Tecnologia de Materiais para a Energia

Objectivos

Esta disciplina tem como objetivos gerais dotar os estudantes de conhecimentos e competências na área da tecnologia dos principais materiais utilizados em sistemas de energia, de modo a que sejam capazes de selecionar e/ou dimensionar sistemas e materiais mais adequados para uma dada aplicação eletrotécnica. Os estudantes deverão adquirir conhecimentos científicos na área dos materiais elétricos, magnéticos, supercondutores e respetivos fenómenos de corrosão mais comuns. Devem ser capazes de interpretar informação técnica de fabricantes, escolher adequadamente materiais a usar e dimensionar dispositivos utilizados em energia com rendimento otimizado.

Devem ainda desenvolver algumas competências transversais (“Soft skills”), tais como: capacidade de ordenar prioridades face a um problema técnico, capacidade de escolher e tomar decisões estruturadas, melhorar a comunicação oral e escrita.

Pretende também contribuir para um perfil do estudante mais interdisciplinar, melhorando a empregabilidade.

Caracterização geral

Código

10509

Créditos

6.0

Professor responsável

Anabela Monteiro Gonçalves Pronto

Horas

Semanais - 4

Totais - 58

Idioma de ensino

Português

Pré-requisitos

Aconselha-se vivamente a que:

  • Os alunos tenham completado na íntegra os três anos de licenciatura;
  • Os alunos tenham conhecimentos sólidos em Eletrotecnia.

Bibliografia

• Pronto, Gonçalves A., Análise de perdas em sistemas de energia que empregam materiais supercondutores de alta temperatura, Tese de Doutoramento, Ed. FCT, 2010. 
• Pronto, Gonçalves A., Diapositivos de Tecnologia de Materiais para a Energia, FCT, Caparica, 2021.
• Jones, Ian P., Materials Science for Electrical and Electronic Engineers, Oxford University Press, UK, 2001.
• Bolton, W., Electrical and Magnetic Properties of Materials, Longman Scientific & Technical, UK, 1992.
• Xavier Moya, David Muñoz-Rojas, Materials for Sustainable Energy Applications, Taylor & Francis Group, LLC, 2016.
• Christopher Rey, Superconductors in the Power Grid, Materials and Applications, Woodhead Publishing Series in Energy, Number 65, Elsevier Ltd, 2015.
• Hall, Matthew R., Materials for energy efficiency and thermal comfort in buildings, Woodhead Publishing Limited, 2010.

 

Método de ensino

A disciplina será leccionada em aulas teóricas e teórico-práticas tendo a colaboração, sempre que assim se entender, de especialistas em tópicos específicos do programa.

Método de avaliação

A avaliação na disciplina poderá ser feita por:

 a) 2 Minitestes (MT) + Trabalho de pesquisa (TP)

Class. Final (CF) = 0,70*Média MT+ 0,30*TP

 com Média MT >= 9,5 val   e  TP >= 9,5 val.

 b) Exame Final  (Ex) + Trabalho de pesquisa (TP)

  Classificação Final (CF) = 0,70*Ex + 0,30*TP

com Nota Ex. Final  >= 9,5 val.   e    TP >= 9,5 val.

Num caso ou noutro, o aluno/a aprovará à disciplina se e só se a sua classificação final for igual ou superior a 9,5 valores (escala 0 a 20).

Se necessário, o docente da UC poderá recorrer a uma prova oral para avaliação (ou reavaliação) de qualquer uma das componentes da disciplina.


Conteúdo

Parte 1 – Tecnologia dos Materiais Eléctricos

  1. Materiais condutores elétricos (princípio da condução elétrica, fatores que a influenciam, efeito pelicular e aplicações em energia com ênfase nos cabos elétricos)
  2. Materiais semicondutores (princípio da condução, tipos de materiais e tecnologia de produção de células fotovoltaicas)
  3. Materiais dielétricos
  • Materiais isolantes (noção de polarização elétrica, definição e cálculo de capacidades, ângulo de perdas do dielétrico, influência da temperatura e aplicações, nomeadamente cabos, linhas de transporte de energia e transformadores)
  • Materiais piezoelétricos (princípio de funcionamento e aplicações em energia)
  •  Materiais ferroelétricos

 Parte 2 – Tecnologia dos Materiais Magnéticos

  1. Origem do magnetismo
  2. Classificação dos materiais magnéticos. Tipos de magnetismo.
  3. Materiais ferromagnéticos macios para dispositivos de potência (curva de magnetização e ciclo de histerese, perdas magnéticas e fatores que as influenciam, critérios de seleção de materiais para dispositivos de potência).
  4. Materiais ferromagnéticos duros (magnetos permanentes) para dispositivos de potência (caracterização, classificação, processo de fabrico e dimensionamento de magnetos permanentes para máquinas elétricas).

Parte 3 – Novos Materiais em Energia

1. Tecnologia dos materiais supercondutores

    1. Introdução à supercondutividade
    2. Supercondutores dos tipos I e II
    3. Supercondutividade de alta temperatura
    4. Materiais supercondutores maciços e fitas 1G e 2G
    5. Modelização de supercondutores
    6. Aplicações de supercondutores em máquinas elétricas, transformadores, limitadores de corrente, armazenamento de energia e cabos elétricos.

2. Materiais de mudança de fase (PCM-phase change materials)

  • Composição, princípio de funcionamento e aplicações em energia/eficiência energética.

Parte 4 - Tecnologias de armazenamento de energia elétrica

  1. Baterias  
  2. Bombagem hídrica
  3. Pilhas de combustível
  4. Supercondensadores

Parte 5 – Corrosão em Sistemas de Energia

  1. Fundamentos de corrosão eletroquímica
  2. Principais tipos de corrosão em sistemas de energia. Análise de aerogeradores em regime offshore, torres de alta tensão, subestações terrestres e marítimas, transformadores, entre outros.
  3. Proteção de sistemas de energia contra a corrosão.

Cursos

Cursos onde a unidade curricular é leccionada: