1 sistemas hidráulicos e térmicos - 1 2015
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Curso de Engenharia Elétrica 1/47
Sistemas Hidráulicos e Térmicos
Parte 1 – Plano de Ensino e Enfoque
da Disciplina
José Wagner Maciel Kaehler
Professor Dr. Eng.
[email protected] [email protected]
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PAMPA
CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
Curso de Engenharia Elétrica 2/47
Plano de Ensino
Disciplina: Sistemas Hidráulicos e Térmicos Código: AL0056
Dados de Identificação
Campus: Alegrete Curso: Engenharia Elétrica
Componente Curricular: Sistemas Hidráulicos e Térmicos Código: AL0056
Pré-requisito(s): Física II
Docente: José Wagner Maciel Kaehler Turma(s): T30
Ano Letivo / Semestre: Turno: Tarde
Carga Horária: 60 Créditos Teóricos: 30 Créditos Práticos: 30
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Plano de Ensino
II – OBJETIVO(S)
Geral:
Projetar sistemas de geração de energia elétrica, baseados em
fontes renováveis e não renováveis de energia.
Específico:
Compreender e aplicar os princípios da Hidro e da
Termodinâmica em engenharia.
Calcular o rendimento dos ciclos térmicos e aproveitamentos
hidrelétricos.
Dimensionar as turbinas térmicas e hidráulicas.
Promover e incentivar a busca do conhecimento técnico-
científico.
Contribuir na formação crítica, ética, autônoma, reflexiva dos
alunos, bem como do seu papel social e transformador.
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Plano de Ensino
III – Ementa
Princípios de Hidráulica; Máquinas Hidráulicas:
Bombas e Turbinas; Potências e Rendimentos em
Aproveitamentos Hidrelétricos; Componentes e
Características das Centrais Hidrelétricas;
Condutos Forçados: Golpe de Aríete; Turbinas
Hidráulicas: de Reação (Francis, Kaplan) e de
Ação (Pelton); Rotação Específica. Altura de
Sucção de Máquinas Hidráulicas: Cavitação;
Escolha do Tipo de Máquina Hidráulica; Projeto.
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Plano de Ensino
III – Ementa
Fundamentos Básicos de Termodinâmica: definições e
conceitos; Sistemas Termodinâmicos e Volume de
Controle; Fases, Estados e Propriedades Intensivas e
Extensivas; Lei Zero da Termodinâmica: Igualdade de
Temperatura; Processo e Ciclos; Comportamento P.V.T; 1º
Princípio da Termodinâmica para um Sistema Fechado;
Energia Cinética, Potencial e Interna; 1º Princípio da
Termodinâmica para um Volume de Controle; Entalpia;
Enunciados do 2º Princípio da Termodinâmica;
Reversibilidade e Irreversibilidade; Entropia
Ciclos das Máquinas Térmicas; Rendimentos Térmicos.
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Curso: CURSO DE ENGENHARIA ELETRICA ( ALEE )
Disciplina: SISTEMAS HIDRAULICOS E TERMICOS ( AL0056 )
Período: 1. Semestre / 2015
Turma: 30 Carga horária:
Data N. aulas Conteúdo Programático
1 12/mar 2 Apresentação da ementa; Discussão do desenvolvimento da disciplina
2 16/mar 2 Fundamentos e Princípios de Hidráulica: Hidrostática; Exercícios.
