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DEPARTAMENTO DE ENGENHARIAS E CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO Disciplina: Caldeiras e Vasos de Pressão Código: 30-294 Carga Horária: 80h (Teórica: 60h) (Prática: 20h) Créditos: 04 Pré-Requisito: 30-281
EMENTA O ciclo de potência Rankine. Geradores de vapor de água e seus principais equipamentos. Combustíveis e combustão. Inspeção de caldeiras. Projeto de uma planta de potência a vapor Rankine. Auditoria energética em geradores de vapor. Vasos de pressão: projeto, avaliação, instalação, manutenção e inspeção. Impactos ambientais.
OBJETIVOS A disciplina visa desenvolver habilidades para aplicação dos conceitos de mecânica dos fluidos, termodinâmica e transferência de calor, bem como normas técnicas específicas, na elaboração de projetos de sistemas de potência Rankine e dimensionamento de vasos de pressão, a fim de capacitar o egresso nesta área de atuação do Engenheiro Mecânico. Buscando-se atender estas competências alguns objetivos específicos são delineados: - Interpretar normas técnicas correlatas e aplicá-las em projetos de Engenharia; - Aplicar a metodologia específica a avaliação de ciclos de potência Rankine; - Conceber, projetar e analisar os sistemas, componentes ou processos de um gerador de vapor. - Treinar e orientar a inspeção de segurança em geradores de vapor. - Projetar e determinar os parâmetros construtivos relacionados aos principais equipamentos que compõe um ciclo de potência Rankine no que se refere ao aproveitamento do calor; - Conceber, projetar e analisar os componentes de vasos de pressão; - Comunicar-se de forma escrita, oral e gráfica através da elaboração de relatórios técnicos de engenharia e sua apresentação; - Trabalhar e liderar projetos e equipes multidisciplinares; - Gerenciar projetos e liderar, de forma proativa e colaborativa, definindo estratégias e construindo o consenso nos grupos; - Aprender de forma autônoma e lidar com situações e contextos complexos.
CONTEÚDOS CURRICULARES UNIDADE DE ENSINO 01 – CICLO RANKINE Esta unidade visa apresentar e avaliar o ciclo Rankine e suas principais variações, a fim de fazer a ligação dos conceitos termodinâmicos já estudados com a área de geração de vapor em plantas de potência, desenvolvendo as competências para a análise de ciclos Rankine.
Atividade prática 01: Realização de exercícios de fixação dos conteúdos trabalhados.
TDE 01 – Implementação de um ciclo de potência Rankine real completo no software de análise integral, desenvolvendo competência para utilizar ferramentas de simulação na avaliação de ciclos térmicos.
UNIDADE DE ENSINO 02 – CONCEITOS INICIAIS SOBRE GERAÇÃO DE VAPOR Esta unidade visa apresentar os principais conceitos e generalidades, bem como as normas técnicas específicas, para geração de vapor com as principais definições e generalidades, desenvolvendo competência para a interpretação dos elementos relacionados às plantas de geração de vapor.
Atividade prática 02: Realização de um seminário trazendo e socializando informações sobre a área geração de vapor, desenvolvendo competência de análise e síntese das principais informações para realização de um seminário introdutório aos conteúdos da disciplina.
TDE 02 – Elaboração uma apresentação conjunta da turma trazendo as principais informações sobre a área geração de vapor.
UNIDADE DE ENSINO 03 – GERADORES DE VAPOR Esta unidade visa apresentar os principais tipos de geradores de vapor e seus principais equipamentos: fornalha, tubulão separador, superaquecedores e reaquecedores, economizadores, pré-aquecedores de ar, sistemas de combustão, desenvolvendo competência para análises de geradores de vapor e seus equipamentos.
UNIDADE DE ENSINO 03 – COMBUSTÍVEIS E COMBUSTÃO Esta unidade visa trabalhar os conceitos de combustão a partir dos diferentes tipos e combustíveis e suas propriedades, desenvolvendo competência para avaliação do processo de combustão e seus efeitos na geração de vapor.
Atividade prática 03: Realização de exercícios de fixação dos conteúdos trabalhados.
UNIDADE DE ENSINO 04 – SIMULAÇÃO DO PROCESSO DE QUEIMA EM GERADORES DE VAPOR Esta unidade visa fazer uma introdução aos softwares de simulação numérica em volumes finitos com a sua aplicação do processo de combustão na fornalha de um gerador de vapor, desenvolvendo competência básicas para a utilização de ferramentas computacionais na avaliação do processo de combustão e transferência de calor em fornalhas de geradores de vapor. Atividade prática 04: Realização da implementação de modelos de combustão no software de volumes finitos, como o Ansys CFX ou Fluent, para avaliação de um processo de combustão, envolvendo a geração e avaliação da malha computacional, setup do problema e análise dos resultados.
