2015_2_Eng_Mecanica_8_Maquinas_Termicas_I

ATIVIDADES PRTICAS SUPERVISIONADAS

Engenharia Mecnica

8a Srie Mquinas Trmicas I

A atividade prtica supervisionada (ATPS) um procedimento metodolgico de

ensino-aprendizagem desenvolvido por meio de um conjunto de etapas

programadas e supervisionadas e que tem por objetivos:

Favorecer a aprendizagem.

Estimular a corresponsabilidade do aluno pelo aprendizado eficiente e

eficaz.

Promover o estudo, a convivncia e o trabalho em grupo.

Desenvolver os estudos independentes, sistemticos e o autoaprendizado.

Oferecer diferentes ambientes de aprendizagem.

Auxiliar no desenvolvimento das competncias requeridas pelas Diretrizes

Curriculares Nacionais dos Cursos de Graduao.

Promover a aplicao da teoria e conceitos para a soluo de problemas

prticos relativos profisso.

Direcionar o estudante para a busca do raciocnio crtico e a emancipao

intelectual.

Para atingir estes objetivos a ATPS prope um desafio e indica os passos a

serem percorridos ao longo do semestre para a sua soluo.

A sua participao nesta proposta essencial para que adquira as

competncias e habilidades requeridas na sua atuao profissional.

Aproveite esta oportunidade de estudar e aprender com desafios da vida

profissional.

AUTORIA:

Mrio Batista D'ana

Centro Universitrio Anhanguera de So Paulo

Engenharia Mecnica - 8a Srie - Mquinas Trmicas I

Mrio Batista D'ana

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COMPETNCIAS E HABILIDADES

Ao concluir as etapas propostas neste desafio, voc ter desenvolvido as competncias e habilidades que constam, nas Diretrizes Curriculares Nacionais, descritas a seguir.

Aplicar conhecimentos matemticos, cientficos, tecnolgicos e instrumentais Engenharia.

Projetar, conduzir experimentos e interpretar resultados. Planejar, supervisionar, elaborar e coordenar projetos e servios de Engenharia. Identificar, formular e resolver problemas de Engenharia.

Produo Acadmica Relatrios parciais, com os resultados das pesquisas realizadas no final de cada

etapa. Seminrios padronizados, a serem apresentados por todas as equipes.

Participao Esta atividade ser, em parte, desenvolvida individualmente pelo aluno e, em parte,

pelo grupo. Para tanto, os alunos devero: organizar-se, previamente, em equipes de at cinco participantes; entregar seus nomes, RAs e e-mails ao professor da disciplina; observar, no decorrer das etapas, as indicaes: Aluno e Equipe.

Padronizao O material escrito solicitado nesta atividade deve ser produzido de acordo com as normas da ABNT1, com o seguinte padro:

em papel branco, formato A4; com margens esquerda e superior de 3 cm, direita e inferior de 2 cm; fonte Times New Roman tamanho 12, cor preta; espaamento de 1,5 entre linhas; se houver citaes com mais de trs linhas, devem ser em fonte tamanho 10,

com um recuo de 4 cm da margem esquerda e espaamento simples entre linhas;

com capa, contendo: nome de sua Unidade de Ensino, Curso e Disciplina;

1 Consulte o Manual para Elaborao de Trabalhos Acadmicos. Unianhanguera. Disponvel em:

< http://issuu.com/normalizacao/docs/normaliza____o_de_trabalhos_acad__m >.


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nome e RA de cada participante; ttulo da atividade; nome do professor (a) da disciplina; cidade e data da entrega, apresentao ou publicao.

DESAFIO

A equipe dever elaborar um artigo, contendo os dados obtidos em cada experimento sugerido nas etapas seguintes. As equipes devero ser compostas por quatro integrantes, sendo que cada uma dever ser capaz de identificar, pesquisar, dimensionar, analisar e avaliar processos e dispositivos baseados nos princpios dos sistemas trmicos.

Este desafio possibilitar aos alunos a aplicao das teorias da termodinmica Engenharia e Mecnica dos Fluidos e dos conceitos de sistemas fluidomecnicos e de materiais, aplicaes prticas bastante relevantes na indstria brasileira e com diversas situaes de uso na vida profissional.

Objetivo do desafio

Este desafio importante para que voc adquira uma base conceitual slida sobre mquinas trmicas e processos que envolvam sistemas trmicos.

