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Tecnologias Energéticas e Fluidos
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Opção II
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Natureza Colectiva (NC)
Orientação Tutorial (OT)
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Responsável
Maurício Baptista Carlos
Equip. a Professor Adjunto
Teórico-Práticas
Maurício Baptista Carlos
Equip. a Professor Adjunto
Prático-Laboratorial
Maurício Baptista Carlos
Equip. a Professor Adjunto
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A disciplina de Máquinas Térmicas pretende transmitir aos futuros engenheiros formação técnica
adequada sobre o modo de funcionamento dos motores alternativos, dando especial atenção aos
motores Diesel e de explosão.
Ao longo da disciplina serão focados temas inerentes ao projecto e concepção de máquinas térmicas:
parâmetros de dimensionamento, construção, desempenho e o seu impacto na produção de energia,
emissão de poluentes, consumo de combustível, etc..
É também objectivo dotar os alunos de conhecimentos teóricos que lhe permitam abordar os
mecanismos envolvidos nas transformações energéticas em que, particularmente, esteja envolvido
trabalho ou seja, motores de combustão externa e de combustão interna, máquinas alternativas e
rotativas (turbomáquinas).
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ão(6h - NC)
1.1. Classificação dos motores alternativos; Ciclos de Operação; Componentes;
1.2. Operação de motores de Ignição por Faísca e por Compressão; Exemplos;
1.3. Motores de carga estratificada.
2. At
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ão(2h - NC)
2.1. Considerações preliminares / definições
2.2. Fundamentos de atrito; Métodos de medida; Dados de atrito nos motores;
2.3. Componentes dos motores sujeitos ao atrito;
2.4. Lubrificação: sistemas e requisitos.
Ficha de OPÇÃO I
I–MÁQUI
NASTÉRMI
CAS1/4
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3. Ref
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s(2h - NC)
3.1. Importância da refrigeração; Métodos de transferência de calor e sistemas;
3.2. Medição das taxas instantâneas de transferência de calor;
3.3. Carga térmica e temperatura dos componentes.
4. Par
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os(6h - NC)
4.1. Características importantes e propriedades geométricas dos motores alternativos
4.2. Binário; Potência ao freio; Trabalho indicado por ciclo;
4.3. Rendimento mecânico; Potência resistente de rolamento; Pressão média efectiva;
4.4. Consumo específico e rendimento; Relações ar-combustível e combustível-ar;
4.5. Rendimento volumétrico; Factores de correcção; Peso e volume específico dum motor;
4.6. Emissões específicas e índices de emissões;
4.7. Dados de projecto e desempenho de motores.
5. Ter
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(6h - NC)
5.1. Caracterização das chamas; Modelo do gás ideal;
5.2. Composição do ar e dos combustíveis; Combustão estequiométrica;
5.3. 1ª lei da termodinâmica e a combustão: balanços energéticos, entalpias de formação, poderes
caloríficos, processos de combustão adiabática;
5.4. 2ª lei da termodinâmica aplicada à combustão: entropia, trabalho e rendimento máximo para um
motor de combustão interna;
5.5. Misturas de gases quimicamente reactivos; Equilíbrio químico.
6. Pr
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ão(4h - NC)
6.1. Composição da mistura não queimada;
6.2. Relações das propriedades do gás; Modelo analítico simples de gás ideal;
6.3. Cartas termodinâmicas e tabelas de propriedades e composição;
6.4. Composição dos gases de escape: concentração das espécies químicas, riqueza da mistura e
efeitos da não uniformidade na mistura ar-combustível.
7. Model
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ão(6h - NC)
7.1. Modelos ideais e relações termodinâmicas dos processos do motor;
7.2. Análise de ciclos com gás ideal como fluido de trabalho, com c
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pconstantes: a volume
constante, pressão limitada e pressão constante e comparação dos ciclos;
7.3. Análise de ciclos ar-combustível: simulação de ciclos de motores de ignição por faísca, de
ignição por compressão e resultados do cálculo de ciclos;
7.4. Ciclos sobreexpandidos de motores;
7.5. Análise exergética de processos. Comparação com ciclos de motores reais;
7.6. Ciclo de Br
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adegás(2h - NC)
8.1. Combustão nos motores de ignição por faísca: análise termodinâmica, estrutura e velocidade de
chama, variações cíclicas na combustão, queima parcial e falhas de ignição, fundamentos de
ignição, sistemas de ignição convencionais, abordagens alternativas para a ignição, combustão
anormal;
8.2. Combustão nos motores de ignição por compressão: tipos de sistemas de combustão Diesel,
modelo fenomenológico, análise dos dados de pressão no cilindro, comportamento dos sprays de
combustível, atraso de ignição, combustão controlada por processos de mistura.
9. For
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s(6h - NC)
9.1. Natureza e extensão do problema;
9.2. Óxidos de azoto: cinética de formação do NO, formação de NO2, formação de NO em motores
de ignição por faísca e formação de NOX em motores de ignição por compressão;
9.3. Monóxido de carbono;
9.4. Emissões de hidrocarbonetos não queimados: extinção de chama e fundamentos de oxidação;
9.5. Emissões de partículas: partículas em motores de ignição por faísca, características de
partículas em motores Diesel, distribuição das partículas dentro do cilindro, fundamentos de
formação de fuligem.
