CURSO 00/01

Asignatura: INGENIERIA TERMICA

Código de la asignatura: 1100

Código del Area........: 590

Titulación/Especialidad: INGENIERO TECNICO EN MECANICA

Curso y Semestre.......: 2B

Tipo(TRO,OBL,OPT)......: TRO
 
  Totales (Teóricos + Prácticos) : LM  SE  PA PL
Créd.Asignatura:
9 (4.5 + 4.5)
1.5
3.0
2.5
2.0

PROFESOR RESPONSABLE: Santiago RUIZ ROSALES
 

OBJETIVOS GENERALES DE LA ASIGNATURA

El objetivo de la asignatura es doble: por una parte, proporcionar a los alumnos las bases necesarias para otras asignaturas de cursos posteriores y, por otra, ofrecer conocimientos suficientes para la práctica profesional. Se suponen conocimientos de Física elemental y Cálculo.

Las áreas específicas de aplicación de la Ingeniería Térmica son enormes. A modo de ejemplo señalamos los motores de automoción, turbinas, compresores, bombas, centrales térmicas, sistemas de combustión, sistemas de calefacción, ventilación, aire acondicionado, refrigeración, bombas de calor, células de combustible,... y un largo etcétera.

En todas ellas se precisan conocimientos cuyos principios se imparten en esta asignatura. Para facilitar su aprendizaje, la asignatura se ha dividido en dos partes: Termodinámica Técnica y Transmisión de Calor. La primera sigue un esquema clásico con el estudio de los distintos Principios de la Termodinámica, flujo compresible, vapores, etc., y en la segunda parte se estudian los distintos métodos de transmisión de calor, haciendo hincapié en el estudio de los intercambiadores de calor. La asignatura concluye con un tema dedicado al estudio de la termodinámica de la refrigeración.

PROGRAMA RESUMIDO
 
Num
 Nombre del Tema Horas
1
 Conceptos fundamentales de la Termodinámica
2
2
 Primer principio de la Termodinámica
4
3
 Segundo principio de la Termodinámica
4
4
 Energía utilizable
2
5
 Estudio termodinámico de los fluidos condensables
2
6
 Flujo compresible. Toberas
4
7
 Introducción a las Máquinas Térmicas
2
8
 Ciclos de turbina de vapor
4
9
 Ciclos de turbina de gas
4
10
 Ciclos de motores alternativos
4
11
 Transmisión del calor. Principios fundamentales
2
12
 Conducción
2
13
 Convección
4
14
 Radiación
2
15
 Termodinámica de la refrigeración
3

