Energias Renováveis

Código:

EQ0138

Sigla:

ENR

Áreas Científicas
Classificação	Área Científica
OFICIAL	Ciências Tecnológicas

Ocorrência: 2019/2020 - 1S

Ativa?	Sim
Unidade Responsável:	Departamento de Engenharia Química e Biológica
Curso/CE Responsável:	Mestrado Integrado em Engenharia Química

Ciclos de Estudo/Cursos

Sigla	Nº de Estudantes	Plano de Estudos	Anos Curriculares	Créditos UCN	Créditos ECTS	Horas de Contacto	Horas Totais
MIEA	3	Plano de estudos oficial a partir de 2006/07	5	-	6	56	162
MI:EF	3	Plano estudos a partir do ano letivo 2017/18	5	-	6	56	162
MIEQ	20	Plano de estudos oficial	4	-	6	56	162
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Língua de trabalho

Português

Objetivos

A unidade curricular de Energias Renováveis I tem como objetivo a preparação dos alunos para selecionar, adquirir, operar e desenvolver tecnologias e soluções na área das Energias Renováveis.
Os assuntos estudados nesta UC são: a) energia e radiação solares; b) coletores solares térmicos; c) concentradores solares de potência; d) termólise solar; e) eletroquímica; f) células de combustível; g) eletrólise: h) eletroredução do CO2; i) baterias; j) foto-eletroquímica; k) células fotovoltaicas; e m) células fotoeletroquímicas.

Resultados de aprendizagem e competências

Os estudantes que concluam com êxito a UC de ERI deverão conhecer os princípios físicos e/ou químicos relativos às tecnologias lecionadas bem como a aplicabilidade destas tecnologias. Em particular, deverão conhecer e saber aplicar: a) as equações astronómicas relativas ao sol, à sua posição e à radiação sobre uma superfície; b) princípios de funcionamento de um painel solar térmico, tecnologias e aplicações; c) princípios de funcionamento de um concentrador solar de potência, tecnologias e aplicações; d) equações de equilíbrio e cinéticas da eletroquímica (equações de Nernst e Butler-Volmer e Tafel); e) princípios de funcionamento duma PEMFC, modelo fenomenológico simples, impedância eletroquímica, análogos elétricos, tecnologia e aplicações; f) princípios de funcionamento de um eletrolisador, tecnologia e aplicações; g) eletroredução do CO2; h) princípios de funcionamento de uma bateria, tecnologia e aplicações; i) princípios de funcionamento de uma célula fotovoltaica, modelo fenomenológico simples, tecnologia e aplicações; j) princípios de funcionamento de uma célula fotoeletroquímica, tecnologia e aplicações. Os estudantes deverão ainda ser capazes valorizar a relevância social das tecnologias sustentáveis.

Espera-se que os estudantes desenvolvam as seguintes competências: a) uso dos princípios físicos e/ou químicos lecionados na seleção, caracterização, operação, otimização e conceção de soluções envolvendo as tecnologias discutidas; b) trabalho em equipa; c) comunicação oral e escrita de resultados e a sua discussão publica.

 

Modo de trabalho

Presencial

Pré-requisitos (conhecimentos prévios) e co-requisitos (conhecimentos simultâneos)

Os estudantes deverão ter frequentado UCs análise matemática, química geral e transferência de calor.

 

Programa

1 – Energias renováveis, porquê?, como? Que contributo podemos dar? 

2 – Fontes de energias renováveis e tecnologias de aproveitamento 
a) Taxa de utilização da energia; o balanço energético do planeta Terra 
b) A questão ecológica face às diversas fontes de energia renováveis/não renováveis 
c) Conteúdos energéticos 
d) Comparação de tecnologias: custos, disponibilidades, capacidade de armazenamento. 

