DEPARTAMENTO DE ENGENHARIAS E CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO

Disciplina: Motores de Combustão e Sistemas de Potência

Código: 30-285

Carga Horária: 80h (Teórica: 60h) (Prática: 20h)

Créditos: 04

Pré-Requisito: 30-275

EMENTA

Turbinas a vapor e a gás: tipos, curvas características, rendimentos, aplicações, normas, medidas de segurança e manutenção. Centrais termoelétricas. Motores de combustão interna. Análise da influência das variáveis de operação e de projeto sobre as curvas de desempenho de um motor de combustão interna.

OBJETIVOS

A disciplina aborda os conceitos das máquinas térmicas, preparando o acadêmico para analisar, selecionar, dimensionar e determinar parâmetros de projeto de máquinas térmicas, a fim de desenvolver as seguintes competências gerais:

- Formular e conceber soluções de engenharia, analisando e compreendendo os usuários dessas soluções e seu contexto.

- Ser capaz de utilizar técnicas adequadas de observação, compreensão, registro e análise das necessidades dos usuários e de seus contextos ambientais e econômicos.

- Formular, de maneira ampla e sistêmica, questões de engenharia, considerando o usuário e seu contexto, concebendo soluções criativas, bem como o uso de técnicas adequadas.

- Analisar e compreender os fenômenos físicos por meio de modelos simbólicos e físicos, verificados e validados por experimentação.

- Ser capaz de modelar os fenômenos e sistemas físicos, utilizando ferramentas, computacionais e de simulação.

- Prever os resultados dos sistemas por meio dos modelos.

- Conceber experimentos que gerem resultados reais para o comportamento dos fenômenos e sistemas em estudo.

- Ser capaz de conceber e projetar soluções criativas, viáveis, técnica e economicamente, nos contextos que serão aplicadas.

- Projetar e determinar os parâmetros construtivos e operacionais para as soluções de engenharia.

- Comunicar-se eficazmente nas formas escrita, oral e gráfica.

- Ser capaz de expressar-se adequadamente, inclusive por meio de uso de tecnologias digitais de informação e comunicação.

- Ser capaz de assumir atitude investigativa e autônoma, com vistas à aprendizagem contínua.

Além das competências gerais, devem ser agregadas as seguintes competências específicas:

- Identificar formas e equipamentos que aumentem a eficiência dos ciclos de potência a vapor ou a gás e motores de combustão interna.

- Conhecer as características termodinâmicas do ar-combustível, ciclos da combustão, perdas de calor, e variáveis de projeto nos motores térmicos.

- Realizar projetos que envolvam a utilização de sistemas de potência a vapor ou a gás e motores de combustão interna.

CONTEÚDOS CURRICULARES

UNIDADE DE ENSINO 1 – CICLOS A VAPOR REAIS – TURBINAS A VAPOR

Combustíveis. Hidrocarbonetos. Teoria da combustão. Combustão completa da gasolina com ar atmosférico. Combustão da gasolina com excesso de ar atmosférico. Combustão da gasolina com falta de ar atmosférico. Razão ar-combustível (RAC). Razão combustível-ar (RCA). Poder calorífico do combustível. Poder calorífico superior (PCS). Poder calorífico inferior (PCI). Ciclos a vapor reais. Balanço energético do ciclo real. Caldeira. Tubulação para a turbina. Turbina ideal (isoentrópica). Turbina real. Energia útil. Condensador. Eficiência Efetiva do Ciclo Real. Eficiência termoelétrica. Consumo específico de vapor: Teórico e efetivo. Turbinas a Vapor: Introdução; Componentes básicos: Estator, Rotor, Expansor, Palhetas. Funcionamento. Análise de desempenho. Causas da queda de desempenho. Classificação de turbinas: Quanto ao número de estágios. Quanto à ação do vapor sobre as palhetas: Turbinas de ação ou impulsão: Estágio Rateau - Estágio de pressão e Estágio Curtis - Estágio de velocidade; Turbinas de reação - Estágio Parsons. Quanto à pressão do vapor. Quanto à direção de escoamento: Turbina axial, turbina radial e turbina tangencial. Quanto ao emprego: Turbina de contra pressão, turbina de contra pressão e extração, turbina de condensação, turbina de condensação com extração. Vantagens e desvantagens da turbina a vapor. Manutenção de turbinas a vapor: Diária, semanal, mensal e anual.

Atividade Prática 01: Realização de exercícios de fixação dos conteúdos trabalhados.

TDE 01 – Solução de um problema real de engenharia usando software de simulação.

UNIDADE DE ENSINO 2 – CICLOS A GÁS REAIS – TURBINAS A GÁS

Ciclo motor a gás. Turbina a gás. Ciclo de ar-padrão ideal Brayton. Relação de compressão do compressor. Rendimento na turbina e no compressor. Irreversibilidades e perdas nas turbinas a gás. Ciclo Brayton com regeneração. Rendimento do regenerador. Reaquecimento e inter-resfriamento. Ciclo Ericsson.

Atividade Prática 02: Realização de exercícios de fixação dos conteúdos trabalhados.

TDE 02 – Solução de um problema real de engenharia usando software de simulação.

UNIDADE DE ENSINO 3 – CICLOS A COMBUSTÃO INTERNA

Motores de combustão interna. 4 Fases: Admissão, Compressão, Expansão e Exaustão. Terminologia. Classificação. Princípio de funcionamento. Motores 2 tempos e Motores 4 tempos. Ciclos Padrão Ar. Ciclo Otto: Motor ignição por centelha. Efeito da relação de compressão no desempenho. Octanagem. Potência. Pressão Média Efetiva.