10. Car
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10.1. Parâmetros de desempenho dos motores; Pressão média efectiva;
10.2. Variáveis de operação que influenciam o desempenho, rendimento e emissões de motores de
Ficha de OPÇÃO I
I–MÁQUI
NASTÉRMI
CAS2/4
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ignição por faísca;
10.3. Projecto da câmara de combustão de motores de ignição por faísca: objectivos e opções de
projecto, factores que controlam a combustão e o desempenho;
10.4. Variáveis de operação que influenciam o desempenho, rendimento e emissões de motores de
ignição por compressão;
10.5. Desempenho de motores sobrealimentados e turboalimentados: motores do ciclo de 4 tempos
de ignição por faísca e ignição por compressão, motores do ciclo de 2 tempos de ignição por faísca
e ignição por compressão;
10.6. Sumário de desempenho do motor.
11. Si
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11.1. Ciclos de potência;
11.2. Ciclos a vapor e combinados;
11.3. Ciclos frigoríficos
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• Sebenta de Máquinas Térmicas (a fornecer pelo professor)
• Heywood, John B.; Internal Combustion Engine Fundamentals; McGraw-Hill;
• Lopes, José Miguel; Motores de Combustão Interna – uma abordagem
termodinâmica; Apontamentos teóricos;
• ASHRAE HANDBOOK; American Society of Heating, Refrigerating and AirConditioning Engineers, Inc.
• Çengel, Yunus A. e Boles, Michael A.; Termodinâmica; McGraw Hill;
• Moran, M. J., Shapiro, H. N., Fundamentals of Engineering Thermodynamics (SI
Version), (Third edition), Wiley (1998)
• Giacosa, Dante; Motores Endotérmicos; Editorial Científico-Médica.
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Avaliação Contínua
---Avaliação Periódica ---Avaliação Final
Prova escrita e trabalho teórico-prático
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A avaliação de conhecimentos desta disciplina está dividida em duas partes distintas, as quais
contribuirão para a classificação final na disciplina:
1.Será realizada 1 (uma) prova escrita (NPE) para avaliação de conhecimentos (na data
prevista para frequências).
A prova escrita poderá ser dividida em duas componentes [teórica (PT) e teórico-prática
(PTP)], resultando em peso idêntico no resultado da avaliação escrita, cujo valor não
poderá ser inferior a 7,5 valores (numa escala de 0 a 20 valores). Os alunos que não
obtiverem nota mínima terão a oportunidade de serem avaliados numa prova de avaliação
final (exame). Igual critério se aplicará para a época de recurso.
NPE=0,
5
xPT+0,
5xPTP c
om,NPE≥7,
5
Ficha de OPÇÃO I
I–MÁQUI
NASTÉRMI
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2.Realização de um trabalho prático (NTr
ab), com elaboração de relatório final e
apresentação oral.
A nota final (NF) de avaliação de conhecimentos na disciplina será calculada de acordo com
o seguinte critério:
Prova escrita (NPE) – 75%
Trabalho (Nt
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ab) – 25%
NF=0,
75xNPE+0,
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Será usada uma escala percentual de zero a cem, e depois convertida para o sistema adoptado
pela Escola.
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Os trabalhos práticos a realizar pelos alunos serão de livre escolha dentro dos temas
seguintes, e poderão ser realizador individualmente, ou, no máximo por grupos de 2 alunos
(não serão permitidas 2 escolhas iguais, com excepção dos grupos pré-definidos):
I. Projecto preliminar de concepção de um motor de arranque a Ar Comprimido para um
grupo diesel de 500 CV (incluir estudo do volante, acoplamento e desacoplamento
automático e autonomia em tempo de arranque);
II. Motor Diesel vs Gasolina vs GPL. Diferenças na concepção, vantagens e desvantagens.
Comparação de potências, binários, consumos e emissões gasosas;
III. Injecção Diesel e Gasolina. Diferenças na concepção. Vantagens e desvantagens dos
sistemas;
IV. Caracterização completa do sistema de distribuição de um motor térmico;
V. Projecto preliminar de um motor de ciclo de 4 Tempos e ignição por compressão de 115 CV.
Inclui o projecto da câmara de combustão, diagramas de distribuição, colectores de admissão e
escape, sistema de injecção, entre outros;
VI. Pesquisa e apresentação do sistema c
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l(aplicação, desenvolvimento, vantagens, etc.);
VII. Análise à sobrealimentação de um motor de 4 Tempos com ignição por faísca (à escolha),
incluindo a justificação termodinâmica, variações climáticas, hipóteses de sobrealimentação e
sistemas, acoplamentos, etc.;
VIII. Modelização em EXCEL do ciclo de funcionamento de um motor de ciclo a 2 Tempos e
ignição por faísca com pré-compressão no cárter (o programa deverá ter em conta as perdas de
calor, perdas de carga nos colectores e atritos desenvolvidos);
IX. Modelização em EXCEL do ciclo de funcionamento de um motor de ciclo a 4 Tempos e
ignição por faísca (o programa deverá ter em conta as perdas de calor, perdas de carga nos
colectores e atritos desenvolvidos);
X. Proposta de qualquer outro tema, com o acordo do Professor.
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a:os trabalhos deverão ser entregues até ao dia 19/12/2008
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Sexta Feira
18:00 às 19:00
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