3 – Energia Solar 
a) Radiação direta e indireta 
b) Corpo negro, radiância, emissividade 
c) Espectro solar 
d) Declinação, ângulo horário, altura e azimute 
e) Transmitância, reflectância e absorvância 
f) Radiação total em superfícies inclinadas 
g) Insolação média em superfícies inclinadas 
h) Coletores solares térmicos 
a. Balanço energético a um colector solar 
b. Trabalho laboratorial 
i) Comparação de tecnologias solares: custos, disponibilidades, capacidade de armazenamento 
j) Concentradores solares de potência 
k) Termólise 

4 – Tecnologias eletroquímicas e foto-eletroquímicas 
a) Electroquímica 
b) Células de combustível 
a. Introdução 
b. Equações de equilíbrio 
c. Equações de cinéticas 
d. Diagnóstico – espectroscopia de impedância electroquímica 
e. Trabalho laboratorial 
c) Electrólise da água 
a. Introdução 
b. Electrólise a baixa e alta temperaturas
d) Eletroredução do CO2
a. Introdução
b. Eletroredução do CO2  a baixa e alta temperaturas
e) Baterias
a. Introdução
b. Princípio de funcionamento das baterias de chumbo e das baterias redox de caudal
c. Carregamento de baterias redox de caudal usando células fotoeletroquímicas
f) Células fotovoltaicas 
a. Introdução 
b. Princípio de funcionamento das células de silício 
c. Análogo elétrico das células de silício 
d. Células fotovoltaicas DSC 
e. Electroquímica dos semicondutores e foto-electroquímica 
f. Células fotoeletroquímicas para a clivagem da água 
g. Trabalho laboratorial

Bibliografia Obrigatória

David S. Ginley and David Cahen; Fundamentals of Materials for Energy and Environmental Sustainability, Cambridge University Press, 2012
Soteris A. Kalogirou; Solar Energy Engineering, Academic Press, 2009. ISBN: 978-0-12-374501-9
Ryan P. O.Hayre... [et al.]; Fuel cell fundamentals. ISBN: 978-0-470-25843-9
Craig A. Grimes, Oomman K. Varghese, Sudhir Ranjan; Light, water, hydrogen, Springer, 2008. ISBN: 978-0-387-33198-0
Godfrey Boyle; Reweable Energy, Oxford University Press, 2004. ISBN: 0-19-926178-4
Rui Castro; Uma Introdução às Energias Renováveis, IST, 2011. ISBN: 978-972-8469-01-6
Jenny Nelson; The physics of solar cells. ISBN: 978-1-86094-3492

Métodos de ensino e atividades de aprendizagem

As aulas são constituídas por um período de exposição, seguido de um período de resolução de problemas, discussão/debate e realização de trabalhos laboratoriais com escrita dos relatórios correspondentes. Os alunos serão ainda chamados a realizar trabalhos de pesquisa bibliográfica.

Palavras Chave

Ciências Tecnológicas > Engenharia > Engenharia química

Tipo de avaliação

Avaliação distribuída com exame final

Componentes de Avaliação

Designação	Peso (%)
Apresentação/discussão de um trabalho científico	12,50
Exame	75,00
Trabalho escrito	12,50
Total:	100,00

Componentes de Ocupação

Designação	Tempo (Horas)
Apresentação/discussão de um trabalho científico	10,00
Elaboração de projeto	10,00
Estudo autónomo	50,00
Frequência das aulas	30,00
Total:	100,00

Obtenção de frequência

Para a obtenção da frequência os alunos deverão ter realizado os trabalhos propostos que constituem a componente da avaliação distribuída.
Os alunos que já tenham obtido frequência em anos anteriores poderão optar pela realização dos trabalhos e exame, ou em alternativa apenas por exame final, a que corresponderá a sua classificação final.

Fórmula de cálculo da classificação final

CF= 0,25 x AD + 0,75 x EF

AD - avaliação distribuída

A avaliação distribuída consiste na elaboração de um trabalho escrito e sua apresentação oral seguida de discussão.

EF - exame final

Os alunos terão que obter uma classificação minima no exame final (EF) de 9 valores.

Avaliação especial (TE, DA, ...)

Exame único sem ponderação da avaliação contínua.

Melhoria de classificação

Exame único sem ponderação da avaliação contínua.