Plano de Ensino

IDENTIFICAÇÃO

EMENTA

Estudo do ciclo de Carnot; Estudo de ciclos de potência com uso de vapor de água (Ciclo Rankine), métodos de otimização; Estudos de ciclos de potência a ar (Ciclos Otto, Diesel e Brayton), Ciclos de refrigeração, otimização, simulação; Ciclos reais; Estudo sobre combustíveis e combustão; Simulações numéricas e computacionais de ciclos teóricos e reais.

JUSTIFICATIVA

Apresentar noções sobre ciclos térmicos de potência a gás e a vapor bem como processos de refrigeração. Demonstrar o uso de técnicas computacionais para cálculos de processos de combustão com aplicações em máquinas e sistemas térmicos.

OBJETIVO

PROGRAMA

1. APRESENTAÇÃO DA DISCIPLINA

1.1. Objetivo geral da disciplina

1.2. Bibliografia consultada

1.3. Sistema de avaliação

2. CICLOS TÉRMICOS

2.1. Instalação térmica

2.2. Considerações sobre o segundo princípio da termodinâmica

2.3. Reversibilidade e irreversibilidade

2.4. Rendimento térmico de um ciclo

3. CICLO DE CARNOT

3.1. Idealização de Carnot

3.2. Componentes de operação do ciclo

3.3. Transformações termodinâmicas

3.4. Diagrama (T-S) e (P-h)

3.5. Calor, trabalho

3.6. Rendimento térmico do ciclo de Carnot

3.7. Exercício de aplicação

4. CICLO DE RANKINE

4.1. Transformações termodinâmicas nos equipamentos

4.2. Transformações reversíveis e irreversíveis na turbina, bomba e tubulações

4.3. Comparação entre o ciclo de Carnot e o de Rankine

4.4. Maneiras de aumentar o rendimento do ciclo de Rankine

4.5. Exercício de aplicação

5. CICLO COM REAQUECIMENTO DO VAPOR

5.1. Considerações sobre a necessidade do reaquecimento nos casos reais

5.2. Equipamentos de operação, transformações termodinâmicas e rendimento térmico

6. CICLO REGENERATIVO

6.1. Ciclo regenerativo ideal. Transformações termodinâmicas. Impossibilidade na prática

6.2. Ciclo regenerativo na prática. Aquecedores de mistura e de superfície

6.3. Drenagem do condensado nos aquecedores de superfície

6.4. Purgadores

6.5. Aplicação de um ciclo regenerativo com aquecedores de mistura e de superfície

6.6. Exercícios e aplicação

7. CICLOS A GÁS

7.1. Ciclo Joule com regeneração e pre-aquecimento, métodos de otimização, usos e características

técnicas

7.2. Simulação de operação

7.3. Projeto de sistemas de absorção.

8. CICLOS DE REFRIGERAÇÃO A VAPOR

8.1. Ciclos frigoríficos de compressão à vapor

8.2. Ciclos de compressão ideal e irreversível

8.3. Coeficiente de performance

8.4. Fluídos e trabalho para sistemas de compressão, “retrofitting”, substituição de fluidos

8.5. Afastamento do ciclo real, de compressão em relação ao ciclo ideal

8.6. Ciclo frigorífico de absorção (Amônia e outros fluidos), obtenção de coeficiente de performance,

projeto, simulação

8.7. Exercícios e aplicação

9. AULAS PRÁTICAS INSERIDAS AO LONGO DO CURSO

9.1. Visita à industrias que sejam produtores de potência via uso do ciclo de Rankine ou Joule
9.2. Ensaio de sistema de refrigeração por compressão de vapor. Determinação de curvas de operação do compressor para diferentes temperaturas de evaporação e condensação
9.3. Determinação do poder calorífico de combustíveis líquidos e sólidos
9.4. Análise de gases de combustão, com aquecedor de água operando com combustível líquido.
9.5. Fazer cálculos estequiométricos e medições experimentais

Tabela 1 - Cronograma de atividades

METODOLOGIA

A disciplina será ministrada através de aulas remotas. Nessas aulas, terá papel primordial a discussão e resolução de problemas, sobretudo os de natureza interdisciplinar. No decorrer das aulas remotas, os alunos serão estimulados a resolver problemas, em pequenos grupos ou individualmente. O professor se encarregará de produzir listas de exercícios para os alunos praticarem os conhecimentos adquiridos durante o curso.

