Turbomáquinas nas Energias Renováveis
Objetivos
Os objectivos principais desta unidade curricular são: dar a conhecer os diferentes tipos de turbomáquinas, os seus princípios de funcionamento e as suas aplicações enquanto atuadores primários nas instalações de produção de energia a partir de IGNOREes renováveis. Nesta unidade curricular pretende-se que o estudante adquira conhecimentos, aptidões e competências que lhe permitam:
- Compreender a aplicação dos princípios fundamentais da termodinâmica e da mecânica dos fluidos na determinação das características de funcionamento das diferentes turbomáquinas.
- Ser capaz de identificar e avaliar as instalações hidráulicas, eólicas e térmicas, relacionando o seu funcionamento com o desempenho e a eficiência das turbomáquinas utilizadas na geração de energia.
- Conhecer e aplicar os critérios de seleção, dimensionamento e funcionamento das turbomáquinas enquanto atuadores primários em instalações de produção de energia a partir de IGNOREes renováveis.
Caracterização geral
Código
13509
Créditos
6.0
Professor responsável
Luís Miguel Chagas da Costa Gil, Moisés Gonçalves de Brito
Horas
Semanais - 4
Totais - 70
Idioma de ensino
Português
Pré-requisitos
Princípios básicos de Termodinâmica e de Mecânica dos Fluidos
Bibliografia
Moran, M. J. and Shapiro, H. N. (2010). Fundamentals of Engineering Thermodynamics.
Andrews, J. and Jelley, N. (2007). Energy Science, principles, technologies, and impacts.
White, F. M. (2011). Fluid Mechanics.
Dixon, S. L. and Hall, C. A. (2014). Fluid Mechanics and Thermodynamics of Turbomachinery.
Dick, E. (2015). Fundamentals of Turbomachines.
Método de ensino
Aulas teóricas e práticas.
Trabalhos laboratoriais.
Método de avaliação
A avaliação consta de três partes: a avaliação por provas escritas, a avaliação laboratorial e um mini-projecto.
1.1. Avaliação das Provas Escritas
Esta parte da avaliação será feita por 2 testes ao longo do semestre ou por 1 exame final. As provas escritas são realizadas sem consulta. Os testes são constituídos por: i) uma parte teórica, ii) uma parte teórica de desenvolvimento/demonstração e, iii) uma parte prática/problemas. Juntamente com o enunciado serão disponibilizados formulários e tabelas necessários.
1.2. Avaliação Laboratorial
A avaliação laboratorial será feita através da realização de ensaios laboratoriais, a discussão e análise dos resultados obtidos. A não realização do trabalho laboratorial corresponde uma nota de zero valor.
1.3. Mini-Projecto
O mini-projecto tem como principal objectivo avaliar a capacidade de dimensionadar e/ou escolher uma turbomáquina para um problema concreto de engenharia. A não realização do mini-projecto corresponde uma nota de zero valor.
Nota Final
O cálculo da nota final é a seguinte média ponderada:
Nota final = 0,7 x (Média dos testes) + 0,15 x (Avaliação Laboratorial) + 0,15 x (Mini-Projecto)
Na avaliação em época especial a nota final será igual à nota da avaliação obtida na prova escrita, i.e., as componentes de avaliação laboratorial e do mini-projecto não serão contabilizadas.
Conteúdo
1 Introdução
1.1 Definição, classificação e domínio de aplicação das turbomáquinas
2 Princípios básicos de Termodinâmica e de Mecânica dos Fluidos
2.1 Propriedades termodinâmicas dos fluidos
2.2 Equações que governam o escoamento de fluidos: conservação de massa, quantidade de movimento, energia
2.3 Aplicações da conservação de energia: equação de Euler, equação de Bernoulli
2.4 Escoamento em torno de perfis: forças de sustentação e de arrasto
3 Hidroelétrica e energia das ondas
3.1 Hidroelétrica
3.1.1 Exemplos de barragens hidroelétricas
3.1.2 Turbinas hidráulicas: princípio de funcionamento, triângulos de velocidade, aplicação de equações governantes, eficiência
3.1.3 Análise dimensional de turbomáquinas: velocidade específica, diâmetro específico e diagrama de Cordier
3.2 Energia das marés
3.2.1 Como funciona a energia das marés
3.2.2 Esquemas de geração de energia das marés
3.3 Energia das ondas
3.3.1 Energia das ondas do oceano
3.3.2 Conceitos de conversores de energia das ondas
4 Energia eólica
4.1 Introdução
4.2 Cálculo de energia e potência do vento
4.3 Eficiência aerodinâmica: limite de Betz
4.4 Turbinas eólicas
4.5 Conceitos gerais e principais componentes
4.6 Exemplos de turbinas eólicas comerciais
5 Energia térmica
5.1 Propriedades térmicas do vapor e do gás
5.2 Ciclo de Rankine para centrais térmicas: turbinas a vapor
5.3 Ciclo de Brayton: turbinas a gás
5.4 Ciclos combinados