Publicação em Diário da República: Despacho nº 1469/2007
5 ECTS; 3º Ano, 1º Semestre, 30,0 TP + 30,0 P + 3,0 OT , Cód. 912331.
Docente(s)
- Jorge Manuel Afonso Antunes (2)
- Flávio Rodrigues Fernandes Chaves (2)
(1) Docente Responsável
(2) Docente que lecciona
Pré-requisitos
Conceitos de termodinâmica, transmissão de calor, cinemática e química são a base para o sucesso na disciplina.
Objetivos
O aluno deve ter formação técnica adequada sobre o modo de funcionamento dos motores alternativos. Também sobre projeto e conceção de máquinas térmicas: parâmetros de dimensionamento, construção, desempenho e o seu impacto na produção de energia, emissão de poluentes, consumo de combustível, etc.
Programa
1. Sistemas e Ciclos Termodinâmicos (10 horas)
1.1. Ciclos de potência
1.2. Ciclos a vapor e combinados
1.3. Ciclos frigoríficos
2. Tipos de motores alternativos e sua operação (6 horas)
2.1. Classificação dos motores alternativos
2.2. Ciclos de operação dos motores
2.3. Componentes dos motores
2.4. Operação do motor de ignição por faísca; Exemplos
2.5. Operação do motor de ignição por compressão; Exemplos
2.6. Motores de carga estratificada
3. Atrito no motor e lubrificação (2 horas)
3.1. Considerações preliminares / definições
3.2. Fundamentos de atrito
3.3. Métodos de medida
3.4. Dados de atrito dos motores
3.5. Componentes dos motores sujeitos ao atrito: testes de accionamento do motor, bombagem, êmbolo, chumaceiras da cambota, trem das válvulas
3.6. Lubrificação: sistemas e requisitos
4. Refrigeração nos motores (2 horas)
4.1. Importância da refrigeração
4.2. Modos de transferência de calor
4.3. Sistemas de refrigeração
4.4. Medição das taxas instantâneas de transferência de calor
4.5. Carga térmica e temperatura dos componentes
5. Parâmetros de projecto e operação dos motores alternativos (12 horas)
5.1. Características importantes e propriedades geométricas dos motores alternativos
5.2. Binário e potência ao freio
5.3. Trabalho indicado por ciclo
5.4. Rendimento mecânico
5.5. Potência resistente de rolamento em estrada
5.6. Pressão média efectiva
5.7. Consumo específico e rendimento
5.8. Relações ar-combustível e combustível-ar
5.9. Rendimento volumétrico; Factores de correcção
5.10. Peso específico e volume específico de um motor
5.11. Emissões específicas e índices de emissões
5.12. Dados de projecto e desempenho de motores
6. Termoquímica das misturas ar-combustível (8 horas)
6.1. Caracterização das chamas
6.2. Modelo do gás ideal
6.3. Composição do ar e dos combustíveis
6.4. Combustão estequiométrica
6.5. 1ª lei da termodinâmica e a combustão: balanços energéticos, entalpias de formação, poderes caloríficos, processos de combustão adiabática e rendimento da combustão de um motor de combustão interna
6.6. 2ª lei da termodinâmica aplicada à combustão: entropia, trabalho e rendimento máximo para um motor de combustão interna
6.7. Misturas de gases quimicamente reactivas: equilíbrio químico e taxas de reacção química
7. Propriedades dos fluidos de trabalho (4 horas)
7.1. Introdução
7.2. Composição da mistura não queimada
7.3. Relações das propriedades do gás
7.4. Modelo analítico simples de gás ideal
7.5. Cartas termodinâmicas e tabelas de propriedades e composição
7.6. Composição dos gases de escape: concentração das espécies químicas, riqueza da mistura e efeitos da não uniformidade na mistura ar-combustível
8. Modelos ideais dos ciclos do motor (4 horas)
8.1. Introdução
8.2. Modelos ideais e relações termodinâmicas dos processos do motor
8.3. Análise de ciclos com gás ideal como fluido de trabalho, com cv e cp constantes: a volume constante, pressão limitada e pressão constante e comparação dos ciclos
8.4. Análise de ciclos ar-combustível: simulação de ciclos de motores de ignição por faísca, de ignição por compressão e resultados do cálculo de ciclos
8.5. Ciclos sobrexpandidos de motores
8.6. Análise energética de processos de motores
8.7. Comparação com ciclos de motores reais
9. Processos de troca de gás (2 horas)
9.1. 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: batimento e ignição superficial
9.2. 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
10. Formação e controlo de poluentes (4 horas)
10.1. Natureza e extensão do problema
10.2. 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
10.3. Monóxido de carbono
10.4. Emissões de hidrocarbonetos não queimados: extinção de chama e fundamentos de oxidação
10.5. 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, adsorção e condensação
11. Características de operação dos motores (6 horas)
11.1. Parâmetros de desempenho dos motores
11.2. Pressão média efectiva indicada e ao freio
11.3. Variáveis de operação que influenciam o desempenho, rendimento e emissões de motores de ignição por faísca: instante de ignição, composição da mistura, carga e velocidade, relação de compressão
11.4. Projecto da câmara de combustão de motores de ignição por faísca: objectivos e opções de projecto, factores que controlam a combustão e o desempenho, requisito da câmara em índice de octano, estratégia de optimização da câmara
11.5. Variáveis de operação que influenciam o desempenho, rendimento e emissões de motores de ignição por compressão: carga e velocidade, parâmetros de injecção do combustível, projecto de câmaras de combustão dos tipos: com rotação do ar admitido e de taça no êmbolo
11.6. 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
11.7. Sumário de desempenho do motor
Metodologia de avaliação
Prova escrita
Bibliografia
- Coelho, P. e Costa, M. (2007). Conbustão. : Edições Orion
- Heywood, J. (2014). Internal Combustion Engine Fundamentals. : McGraw-Hill
Método de Ensino
Aulas teórico-práticas onde se descrevem os princípios base. São resolvidos exercícios como forma de consolidação da matéria, os quais têm essencialmente carácter real, "levando" os alunos a reflectir sobre cada resultado obtido.
Software utilizado nas aulas
N/A
