Disciplina

Área

Área Científica de Termofluidos e Tecnologias de Conversão de Energia > Fenómenos de Transferência

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Nível

I A avaliação de conhecimentos é individual e baseia-se no exame final (III) e na realização de um trabalho laboratorial e respectivo relatório (IV). Uma avaliação contínua é realizada em cada uma das aulas teóricas (II), sendo o resultado também tido em conta na classificação final. Um trabalho facultativo pode também ser realizado no âmbito da avaliação de conhecimentos, sendo depois discutido numa prova oral. II Em cada uma das aulas teóricas são distribuídas 3 perguntas de resposta fechada, uma sobre a matéria da própria aula, uma sobre a matéria da aula anterior, e outra sobre a restante matéria. Conforme as percentagens de respostas entregues e de respostas correctas, assim se adicionará 1,0 ou 0,5 valores à nota do exame final: Respostas entregues:(maior ou igual) a 0,80 e respostas correctas (maior ou igual) a 0,80 - 1 valor a adicionar. Respostas entregues:(maior ou igual) a 0,60 e menor que 0,80, com respostas correctas (maior ou igual) a 0,80 - 0,5 a adicionar. Respostas entregues:(maior ou igual) a 0,80, com respostas correctas (maior ou igual) a 0,60 e (menor)que 0,80 - 0,5 a adicionar. III O exame final consta de uma prova escrita. Poder-se-á realizar uma prova oral imposta pelo Professor Responsável ou pedida pelo aluno. A classificação na prova escrita é a soma das cotações obtidas e do valor referido em (II). Uma classificação inferior a 9,5 valores no exame tem como consequência a reprovação na disciplina, independentemente das classificações no trabalho laboratorial e trabalho facultativo (se realizado). Os alunos que obtenham uma classificação no exame igual ou superior a 15,5 valores e não se apresentem à prova oral, ficam com a classificação final de 15 valores. IV A realização de um ensaio laboratorial e respectivo relatório é obrigatória. Os ensaios são realizados de forma concentrada nas semanas 8 e 9. O trabalho consiste numa oral prévia de cerca de 10 minutos, imediatamente seguida do ensaio. O relatório tem que ser entregue até cinco dias úteis após a realização do ensaio. A oral incide sobre o objectivo do ensaio, métodos a utilizar, resultados expectáveis, e sua justificação. A oral tem um peso de 1/3 na classificação do trabalho laboratorial. Atrasos na entrega do relatório são penalizados de acordo com uma tabela a afixar oportunamente. V O ensaio laboratorial e o relatório são realizados por grupos de três alunos. Os ensaio realizados no ano lectivo anterior, desde que tenham obtido uma classificação positiva, são aceites para o corrente ano. VI O exame escrito tem um peso de 75% e o trabalho laboratorial de 25% para a classificação final. Nos casos em que se realize prova oral (devido a uma classificação elevada no exame, exigida, pedida, ou devido à realização de um trabalho facultativo) a classificação final é a que resulta desta.

Tipo

Não Estruturante

Regime

Semestral

Carga Horária

1º Semestre

3.0 h/semana

1.0 h/semana

0.5 h/semana

105.0 h/semestre

Objectivos

Objectivos Gerais e Objectivos específicos Integrar num assunto específico os conhecimentos adquiridos em disciplinas a montante (termodinâmica, química, mecânica de fluidos, transmissão de calor e de massa, etc). Preparar os alunos para entender e analisar os múltiplos processos e equipamentos directa ou indirectamente ligados a combustão, quer a combustão intencional, quer a indesejada. Entender o papel da combustão sob os pontos de vista energético e ambiental. Adquirir a linguagem típica de Combustão e os conhecimentos que permitam manter-se actualizado nos anos futuros. Transmitir os conceitos básicos de cinética química relevantes em combustão. Aplicar balanços de massa e energia a problemas de combustão. Descrever os principais combustíveis e as suas propriedades. Descrever os princípios de ignição, estabilização e extinção de chamas, e a estrutura das chamas de pré-mistura e difusão, em regimes laminar e turbulento. Apresentar modelos simples para descrever a queima de combustíveis líquidos e sólidos. Identificar os principais poluentes, mecanismos de formação e métodos de redução de emissões.