TDE 02 – Elaboração artigo apresentando os modelos, setup da solução e avaliação dos resultados obtidos com a simulação do processo de combustão, desenvolvendo competência para a aplicação de simulações computacionais na avaliação do processo de combustão e transferência de calor em fornalhas de geradores de vapor.
UNIDADE DE ENSINO 05 – PROJETO DE PLANTA POTÊNCIA RANKINE Está unidade de ensino visa desenvolver o projeto uma planta potência Rankine considerando seus principais equipamentos no que se refere ao aproveitamento do calor, capacitando o acadêmico para atuar, conceber e projetar plantas de potência a vapor.
TDE 03 – Elaboração de um projeto completo uma planta potência Rankine considerando seus principais equipamentos no que se refere ao aproveitamento do calor, desenvolvendo competências para conceber, projetar e analisar os sistemas, componentes ou processos relacionados a uma planta de potência Rankine, considerando-se além dos aspectos correlatos a produção do vapor, também a sua aplicação em ciclos regenerativos, e demais instalações industriais, bem como projetar e determinar os parâmetros construtivos relacionados aos principais equipamentos do ciclo e comunicar-se de forma escrita, oral e gráfica através da elaboração de relatórios técnicos de engenharia e sua apresentação. Além disto, também trabalhar e liderar projetos e equipes multidisciplinares gerenciar projetos de forma proativa e colaborativa.
UNIDADE DE ENSINO 06 – AUDITORIA ENERGÉTICA EM GERADORES DE VAPOR Esta unidade visa apresentar e trabalhar metodologia para avaliação do desempenho de geradores de vapor pelos métodos direto e indireto, desenvolvendo competência para realizar auditorias energéticas em geradores de vapor.
Atividade prática 05: Realização de exercícios de fixação dos conteúdos trabalhados.
UNIDADE DE ENSINO 07 – VASOS DE PRESSÃO Esta unidade visa apresentar e trabalhar os conceitos para o projeto, avaliação, instalação, manutenção e inspeção de vasos de pressão, capacitando o acadêmico para avaliar, conceber e projetar vasos de pressão.
Atividade prática 06: Realização de exercícios de fixação dos conteúdos trabalhados.
UNIDADE DE ENSINO 08 – INSPEÇÃO EM CALDEIRAS Esta unidade visa apresentar e trabalhar na aplicação da NR13 (PORTARIA N.º 1.082, DE 18 DE DEZEMBRO DE 2018) em caldeiras e vasos de pressão, capacitando o acadêmico para a interpretação das normas regulamentadoras sobre caldeiras e vasos de pressão, bem como desenvolver competências para a realização de inspeção nestes equipamentos.
Atividade prática 07: Realização de exercícios de fixação dos conteúdos trabalhados.
METODOLOGIA Visando desenvolver competências apresentadas, as aulas são desenvolvidas de forma variada e tem como metodologias: a tradicional (expositivo-dialogadas com estudos dirigidos), a ativa e a sócio-interacionista. No intuito de desenvolver as competências inerentes à disciplina, podem 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 alunos desenvolverão Trabalhos Discente Efetivos no total de 20h, envolvendo resolução de exercícios e problemas reais com e sem auxílio de softwares específicos envolvendo a aplicação dos conceitos trabalhados à área de ventilação e climatização, bem como a elaboração de um projeto completo de uma planta potência Rankineconsiderando seus principais equipamentos no que se refere ao aproveitamento do calor.
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, projetos e Trabalhos Discentes Efetivos, 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. Numa aula que antecede uma avaliação serão dadas 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 BAZZO, E..Geração de vapor. Editora da UFSC, 1995 PERA, H..Geradores de vapor de água. EPUSP, 1966. TELLES, P.C. S. Vasos de pressão. 2.ed. Rio de janeiro: LTC, 1996.
BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTAR KAKAÇ, S.; LIU, H..Heat exchangers, rating, and thermal design. CRC Press, Boca Raton, 1988. EUSTIS J. E.. (et al.). Steam its generation and use. 36.ed. New York: Babcock & Wilcox, 2007. STOECKER, W. F. Design of thermal systems. New York, McGraw-Hill, 1971. VLASSOV, D. Combustíveis, combustão e câmaras de combustão. Curitiba: Universidade Federal do Paraná, 2001. BAUKAL, C E. (Et al.). Computational fluid dynamics in industrial combustion. United States: CRC Press, 2001.
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