Otimização de Equipamentos e Sistemas Térmicos

Cód.: EME13173D

6 ECTS

Duração: 15 semanas/156 horas

Área Científica: Engenharia Mecânica

Língua(s) de lecionação: Português

Língua(s) de apoio tutorial: Português, Inglês

Regime de Frequência: Presencial

Objetivos de Desenvolvimento Sustentável

Educação de qualidade - Assegurar a educação inclusiva, e equitativa e de qualidade, e promover oportunidades de aprendizagem ao longo da vida para todos.

Objetivos de Aprendizagem

O aluno deverá adquirir conhecimentos e capacidades de modelação, simulação e optimização de equipamentos e sistemas térmicos. O aluno deverá ser capaz de desenvolver e implementar ferramentas para a modelação e simulação de equipamentos térmicos (permutadores de calor, bombas de calor, colectores solares térmicos e outros) e deverá adquirir competências para a optimização de sistemas térmicos com o objectivo de melhorar o seu desempenho e eficiência. O aluno deverá adquirir também capacidades de utilizar conceitos como a minimização da taxa de geração de entropia, irreversibilidade e eficiência exergética, e de ser capaz de usar métodos numéricos de optimização.

Conteúdos Programáticos

1. Revisões de termodinâmica, mecânica dos fluidos e transferência de calor e sua aplicação à modelação de equipamentos e sistemas térmicos.
2. Modelação de equipamentos e componentes térmicos (permutadores e dissipadores de calor compactos, colectores solares térmicos, receptores solares térmicos em sistemas de concentração, bombas de calor e outros). Equações constitutivas e modelação do escoamento e da transferência de calor.
3. Simulação de equipamentos e sistemas térmicos - desenvolvimento de modelos globais e técnicas de simulação envolvendo a solução de sistemas de equações não lineares. Aplicações.
4. Optimização de equipamentos e sistemas térmicos: (i) utilização de modelos de simulação para optimização de eficiência (ii) minimização da taxa de geração de entropia; (iii) análise exergética e irreversibilidade.
5. Optimização da geometria interna e do escoamento em permutadores e dissipadores de calor compactos. Convecção de calor em meios porosos.

Métodos de Ensino

O ensino é baseado em aulas teóricas e teórico-práticas. Nas aulas teóricas são apresentados e discutidos os aspectos teóricos e de desenvolvimento de modelos de simulação e optimização e nas aulas teórico-práticas será abordada a implementação desses modelos com recurso a ferramentas de cálculo e de simulação numérica quando necessário. A avaliação consistirá na realização de dois trabalhos compreendendo a pesquisa, desenvolvimento e simulação de um modelo de optimização. Esses trabalhos serão apresentados por cada aluno ao docente da disciplina e aos restantes colegas.

Bibliografia

- N.V. Suryanarayana, O. Orici, Design and Simulation of Thermal Systems, McGraw-Hill, 2004.

- D.G. Luenberger, Y. Ye, Linear and Nonlinear Programming, Springer, 2008.

- A. Bejan, I. Dincer, S. Lorente, A.F. Miguel, A.H. Reis, Porous and Complex Flow Structures in Modern Technologies, Springer, 2004.

- A. Bejan, Entropy Generation Minimization The Method of Thermodynamic Optimization of Finite-Size Systems and Finite-Time Processes, CRC Press, 1996.

- T.J. Kotas, The Exergy Method of Thermal Plant Analysis, Krieger Publishing Company, 1995.

- A. Bejan, Shape and Structure, From Engineering to Nature, Cambridge University Press, 2000.