Programa

I Introdução Campos de aplicação. Combustíveis. Consumo de combustíveis e reservas mundiais. Sistemas de combustão. Poluentes principais e seus efeitos. Legislação. Forma geral dos balanços. Balanços de massa, de quantidade de movimento, e de energia. Escalares conservados. Números adimensionais. II Cinética química Importância das escalas de tempo. Taxa de reacção. Sua dependência com a pressão, temperatura, e concentrações. Equação de Arrhenius. Energia de activação. Reacções elementares. Mecanismos de reacção. Hipótese do estado estacionário. III Chamas de pré-mistura Chamas de pré-mistura e de difusão. Estrutura das chamas. Chamas laminares e turbulentas. Velocidade de propagação de chama. Definição. Teorias. Factores que influenciam espessura e a velocidade de propagação de chama. Influência da turbulência na propagação da chama. Regimes de propagação. Abordagens, correlações, e teorias. Velocidade da frente de chama. Limites de inflamabilidade. Limites em ar e em oxigénio. Influência da temperatura, pressão, condições geométricas, etc. Obtenção experimental. Quenching. Significado físico. Sua dependência. Consequências. Estabilização de chamas laminares. Retorno e descolamento de chama. Diagrama de estabilidade. Determinação experimental da velocidade de propagação de chama. Imagens shadowgraph e schlieren. Ignição espontânea e ignição provocada. Atraso à ignição. Factores de que depende. Consequências. Energia mínima de ignição. Factores de que depende. Consequências. IV Chamas de difusão Chamas de jactos gasosos. Formulação. Evaporação de líquidos. Atomização e sprays. Evaporação da gota. Análise mássica e energética. Interpretação física da ?driving force? B. Evaporação e combustão em piscina. Problema de Stefan. Combustão da gota. ?Driving force? na combustão. Combustão de sprays. Combustão de fuel óleo. Formação de cenosferas. Combustão da partícula de carvão desvolatilizada. Modelo. V Combustões indesejáveis Triângulo e tetraedro do fogo. Atmosferas inertizadas e com condições explosivas. Temperaturas de ignição, de combustão, e de auto ignição (flash-point, fire point, auto-ignition). Curva de incêndio (flash over). Incêndios controlados pela ventilação ou pela carga de incêndio. Importância relativa da condução, convecção, e radiação. Sistemas automáticos de detecção de incêndios. Extintores portáteis e móveis. Classes de fogos. Redes de incêndio armadas. Sistemas automáticos de extinção. VI Reactor de mistura perfeita e estabilização de chama em recirculações Reactor de mistura perfeita. Modelo físico. Modelo matemático. Comparação de resultados de simulação e experimentais. Obtenção prática de zonas de recirculação. Estabilização de chamas por corpos não-fuselados. Análise teórica e resultados experimentais. VII Combustíveis Carvão. Sua descrição e classificação. Preparação e armazenagem. Combustão do carvão. Madeira. Combustão da madeira. Derivados do petróleo. Refinação. Tipos de combustível, propriedades e utilização. Álcoois. Combustíveis gasosos naturais e manufacturados. Índice de Woobe. Aplicações. Comparações dos combustíveis. Vantagens e inconvenientes de cada um. VIII Equipamentos de queima Componentes fundamentais. Sistemas de alimentação. Queimadores. Câmaras de combustão. Queima em grelha. Queima em leito fluidizado. Sistemas de exaustão e de remoção de cinzas. IX Impacte ambiental Efeitos dos poluentes. NOx, monóxido de carbono, hidrocarbonetos não queimados, SOx, fuligem e partículas. Influência do combustível, do tipo de equipamento e seu funcionamento na formação de poluentes. Controlo e redução da poluição. Legislação.