PROGRAMA DETALLADO

1. CONCEPTOS FUNDAMENTALES DE LA TERMODINAMICA.

1. 1. Sistemas termodinámicos. Clasificación

1. 2. Estados de equilibrio

1. 3. Variables termodinámicas y ecuaciones de estado

1. 4. Transformaciones termodinámicas

1. 4. 1. Procesos reversibles e irreversibles

1. 4. 2. Transformaciones teóricas

1. 4. 3. Transformación politrópica

1. 5. Comportamiento de los fluidos condensables

1. 6. Gases perfectos. Ecuación de los gases perfectos

1. 7. Gases reales

1. 7. 1. Ecuación de Van der Waals

1. 7. 2. Ecuación técnica de estado

2. PRIMER PRINCIPIO DE LA TERMODINAMICA

2. 1. Interacciones termodinámicas. Energía

2. 2. Trabajo

2. 3. Energía interna

2. 4. Calor

2. 5. Calores específicos

2. 6. Forma general del Primer Principio de la Termodinámica. Entalpía

3. SEGUNDO PRINCIPIO DE LA TERMODINAMICA

3. 1. Ciclos. Concepto de rendimiento térmico

3. 2. Ciclo de Carnot

3. 3. Enunciados del Segundo Principio de la Termodinámica

3. 4. Entropía

3. 5. Primer Principio en función de la entropía

3. 6. Determinación absoluta de la entropía. El Tercer Principio

3. 7. Diagramas entrópicos

4. ENERGIA UTILIZABLE

4. 1. Introducción

4. 2. Cálculo del trabajo máximo disponible

4. 2. 1. Sistema cerrado

4. 2. 2. Sistema abierto

4. 3. Disipación de exergía en procesos irreversibles

4. 4. Utilización del diagrama h-s en el cálculo de la exergía

5. ESTUDIO TERMODINAMICO DE LOS FLUIDOS CONDENSABLES

5. 1. Estudio de vapores

5. 1. 1. Presión y temperatura de saturación

5. 1. 2. Volúmenes específicos y título de vapor

5. 1. 3. Entalpías y entropías específicas

5. 1. 4. Tablas termodinámicas de un vapor. Diagrama de Mollier

5. 2. Diagramas de estado de los gases reales

5. 2. 1. Diagrama T-s

5. 2. 2. Diagrama h-s

5. 2. 3. Diagrama p-h

5. 3. Ciclo de Carnot para un fluido condensable

6. FLUJO COMPRESIBLE. TOBERAS

6. 1. Ecuaciones fundamentales de los procesos de corriente

6. 2. Procesos de derrame

6. 3. Derrame adiabático

7. INTRODUCCION A LAS MAQUINAS TERMICAS

7. 1. La máquina de fluido

7. 2. El motor térmico

7. 3. Motores de combustión externa e interna

7. 4. Máquinas de desplazamiento positivo y turbomáquinas

7. 5. Clasificación general de las máquinas térmicas

8. CICLOS DE TURBINAS DE VAPOR

8. 1. Ciclo de Rankine

8. 2. Ciclo de Rankine con recalentamiento

8. 3. Ciclo de Rankine con recalentamiento intermedio del vapor

8. 4. Ciclo real de Rankine

8. 5. Ciclo regenerativo

9. CICLOS DE TURBINAS DE GAS

9. 1. Generalidades

9. 2. Ciclo simple

9. 3. Ciclo simple regenerativo

9. 4. Ciclos compuestos

9. 5. Ciclo cerrado

10. CICLOS DE MOTORES ALTERNATIVOS

10. 1. Introducción

10. 2. Clasificación de los motores de combustión interna alternativos

10. 2. 1. Según el proceso de combustión

10. 2. 2. Según el modo de realizar el ciclo

10. 2. 3. Según el tipo de refrigeración

10. 2. 4. Según el número y disposición de los cilindros

10. 2. 5. Según la presión de admisión

10. 3. Características típicas de los MEP y de los MEC

10. 4. Ciclos teóricos de funcionamiento de los MCIA

10. 4. 1. Ciclo de aire equivalente de volumen constante

10. 4. 2. Ciclo de aire equivalente de presión limitada

11. TRANSMISION DEL CALOR. PRINCIPIOS FUNDAMENTALES

11. 1. Introducción

11. 2. Transmisión del calor por conducción

11. 3. Transmisión del calor por convección

11. 4. Transmisión del calor por radiación

11. 5. Mecanismos combinados de transmisión del calor

12. CONDUCCION

12. 1. Flujo de calor. Ley de Fourier

12. 2. Ecuación de conducción

12. 3. Conducción en régimen estacionario y unidireccional sin generación

12. 3. 1. Conducción a través de una pared plana

12. 3. 2. Conducción a través de una pared cilíndrica

12. 3. 3. Conducción a través de una esfera hueca

12. 3. 4. Conducción a través de paredes compuestas

12. 3. 5. Coeficiente global de transferencia

12. 3. 6. Espesor de aislamiento crítico para un cilindro

12. 3. 7. Optimo económico de un aislante

12. 4. Conducción en régimen estacionario y unidireccional con generación de energía