Em conformidade com a resolução CONGRAD Nº 25/2020, as atividades foram discretizadas em Síncronas¹ e Assíncronas², dividindo a carga horária total de 60h, assim como se segue:

Atividades Síncronas¹ (51,46h)

• Carga Horária: 51h e 28 min em 16 semanas > 50min/aula > 4 aulas por semana.
• Horários de Realização: De acordo com o horário previsto inicialmente para 2020/1. Ou seja:

- Quinta-feira – 13:10h às 14:50h;

- Sexta-feira – 14:50h às 16:30h.

• Plataformas de TI: Microsoft Teams (office 365 disponibilizado pela UFU). Um e-mail convite será enviado aos alunos assim que for disponibilizado o diário eletrônico no portal docente.
• Softwares a serem utilizados: O software de simulação de sistemas térmicos será apresentado em aula e disponibilizado aos alunos. Não requer instalação e computador com alta capacidade de processamento.

Atividades Assíncronas² (10h)

• Atividades extras propostas durante as aulas remotas: 5h
• Simulação e otimização de sistemas térmicos teóricos e reais por meio de aulas previamente gravadas: 5h

MATERIAL MULTIMIDIA E COMPLEMENTAR ASSOCIADO AOS CONTEÚDOS TEÓRICOS PREVISTOS NA DISCIPLINA A SEREM PROVIDOS PELO PROFESSOR:

• Notas de aulas remotas;
• Slides;
• Vídeos Tutoriais;
• Referências bibliográficas;

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• [1] Atividades onde os alunos e o docente se encontram de forma on-line no mesmo instante e no mesmo ambiente virtual, onde dúvidas e questionamentos poderão ser feitos em tempo real.
• ² Atividades que ocorrem sem a presença em tempo real do professor. Permite que os alunos desenvolvam o aprendizado de acordo com a própria disponibilidade de tempo e local de preferência.

AVALIAÇÃO

                 Avaliação P1:  Itens de 1 a 6    //    Avaliação P2: Itens de 1 a 8

1. As avaliações serão disponibilizadas às 14h 50min, durante uma videochamada entre o professor e alunos, conforme as datas apresentadas na Tabela 1. O professor fará a apresentação do problema, posteriormente, a comunicação on-line será encerrada. A partir desse momento, os alunos (em duplas) vão gravar uma video aula explicando como formular a solução e simular computacionalmente o problema proposto. As duplas terão 24h para disponibilizar um link por e-mail ao professor para download da video aula.
2. Atividades extras propostas durante as aulas remotas (10 Pontos);
3. Projeto de um sistema térmico que será apresentado na forma de artigo científico. Um template será disponibilizado aos alunos para a redação do artigo.

BIBLIOGRAFIA

Básica:

VAN WYLEN, G.J., 1998, "Fundamentos da Termodinâmica Clássica, Edgard Blucher, 4^aEd., São paulo, Brasil

CENGEL, Y.A., BOLES, M.A. 2007 “Termodinâmica” Editora Mc Graw Hill,  5^a Ed. Brasil.

Moran, M. J., Shapiro, H. N., Munson, B. R., DeWitt, D.P., “ Introdução à engenharia de sistemas térmicos: termodinâmica, mecânica dos fluidos e transferência de calor”, LTC, 2005, Rio de Janeiro, Brasil.

Complementar:

MORAN, M.J., SHAPIRO, H.N. 2002 “Princípios de Termodinâmica para Engenharia”, LTC Editora. 4ª.Edição.

Chapman, S. J., “Programação em MATLAB para Engenheiros”, 2ª Edição, Editora Thomson, 2003.

Klein, S. A., “EES - Engineering Equation Solver”, F-Chart Software, 1992.

HAYWOOD, R. W., 1975, "Analysis of Engineering Cycles", Pergamon Press, 2^aEd., USA.

EASTOP, T.D., MCCONKEY, A , "Applied Thermodiynamic for Engineering Technologist", Longmans, Green And Co Ltd, USA.

APROVAÇÃO

Aprovado em reunião do Colegiado realizada em: ____/____/______

Coordenação do Curso de Graduação: _________________________

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Documento assinado eletronicamente por Solidonio Rodrigues de Carvalho, Professor(a) do Magistério Superior, em 05/11/2021, às 19:09, conforme horário oficial de Brasília, com fundamento no art. 6º, § 1º, do Decreto nº 8.539, de 8 de outubro de 2015.

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A autenticidade deste documento pode ser conferida no site https://www.sei.ufu.br/sei/controlador_externo.php?acao=documento_conferir&id_orgao_acesso_externo=0, informando o código verificador 3151996 e o código CRC 1302F16D.

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