ETAPA 1 (tempo para realizao: 5 horas)

Aula-tema: Compressores e ar comprimido.

Esta atividade, a ser realizada em grupo, importante para que voc entenda os principais conceitos de classificao dos compressores e suas aplicaes, analisando e identificando os tipos de sistemas de compresso, classificando-os conforme as presses; inicial, final e efetiva, representando e calculando conceitos iniciais, como presso, volume, vazo e temperatura.

O ar comprimido aplicado conforme as caractersticas dos equipamentos utilizados, como, por exemplo, equipamentos a presso de ar ou de ao fechada, equipamentos a jato de ar ou de ao livre, equipamentos e mquinas de percusso, motores a ar comprimido, bombas de injeo de concreto, mquinas ferramentas fixas e portteis, automatizao de operaes industriais etc.


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O aluno poder consultar uma apostila sobre mquinas trmicas e refrigeradores na pgina:

http://mecanica.scire.coppe.ufrj.br/util/b2evolution/media/silvio/apmotoresMCI05_01.pdf

Tambm poder ler uma breve histria e curiosidades sobre o assunto na pgina: http://www.cursodefisica.com.br/curiosidades/206-uma-breve-historia-das-maquinas-

termicas As tabelas da termodinmica podem ser obtidas no livro texto MORAN, M. J. et al.

Introduo Engenharia de Sistemas Trmicos. Rio de Janeiro: LTC, 2005. Para realiz-la, devem ser seguidos os passos descritos.

PASSOS

Passo 1 (Aluno)

Ler atentamente o captulo 10 do livro de MORAN, M. J. et al. Introduo Engenharia de Sistemas Trmicos. Rio de Janeiro: LTC, 2005.

Passo 2 (Equipe)

Construir o diagrama de velocidades para um estgio de compressor de fluxo axial.

Passo 3 (Equipe)

Determinar a forma do rotor e do estator de um compressor.

Passo 4 (Equipe)

Fazer um resumo em papel A4, contendo os nomes e RAs dos alunos, a srie, a disciplina, a data e o nome do professor.

Ar a 101,3 kPa e 288 K entra num estgio de um compressor de fluxo axial com uma velocidade de 170 m/s. O rotor tem um dimetro de 66 cm at a ponta das palhetas (tip diameter) e de 45,7 cm at a base das palhetas (hub diameter) e uma rotao a 8.000 rpm. O ar entra no rotor e deixa o estator em direo axial, com o mesmo valor de velocidade e raio na entrada e na sada.

O ar sofre um giro 15 quando passa pelo rotor. O ar entra e sai das palhetas em ngulo igual ao das palhetas. Construir o diagrama de velocidades para esse estgio, determinar a forma do rotor e do estator (ngulo das palhetas), calcular o fluxo mssico e a potncia requerida no estgio, o aumento da presso de estagnao, supondo um processo isentrpico ideal, o nmero de Mach na entrada e na sada e o grau de reao do estgio.


Aula-tema: Sistemas de potncia a vapor.

Esta atividade, a ser realizada em grupo, importante para que voc entenda as instalaes de potncia a vapor, nas quais o fluido de trabalho alternadamente vaporizado e condensado. So considerados arranjos prticos para instalaes de potncia a vapor que


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produzem uma potncia lquida na sada a partir de uma entrada na forma de combustvel fssil, nuclear ou solar.

Para realiz-la, devem ser seguidos os passos descritos.

Passo 1 (Aluno)


Passo 2 (Equipe)

Analisar o Ciclo de Rankine e a eficincia trmica por meio do diagrama trmico.

Passo 3 (Equipe)

Esboar diagramas esquemticos e os diagramas T-s associados para os ciclos de potncia a vapor de Rankine: com reaquecimento e regenerativo.

Passo 4 (Equipe)

Fazer um resumo em papel A4, contendo os nomes e RAs dos alunos, a srie, a disciplina, a data e o nome do professor. No diagrama abaixo, para um ciclo de Rankine ideal com superaquecimento e reaquecimento, o vapor d'gua entra na turbina do primeiro estgio a 8,0 MPa, 480 C, e se expande at 0,7 MPa. , ento, reaquecido at 440 C antes de entrar na turbina do segundo estgio, onde se expande at a presso do condensador de 0,008 MPa. A potncia lquida desenvolvida pelo ciclo de 100 MW. Determinar:

a eficincia trmica do ciclo; a vazo mxima do vapor d'gua, em kg/h; a taxa de transferncia de calor Qsai, do vapor d'gua que condensa quando passa

pelo condensador, em MW. Discorrer sobre os efeitos do reaquecimento no ciclo de potncia a vapor.

