Termo Atividade

Universidade de Campinas UNICAMP Faculdade de Engenharia Agrícola FEAGRI FA342FA375 Termodinâmica Projeto Final Primeiro Semestre 2025 Prof Dr Gustavo Mockaitis Projeto de Melhoria de Eficiência Energética de Motor Este projeto tem como objetivo permitir o acesso ao exame final das disciplinas de termodinâmica FA342 e FA 375 ministradas para a engenharia agrícola O projeto deverá ser entregue individualmente até dia 18 de junho de 2025 impreterivelmente Tratase de um projeto longo e complexo de maneira que deverá ser iniciado o quanto antes A nota desse projeto compreenderá 30 da nota final caso o aluno necessite da realização de exame final para aprovação A nota desse projeto não compõe o cômputo da média caso o aluno obtenha média parcial suficiente MP 60 1 Contexto Motores de combustão interna possuem limitações na eficiência térmica dissipando grande parte da energia na forma de calor pelos gases de exaustão e pelo sistema de refrigeração A recuperação desse calor residual por meio de ciclos de potência adicionais pode melhorar a eficiência global do sistema permitindo que parte da energia perdida possa ser recuperada Este trabalho propõe a análise de um motor Diesel com dois ciclos Rankine integrados para a recuperação energética avaliando o impacto dessa modificação na eficiência do sistema e sua viabilidade técnica O PID Piping and instrumentation diagram fluxograma de processo está representado pela Figura 1 Universidade de Campinas UNICAMP Faculdade de Engenharia Agrícola FEAGRI FA342FA375 Termodinâmica Projeto Final Primeiro Semestre 2025 Prof Dr Gustavo Mockaitis Figura 1 PID do sistema de recuperação energética do motor ciclo Diesel A Tabela 1 abaixo discrimina os equipamentos apresentados no diagrama representado pela Figura 1 relacionando com a função no sistema Universidade de Campinas UNICAMP Faculdade de Engenharia Agrícola FEAGRI FA342FA375 Termodinâmica Projeto Final Primeiro Semestre 2025 Prof Dr Gustavo Mockaitis Tabela 1 Equipamentos e máquinas térmicas para recuperação energética do motor ciclo Diesel Denominação Equipamento Função A Trocador de calor Superaquecer vapor a alta temperatura B Turbina expansora Gerar trabalho de eixo a alta temperatura C Trocador de calor Gerar vapor a baixa temperatura Condensar vapor a alta temperatura D Trocador de calor Superaquecer a baixa temperatura Gerar vapor a alta temperatura E Turbina expansora Gerar trabalho de eixo a baixa temperatura F Condensador radiador Condensar vapor a baixa temperatura G Trocador de calor Gerar vapor a baixa temperatura 2 Projeto Modelar e avaliar um sistema de recuperação de energia térmica aplicado a um motor Diesel de 500 a 600 HP O estudo abordará a especificação dos fluídos de trabalho a determinação das propriedades termodinâmicas nos pontos do ciclo a modelagem do sistema em planilhas eletrônicas e a análise exergética do processo Esperase verificar se é possível recuperar pelo menos 10 da potência do motor por meio da recuperação de calor residual 3 Roteiro de Trabalho e Metodologia A metodologia deste trabalho será baseada na análise termodinâmica e exergética do sistema de recuperação de calor aplicado a um motor Diesel agrícola Inicialmente deverão ser pesquisados e coletados dados técnicos do motor e dos fluídos de trabalho para os ciclos de Rankine Em seguida deverão ser determinadas as propriedades termodinâmicas nos pontos de cada ciclo sendo que o sistema deverá ser modelado em uma planilha eletrônica para calcular a potência recuperada e a eficiência térmica Além disso será realizada uma análise exergética para quantificar as irreversibilidades do processo Diferentes cenários deverão ser comparados para avaliar a viabilidade técnica do sistema culminando em um parecer técnico sobre sua aplicação industrial Universidade de Campinas UNICAMP Faculdade de Engenharia Agrícola FEAGRI FA342FA375 Termodinâmica Projeto Final Primeiro Semestre 2025 Prof Dr Gustavo Mockaitis A lista abaixo sugere um roteiro para a condução do trabalho proposto Outra sugestão importante é a elaboração de um cronograma para que o trabalho seja dividido ao longo do semestre facilitando o desenvolvimento do projeto a Pesquisa Inicial e Coleta de Dados a1 Compreender a funcionalidade da tecnologia proposta a2 Identificar as correntes e os dados necessários para iniciar a abordagem do desenvolvimento a3 Levantar dados necessários sobre motores Diesel agrícolas de 500 a 600 HP a4 Obter parâmetros