveitamento de energia já é usado há bastante tempo em aplicações cotidianas do campo, como em moinhos que aproveitam a energia eólica, ou da água, para moer alimentos.

Este ramo tem sido bastante explorado, devido à crise ecológica que o mundo vem encarando. Diferentemente de usinas termoelétricas, hidroelétricas e termonucleares, a produção de energia por métodos sustentáveis, como turbinas eólicas, vem se tornando extremamente popular por ter um custo baixo, não poluir e ter uma produção considerável.

O engenheiro que trabalha neste ramo estuda o ambiente, os recursos disponíveis (fluxo de água, vento, calor cedido médio cedido pelo sol) e cria sistemas livres de emissões nocivas e que visem aproveitar a energia disponível da forma mais eficiente possível.

Aplicações:

- Turbinas eólicas;
- Moinhos;
- Painéis solares;
- Sistemas passivos de aquecimento