3 19/mar 2 CALOURADA
4 23/mar 2 Máquinas Hidráulicas: Bombas e Turbinas
5 26/mar 2 Máquinas Hidráulicas: Bombas
6 30/mar 2 Máquinas Hidráulicas: Bombas - Exercícios
7 02/abr 2 Máquinas Hidráulicas: Turbinas
8 06/abr 2 Máquinas Hidráulicas: Turbinas - Exercícios
9 09/abr 2 Máquinas Hidráulicas: Turbinas - Exercícios
10 13/abr 2 Máquinas Hidráulicas: Cavitação e Seleção de Equipamentos
11 16/abr 2 Turbinas Hidráulicas: Especificação e Seleção de Equipamentos
12 20/abr 2 Turbinas Hidráulicas: Especificação e Seleção de Equipamentos - Exercícios
13 23/abr 2 Turbinas Hidráulicas: Especificação e Seleção de Equipamentos - Exercícios
14 27/abr 2 Turbinas Hidráulicas: Especificação e Seleção de Equipamentos - Exercício Anteprojeto de Turbinas
15 30/abr 2 Exercícios Práticos de Turbinas: Francis e Pelton
16 04/mai 2 Rotação Específica: Escolha do Tipo de Máquinas Elétricas
17 07/mai 2 Produção de Hidreletricidade
18 11/mai 2 Componentes de Uma Usina Hidrelétrica
19 14/mai 2 Conformação Hidrelétrica
20 18/mai 2 1a. Avaliação Escrita
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Curso: CURSO DE ENGENHARIA ELETRICA ( ALEE )
Disciplina: SISTEMAS HIDRAULICOS E TERMICOS ( AL0056 )
Período: 1. Semestre / 2015
Turma: 30 Carga horária:
Data N. aulas Conteúdo Programático
21 21/mai 2 Fundamentos Básicos de Termodinâmica: Definições e Conceitos
22 25/mai 2 Sistemas Termodinâmicos e Volume de Controle: Fases, Estados e Propriedades Intensivas e Extensivas
23 28/mai 2Lei zero da Termodinâmica: Igualdade de Temperatura, Processos e Ciclos de Performance PVTPrimeiro
Princípio da Termodinâmica; Reversibilidade e Irreversibilidade; Entropia
24 01/jun 2 Lei zero da Termodinâmica: Primeiro Princípio da Termodinâmica; Reversibilidade e Irreversibilidade; Entropia
25 08/jun 2 Semana Acadêmica: Palestras Específicas
26 11/jun 2 Semana Acadêmica: Palestras Específicas
27 15/jun 2 Ciclo de Máquinas Térmicas; Rendimentos
28 18/jun 2 Ciclo de Máquinas Térmicas: OTTO e DIESEL; Exercícios
29 22/jun 2 Ciclo de Máquinas Térmicas: RANKINE; Exercícios
30 25/jun 2 Ciclo de Máquinas Térmicas: BRAYTON; Exercícios
31 29/jun 2 Ciclo de Máquinas Térmicas: Exercícios
32 02/jun 2 Ciclo de Máquinas Térmicas: Exercícios
33 06/jul 2 2ª. Prova Escrita
34 09/jul 2 Visitas à Usinas da TRACTEBEL e CAAL Alegrete
35 13/jul 2 Outros Tipos de Centrais Térmicas: Exercícios
36 16-jul 2 Prova de Recuperação
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Plano de Ensino
V – METODOLOGIA
Estratégias:
Aulas expositivas e dialogadas com ênfase na
compreensão e visualização dos conceitos,
construção e interpretação dos resultados.
Aulas práticas em laboratório e simulações.
Trabalhos em grupo.
Seminários e discussões.
Visitas técnicas.
Leituras complementares.
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Plano de Ensino
V – METODOLOGIA
Recursos:
Quadro branco e recursos de multimídia.
Laboratório de Hidráulica
Laboratório de informática: Computadores e
softwares específicos.
Plano de ensino, material didático, listas de
exercícios, roteiros de laboratório e materiais
complementares disponíveis no Moodle,
(http://www.cta.unipampa.edu.br/moodle/).
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Plano de Ensino
VI – AVALIAÇÃO – PROCEDIMENTOS E CRITÉRIOS
A nota será composta pela média ponderada de
duas avaliações escritas individuais sem consulta
e a nota dos relatórios, conforme segue:
N = 0,4.NA1 + 0,4.NA2 + 0,2.NT
Onde:
N: nota [0 a 10];
NA1: nota da primeira avaliação escrita [0 a 10];
NA2: nota da segunda avaliação escrita [0 a 10];
NT: nota do trabalho de centrais elétricas [0 a 10].
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Plano de Ensino VI – AVALIAÇÃO – PROCEDIMENTOS E CRITÉRIOS
O aluno estará aprovado se atender simultaneamente os seguintes
critérios:
nota maior ou igual a 6,0;
no mínimo 75% de frequência nas aulas teóricas e práticas.