de exaustão e refrigeração típicos desses motores a5 Identificar perdas térmicas e estimar a quantidade de calor disponível para recuperação b Definição dos Fluídos de Trabalho b1 Avaliar ao menos cinco diferentes opções de fluídos para os ciclos de Rankine de alta e baixa temperatura ex água amônia tolueno R245fa b2 Comparar propriedades termodinâmicas e adequação ao sistema b3 Escolher três fluidos para comparação nas simulações justificando as escolhas com base em eficiência estabilidade térmica e viabilidade técnica c Determinação das Propriedades Termodinâmicas c1 Identificar os estados termodinâmicos nos pontos do ciclo pressão temperatura entalpia e entropia c2 Utilizar tabelas de vapor ou software de propriedades termodinâmicas c3 Aplicar as equações do ciclo Rankine para calcular variações de energia d Modelagem do Sistema em Planilha Eletrônica d1 Criar um modelo computacional para simular o desempenho do sistema d2 Determinar a potência recuperada nos ciclos de Rankine d3 Avaliar a eficiência térmica do sistema combinado e Análise Exergética e1 Identificar e quantificar as irreversibilidades do sistema e2 Comparar a eficiência exergética antes e depois da recuperação de calor e3 Apontar oportunidades de otimização do processo f Comparação de Cenários Universidade de Campinas UNICAMP Faculdade de Engenharia Agrícola FEAGRI FA342FA375 Termodinâmica Projeto Final Primeiro Semestre 2025 Prof Dr Gustavo Mockaitis f1 Testar diferentes combinações de fluídos de trabalho e condições operacionais f2 Comparar os cenários em termos de potência recuperada eficiência térmica e impacto na operação do motor f3 Elaborar gráficos e tabelas comparativas g Discussão e Parecer Técnico g1 Analisar os resultados obtidos e discutir a viabilidade do sistema g2 Identificar desafios técnicos e econômicos da implementação g3 Sugerir recomendações para possíveis aplicações industriais Universidade de Campinas UNICAMP Faculdade de Engenharia Agrícola FEAGRI FA342FA375 Termodinâmica Projeto Final Primeiro Semestre 2025 Prof Dr Gustavo Mockaitis 4 Formato de Relatório e Entrega Final Após finalizado o trabalho deverá ser entregue em um conjunto por meio da plataforma google classroom compreendendo os seguintes volumes a Relatório Técnico b Planilha Eletrônica Comentada c Apêndices O relatório técnico deverá ser apresentado adequadamente de maneira clara e impecável e conter os seguintes itens a Capa Identificação geral do trabalho nome do autor do relatório e outras informações de apresentação b Introdução Contextualização do problema e objetivo do trabalho c Premissas de Projeto Dados de entrada suposições e fontes utilizadas d Seleção dos Fluídos Comparação e justificativa das escolhas e Modelagem e Memorial de Cálculos Apresentação dos estados termodinâmicos premissas adotadas e detalhamento de todas as equações utilizadas f Análise Exergética Identificação das perdas e eficiência exergética g Comparação de Cenários Avaliação dos diferentes testes realizados h Discussão e Conclusão Parecer técnico fundamentado sobre a adoção do sistema i Referências Bibliográficas Fontes utilizadas para fundamentação teórica e obtenção de dados A planilha eletrônica desenvolvida deverá ser entregue no conjunto de documentos de maneira que se possa verificar como os cálculos foram realizados Cada simulação deverá estar detalhada em abas diferentes de maneira que a compreensão do processo fique clara Cada cálculo deverá estar adequadamente comentado na planilha fazendo referência ao memorial de cálculo utilizado O apêndice deverá ser a compilação de todas as tabelas e dados termodinâmicos obtidos dos fabricantes de tratores e de fluídos utilizados no trabalho devidamente organizados Universidade de Campinas UNICAMP Faculdade de Engenharia Agrícola FEAGRI FA342FA375 Termodinâmica Projeto Final Primeiro Semestre 2025 Prof Dr Gustavo Mockaitis 5 Critério de avaliação O trabalho será avaliado de acordo com os critérios estabelecidos na Tabela 2 A criatividade e inovação na solução serão estimuladas ou seja alterações no fluxograma proposto e no projeto que possam conduzir à um resultado positivo serão devidamente consideradas e premiadas Tabela 2 Critérios de avaliação do projeto Critério Peso Clareza na apresentação 15 Adequação da escolha dos fluídos de trabalho 10 Cálculos termodinâmicos e exergéticos 30 Qualidade da modelagem no Excel 20 Análise crítica e viabilidade do sistema 10 Criatividade e inovação na solução 15