Atividade Prática 03: Realização de experimentos em laboratório para identificar o comportamento e as principais características de funcionamento dos motores a combustão interna para que o acadêmico seja capaz de conceber experimentos que gerem resultados reais para o comportamento dos fenômenos e sistemas em estudo. Aprendizado baseado em problema Objetivo: Cálculo de dimensionamento de um motor ciclo Otto. Nesta atividade o objetivo é o entendimento do problema relacionado ao ciclo em questão a fim de buscar o entendimento físico e prático do problema relacionado aos processos que envolvem este ciclo termodinâmico e a sua aplicação. Metodologia: No início da aula os alunos serão divididos em cinco grupos e sorteados motores para cada grupo. Cada grupo deverá desmontar o motor, realizar medições, lavar e lubrificar e montar novamente obedecendo a procedimentos de fábrica. Com os dados originais obtidos na pesquisa e com os dados obtidos nas medições, realizar os cálculos de dimensionamento do motor com as duas situações. Além dos cálculos, devem fazer registros escritos e fotográficos dos procedimentos realizados com passo a passo do trabalho prático. Ao final cada grupo terá que fazer um relatório sobre o motor, o qual deve conter informações sobre o tipo de motor, fabricante, ficha técnica, procedimentos de desmontagem/montagem, dimensões, relatos escritos e fotográficos de todo processo desmontagem/montagem e também todos os cálculos de dimensionamentos, comparando os resultados encontrados com os valores fornecidos pelos fabricantes do motor. O Professor Tutor acompanha as atividades práticas de laboratório e auxilia na solução de possíveis problemas e dúvidas, acompanhando a evolução das atividades, bem como o envolvimento dos membros do grupo.

TDE 03 – Elaboração de relatórios técnicos dos experimentos realizados em laboratório para que o acadêmico seja capaz de comunicar-se eficazmente nas formas escrita e gráfica.

METODOLOGIA

Visando desenvolver competências apresentadas, as aulas serão desenvolvidas de forma variada e terão como metodologias: a tradicional (expositivo-dialogadas com estudos dirigidos) e a ativa (sala de aula invertida, aprendizagem baseada em problema e projeto, estudo de caso). No intuito de desenvolver as competências inerentes à disciplina, poderão ser utilizados recursos de multimídia como projetores de imagem e vídeo, materiais concretos e softwares matemáticos, e a contextualização se dará através da resolução de problemas reais. Os acadêmicos desenvolverão os TDEs - Trabalhos Discente Efetivos no total de 10h, envolvendo resolução de exercícios e problemas com e sem auxílio de softwares matemáticos e trabalho interdisciplinar envolvendo a aplicação de conceitos físicos e matemáticos à área da engenharia.

AVALIAÇÃO

A avaliação da disciplina se propõe a verificar se as competências propostas neste plano de ensino foram desenvolvidas pelo acadêmico, por meio dos seguintes instrumentos de avaliação: provas escritas e TDEs, estes últimos valendo 20% da média parcial.

As avaliações serão realizadas ao longo do semestre e distribuídas uniformemente de acordo com o plano de ensino e serão organizadas como um reforço, em relação ao aprendizado e ao desenvolvimento das competências. Em aula antecedente a uma avaliação serão apresentadas orientações a respeito da sistemática a ser adotada e os conteúdos exigidos, bem como os critérios específicos da avaliação. No instrumento de avaliação haverá de forma explícita e por escrito quanto valerá cada questão.

BIBLIOGRAFIA BÁSICA

MORAN, Michael J.; SHAPIRO, Howard N.; BOETTNER, Daisie D.; BAILEY, Margaret B. Princípios de termodinâmica para engenharia. 7 ed. Rio de Janeiro: LTC, 2013.

MORAN, Michael J.;  SHAPIRO, Howard N.; MUNSON, Bruce R.; DEWITT, David P.; Silva, Carlos Alberto Biolquini da. (trad.). Introdução a engenharia de sistemas térmicos: termodinâmica, mecânica dos fluidos e transferência de calor. Rio de Janeiro: LTC, 2005.

BRUNETTI, Franco. Motores de combustão interna. Vol. 1 e 2. São Paulo: Blucher, 2012.

BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTAR

INCROPERA, Frank P. et al. Fundamentos de Transferência de calor e de massa. 6 ed. Rio de Janeiro: LTC, 2008.

PULKRABEK, Willard W. Engineering fundamentals of the internal combustion engine. 2.ed. New Jersey: Pearson, 2003.

VLASSOV, Dmitri. Combustíveis, combustão e câmaras de combustão. Curitiba: Universidade Federal do Paraná, 2001.

BISTAFA, Sylvio R. Acústica aplicada ao controle de ruído. São Paulo: Blucher, 2008.

SILVA, Edson da. Injeção eletrônica de motores diesel: EDC, PLD, UI e Commom Rail.  São Paulo:  Ensino Profissional, 2006.

CHOLLET, H. M. Curso prático e profissional para mecânicos de automóveis: o motor e seus acessórios. São Paulo: Hemus, 1981

NORMAS TECNICAS:

NBRISO6621-2 - Motores de combustão interna - Anéis de pistão - Parte 2: Princípios de medição para inspeção;

NBRISO6621-4 - Motores de combustão interna - Anéis de pistão - Parte 4: Especificações gerais.

DUBBEL, Heinrich; AUERSPERG, Agatha M; LIMA, Norberto de Paula(Trad.). Manual da construção de máquinas: (engenheiro mecanico). 13.ed. São Paulo: Hemus, 1974.

BOSCH, Robert. Manual de tecnologia automotiva. 25.ed. São Paulo: Edgard Blücher, 2005