Se o aluno não atender o critério de nota e atender o de
frequência, terá a oportunidade de realizar uma avaliação final
escrita individual e sem consulta. Neste caso, a nota final será
obtida por:
NF = (N + NAF) / 2
Onde:
NF: nota final [0 a 10];
N: nota, média ponderada das avaliações escritas e relatórios [0 a 10];
NAF: nota da avaliação final escrita [0 a 10].
Neste caso, o aluno estará aprovado se obtiver nota final (NF)
maior ou igual a 6,0.
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Plano de Ensino VII – ATIVIDADES DE RECUPERAÇÃO DE APRENDIZAGEM
Atendimento pessoal:
Para recuperação de aprendizado, esclarecimento de
dúvidas, críticas/sugestões e maior interação na relação
professor-aluno, por favor, entrem em contato através
de e-mail ( [email protected] ) ou
pessoalmente na sala 331 – Campus Alegrete.
Aulas teóricas e práticas:
Listas de exercícios; Práticas, Simulações;
Estudos de caso; Grupos de estudos; Seminários.
Avaliação:
Será realizada uma avaliação final de recuperação com
todo conteúdo da disciplina, para recuperação de nota.
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Plano de Ensino IX – REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS BÁSICA
ÇENGEL, Y. A., BOLES, M.A.; TERMODINÂMICA, 5ª. EDIÇÃO; MCGRAWHILL, 2006
ELECTO EDUARDO SILVA LORA, NASCIMENTO MARCO ANTONIO DO
(COORDENADORES); “GERAÇÃO TERMELÉTRICA: PLANEJAMENTO, PROJETO
E OPERAÇÃO; INTERCIÊNCIA, RIO DE JANEIRO, 2004
HENN, ÉRICO ANTÔNIO LOPES, MÁQUINAS DE FLUXO, 3ª. EDIÇÃO, 2012
INCROPERA, FRANK P.; FUNDAMENTOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR E DE
MASSA; 2003
REIS, L.B. DOS, “GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA: TECNOLOGIA, INSERÇÃO
AMBIENTAL, PLANEJAMENTO, OPERAÇÃO E ANÁLISE DE VIABILIDADE”, 1ª ED.,
EDITORA MANOLE, 2003.
RETSCREEN INTERNATIONAL: CLEAN ENERGY PROJECT ANALYSIS TOOLS;
WWW.RETSCREEN.NET
SOUZA, ZULCY DE, SANTOS AFONSO HENRIQUES MOREIRA, EDSON DA
COSTA BORTONI; “CENTRAIS HIDRELÉTRICAS : IMPLANTAÇÃO E
COMISSIONAMENTO”; INTERCIÊNCIA, RIO DE JANEIRO, 2009
SOUZA, ZULCY DE; PROJETO DE MAQUINAS DE FLUXO; 2011
SOUZA, ZULCY DE; PROJETO DE MÁQUINAS DE FLUXO; TOMO I,II,III,IV;
EDITORA INTERCIÊNCIA, 2011
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Plano de Ensino
X – REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS COMPLEMENTARES
BEJAN, A., “Advanced engineering thermodynamics”, 2ª Ed.,
Editora John Wiley & Son, 1997.
KUEHN, T.H., “Thermal environmental engineering”, 3ª Ed., Editora
Prentice Hall, 1998.
SARAVANAMUTTOO, H.I.H., ROGERSC., COHEN G. F. H., “Gas
turbine theory”, 5ª Ed., Editora Prentice Hall, 2001.
SIMÕES M. G. & FARRET F. A., “Renewable energy systems:
design and analysis with induction generators”, Editora CRC Pres,
2004.
TOLMASQUIM, M.T., “Geração de energia elétrica no Brasil”, 1ª
Ed., Editora Interciência, 2005.
VOLK, Michael, Pump Characteristics and Applications; CRC
Press, 2a. Edição, 2005
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Sistemas Hidráulicos e Térmicos
ENFOQUE DA DISCIPLINA
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Considerações Iniciais
A finalidade desta apresentação é a de resumir o conteúdo do
programa, visando minimizar o tempo gasto com anotações.
Servem como guia de estudo e não como livro-texto.
Dá uma visão geral do Planejamento de Longo Prazo do SEP.