Figura 1 Ciclo de reaquecimento ideal Fonte: MORAN, M. J. et al. Introduo Engenharia de Sistemas Trmicos. Rio de Janeiro: LTC, 2005.


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Aula-tema: Sistemas e centrais a vapor.

Esta atividade, a ser realizada em grupo, importante para que voc entenda as instalaes de potncia a vapor, nas quais o fluido de trabalho alternadamente vaporizado e condensado. So considerados arranjos prticos para instalaes de potncia a vapor que produzem uma potncia lquida na sada a partir de uma entrada na forma de combustvel fssil, nuclear ou solar.


Passo 1 (Equipe)

Analisar o Ciclo de Rankine e a eficincia trmica por meio do diagrama trmico.

Passo 2 (Equipe)

Esboar diagramas esquemticos e os diagramas T-s associados para os ciclos de potncia a vapor de Rankine: com reaquecimento e regenerativo.

Passo 3 (Equipe)

Fazer um resumo em papel A4, contendo os nomes e RAs dos alunos, a srie, a disciplina, a data e o nome do professor. Considerar um ciclo de potncia a vapor regenerativo com um aquecedor de gua de alimentao aberto. Vapor d'gua entra na turbina a 8,0 MPa, 480 C, e se expande at 0,7 MPa, quando parte do vapor d'gua extrada e desviada para o aquecedor de gua de alimentao aberto, operando a 0,7 MPa. O restante do vapor se expande atravs da turbina de segundo estgio at a presso de 0,008 MPa do condensador. O lquido saturado sai do aquecedor de gua de alimentao aberto a 0,7 MPa. A eficincia isentrpica de cada estgio de turbina de 85% e cada bomba opera isentropicamente. Se a potncia lquida produzida pelo ciclo 100 MW, determinar:

a eficincia trmica; a vazo mssica do vapor que entra no primeiro estgio de turbina, em kg/h.


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Figura 2 Ciclo regenerativo com um aquecedor de gua de alimentao aberto Fonte: MORAN, M. J. et al. Introduo Engenharia de Sistemas Trmicos. Rio de Janeiro: LTC, 2005.


Aula-tema: Aquecedores, fornos e incineradores.

Esta atividade, a ser realizada em grupo, importante para que voc entenda as instalaes de potncia a vapor, nas quais o fluido de trabalho alternadamente vaporizado e condensado. So considerados arranjos prticos para instalaes de potncia a vapor que produzem uma potncia lquida na sada a partir de uma entrada na forma de combustvel fssil, nuclear ou solar.


Passo 1 (Aluno)


Passo 2 (Equipe)

Analisar o ciclo de potncia a vapor regenerativo.

Passo 3 (Equipe)

Esboar diagramas esquemticos e os diagramas T-s associados para os ciclos de potncia a vapor, reaquecimento e regenerativo.

Passo 4 (Equipe)

Fazer um resumo em papel A4, contendo os nomes e RAs dos alunos, a srie, a disciplina, a data e o nome do professor.

Uma instalao de potncia opera em um ciclo regenerativo de potncia a vapor com um aquecedor de gua de alimentao aberto. O vapor entra na turbina de primeiro estgio a 12 MPa, 520 C, e se expande at 1 MPa, onde parte do vapor extraviada e desviada para um aquecedor de gua de alimentao aberto, operando a 1 MPa. O restante do vapor se expande atravs da turbina de segundo estgio at a presso do condensador, de 6 kPa. Lquido saturado sai do aquecedor de gua de alimentao aberto a 1 MPa. Para os processos isentrpicos nas turbinas e bombas, determinar para o ciclo:

a eficincia trmica; a vazo mssica da turbina de primeiro estgio, em kg/h, para uma potncia

lquida de 330 MW. Comparar os resultados obtidos nos Passos 2 e 3 com aqueles de um ciclo de Rankine ideal, com as mesmas condies na entrada da turbina e com a mesma presso no condensador, mas sem regenerador.


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Livro Texto da disciplina: MORAN, Michael J. et al. Introduo Engenharia de Sistemas Trmicos. 1a ed. Rio de Janeiro: LTC, 2005.

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