Metodologia de avaliação

I A avaliação de conhecimentos é individual e baseia-se no exame final (III) e na realização de um trabalho laboratorial e respectivo relatório (IV). Uma avaliação contínua é realizada em cada uma das aulas teóricas (II), sendo o resultado também tido em conta na classificação final. Um trabalho facultativo pode também ser realizado no âmbito da avaliação de conhecimentos, sendo depois discutido numa prova oral. II Em cada uma das aulas teóricas são distribuídas 3 perguntas de resposta fechada, uma sobre a matéria da própria aula, uma sobre a matéria da aula anterior, e outra sobre a restante matéria. Conforme as percentagens de respostas entregues e de respostas correctas, assim se adicionará 1,0 ou 0,5 valores à nota do exame final: Respostas entregues:(maior ou igual) a 0,80 e respostas correctas (maior ou igual) a 0,80 - 1 valor a adicionar. Respostas entregues:(maior ou igual) a 0,60 e menor que 0,80, com respostas correctas (maior ou igual) a 0,80 - 0,5 a adicionar. Respostas entregues:(maior ou igual) a 0,80, com respostas correctas (maior ou igual) a 0,60 e (menor)que 0,80 - 0,5 a adicionar. III O exame final consta de uma prova escrita. Poder-se-á realizar uma prova oral imposta pelo Professor Responsável ou pedida pelo aluno. A classificação na prova escrita é a soma das cotações obtidas e do valor referido em (II). Uma classificação inferior a 9,5 valores no exame tem como consequência a reprovação na disciplina, independentemente das classificações no trabalho laboratorial e trabalho facultativo (se realizado). Os alunos que obtenham uma classificação no exame igual ou superior a 15,5 valores e não se apresentem à prova oral, ficam com a classificação final de 15 valores. IV A realização de um ensaio laboratorial e respectivo relatório é obrigatória. Os ensaios são realizados de forma concentrada nas semanas 8 e 9. O trabalho consiste numa oral prévia de cerca de 10 minutos, imediatamente seguida do ensaio. O relatório tem que ser entregue até cinco dias úteis após a realização do ensaio. A oral incide sobre o objectivo do ensaio, métodos a utilizar, resultados expectáveis, e sua justificação. A oral tem um peso de 1/3 na classificação do trabalho laboratorial. Atrasos na entrega do relatório são penalizados de acordo com uma tabela a afixar oportunamente. V O ensaio laboratorial e o relatório são realizados por grupos de três alunos. Os ensaio realizados no ano lectivo anterior, desde que tenham obtido uma classificação positiva, são aceites para o corrente ano. VI O exame escrito tem um peso de 75% e o trabalho laboratorial de 25% para a classificação final. Nos casos em que se realize prova oral (devido a uma classificação elevada no exame, exigida, pedida, ou devido à realização de um trabalho facultativo) a classificação final é a que resulta desta.

Pré-requisitos

Componente Laboratorial

Princípios Éticos

Componente de Programação e Computação

Componente de Competências Transversais

Bibliografia

Principal

Combustão

Coelho, P. e Costa, M.

2007

Ed. Orion


Combustion

Glassman, I.

1996

Academic Press, 3ª Edição


An Introduction to Combustion ? Concepts and Applications

Turns, S.R.

2000

McGraw-Hill, 2ª Edição


Secundária

Combustion Aerodynamics

Beér, J.M. e Chigier, N.A.

1972

Applied Science Publishers Limited


Combustion. A Study in Theory, Fact and Application

Chomiak, J.

1990

Gordon and Breach Science Publishers


Applied Combustion

Keating, E.L.

1993

Marcel Dekker


Principles of Combustion

Kuo, K.K.

1996

John Wiley & Sons


Combustion Physics

Law, C.K.

2006

Cambridge University Press


Combustion and Mass Transfer

Spalding, D.B.

1979

Pergamon Press


Técnicas Instrumentais para a Análise de Escoamentos com Combustão

Heitor, M.V.

1991

Associação dos Estudantes do Instituto Superior Técnico, Secção de Folhas