Para responder a todas as questões é preciso estudo mais
aprofundado da bibliografia recomendada.
Constitui-se num roteiro para estudo, portanto não substitui
textos consagrados pela abrangência e clareza.
Bibliografia abrangente é indicada.
O aprimoramento desta apresentação será conseguido com a
contribuição dos alunos, através de comentários e sugestões.
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Visão geral da Disciplina
Máquinas de Fluxo
Turbinas
Bombas
Máquinas Térmicas
Combustão Interna
Caldeiras
Trocadores de Calor
CENTRALIZAÇÃO E DESCENTRALIZAÇÃO DA GERAÇÃO DE ENERGIA
PRODUÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA:
HIDRÁULICA
CARVÃO MINERAL
GÁS NATURAL
DERIVADOS DE PETRÓLEO
NUCLEAR
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Máquinas de Fluxo: Bombas
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Máquinas de Fluxo: Bombas
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Máquinas de Fluxo: Turbinas
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Máquinas de Fluxo: Turbinas
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Máquinas de Fluxo: Turbinas
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Máquinas de Fluxo: Turbinas
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Máquinas de Fluxo: Turbinas
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Turbinas Térmicas
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Co-geração: Máquinas de Combustão Interna
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Centralização x Descentralização da Geração de Energia
Esquemático de um Sistema Eletro-Energético Centralizado
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Centralização x Descentralização da Geração de Energia
Perdas na Central Elétrica: 70%
Perdas Elétricas
de Transmissão e
Distribuição: 9%
Perdas Motoras: 10%
Perdas Transmissão: 2%
Perdas na Bomba: 25%
Perdas Válvulas: 33%
Perdas
Tubulação: 20%
9,7 Unidades Úteis
de Energia de Saída
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Rendimento Global: 9,7%
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Industrial
Micro Turbinas
Células de Combustível
Centralização x Descentralização da Geração de Energia
Esquemático de um Sistema Eletro-Energético Centralizado
Fazendas
Solar Fotovoltaicas
Fazendas Eólicas e Solar Térmica Rural
Biocombustíveis
Máquina Stirling
Micro Turbinas
Residencial
Coberturas Fotovoltaicas
Células de Combustível
Comércio e Serviços
Micro Turbinas
Células de Combustível
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Simulação de Cenários Renováveis: HOMER
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Recursos Energéticos Renováveis
2040
60
80
7000
5000
3000
1000
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
900-1000
800-900
700-800
600-700
500-600
400-500
300-400
200-300
100-200
0-100
Geração tradicional
Biomassa
Eólica
Heliotérmico
Fotovoltaico
Fator de Capacidade [ % ]Custo de Investimento [ US$ /kW ]
Cu
sto
de
Ger
ação
[ U
S$
/ MW
h ]
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Biomassa
Principais Rotas de Conversão da Bioenergia
Conversão Termoquímica Conversão Bioquímica
Combustão Gaseificação Liquefação
Pirólise Digestão Fermentação
Extração
Esmagamento
dos Grãos
Calor Eletricidade Combustíveis
Vapor
Turbina a
Vapor
Gás Gás Óleo Carvão
Vegetal
Turbina à Gás
de Ciclo
Combinado
Motor a
Explosão
Metanol
Hidrocarbonos
Hidrogênio de
Síntese
Célula de
Combustível
Esterificação
BIODIESEL
Destilação
ETANOL
Biogás
Motor a
Explosão
Reestrutu
ração
Diesel
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Células de Combustível
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Máquinas de Fluxo: Aero-Geradores
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Estação Eólica,
Fotovoltaica e Solar
Térmica da UNIPAMPA –
Campus Alegrete
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Estação Eólica,
Fotovoltaica e Solar
Térmica da UNIPAMPA –
Campus Alegrete
Curso de Engenharia Elétrica 45/47
Estação Eólica, Fotovoltaica e Solar
Térmica da UNIPAMPA – Campus Alegrete
Curso de Engenharia Elétrica 46/47
Estação Eólica, Fotovoltaica e Solar
Térmica da UNIPAMPA – Campus Alegrete
Curso de Engenharia Elétrica 47/47
Estação Eólica, Fotovoltaica e Solar
Térmica da UNIPAMPA – Campus Alegrete