12. 4. 1. Conducción a través de una pared plana

12. 4. 2. Conducción radial en un cilindro con generación uniforme

12. 5. Transferencia de calor mediante aletas

12. 5. 1. Aleta recta de espesor uniforme

12. 5. 2. Rendimiento de una aleta

13. CONVECCION

13. 1. Conceptos fundamentales

13. 1. 1. Introducción

13. 1. 2. Diferentes modos de convección

13. 1. 3. Propiedades físicas de un fluido

13. 2. Parámetros adimensionales para la correlación de los datos de convección

13. 3. Correlación de datos

13. 4. Relaciones técnicas correspondientes a la convección forzada

13. 4. 1. Convección forzada en flujos a través de tubos y conductos

13. 4. 2. Transferencia de calor por convección forzada en flujo externo

13. 5. Relaciones técnicas correspondientes a la convección natural

13. 5. 1. Convección natural en planos y cilindros verticales

13. 5. 2. Convección natural en cilindros horizontales, esferas y bloques

13. 5. 3. Convección libre en espacios cerrados

13. 6. Transferencia de calor por condensación

14. RADIACION

14. 1. Introducción

14. 2. Propiedades de la radiación

14. 3. Intercambio de energía radiante entre dos planos extensos y paralelos

14. 4. Intercambio de calor radiante entre cualquier fuente y cualquier receptor

14. 4. 1. Intercambio radiactivo entre superficies negras

14. 4. 2. Intercambio radiactivo entre superficies grises

15. TERMODINAMICA DE LA REFRIGERACION

15. 1. Métodos de producción de frío

15. 2. Inversión de la máquina térmica

15. 3. Máquina frigorífica y bomba de calor

15. 4. Ciclos en máquinas frigoríficas de vapor

15. 4. 1. Ciclo frigorífico de Carnot para un fluido condensable

15. 4. 2. Ciclo teórico por compresión mecánica de un vapor

15. 4. 3. Ciclo real o práctico por compresión mecánica de un vapor

15. 4. 4. Modificaciones del ciclo real por compresión mecánica de un vapor

15. 4. 5. Compresión múltiple

15. 5. Sistemas no convencionales de producción de frío

DESCRIPCION DE LAS PRACTICAS DE LABORATORIO
 
 
Titulo de la práctica Horas
Ciclos teóricos de motores alternativos de combustión interna 3
Ciclos de turbina de vapor 3
Ciclos de turbina de gas 3
Toberas 3
Transmisión de calor por conducción 3
Transmisión de calor por convección 3
Refrigeración / Bomba de calor 2

Notas:

Objetivos de las prácticas: En esta práctica se simularán los ciclos teóricos más comunes de los motores de combustión interna alternativos, viendo cual es la influencia de cada uno de los parámetros: relación de compresión, temperatura de admisión, presión de sobrealimentación,... Se estudiarán los ciclos más comunes de vapor de agua (ciclo de Rankine), viendo cual es el efecto del recalentamiento y la regeneración, técnicas ampliamente utilizadas en las instalaciones actuales. Estudio de los ciclos típicos de las turbinas de gas (ciclo de Brayton), viendo las tendencias que sigue el rendimiento en función de toda una serie de parámetros. Del mismo modo, se verá cual es la ventaja de introducir la regeneración en el ciclo. Se estudiará el proceso de expansión en una tobera, explorando todos los regímenes de funcionamiento posibles, tanto subsónicos como supersónicos. Esta práctica hace ver con mucha claridad las peculiaridades que presenta el flujo compresible. La práctica consiste en ver la solución de la ecuación de Fourier en diferentes configuraciones, jugando con las diferentes conductividades de los materiales. Los resultados se pueden aplicar fácilmente al diseño de aislamientos en conductos. Esta práctica tiene por objetivo familiarizar al alumno con el mecanismo de transmisión de calor por convección. Se verá la influencia que tienen los diferentes parámetros en acelerar o frenar la transmisión de calor por este mecanismo, lo cual ayuda a entender como se diseñan los intercambiadores de calor. En esta práctica el alumno se familiarizará con una instalación de bomba de calor / ciclo de refrigeración. Se pretende que el alumno vea como son los diferentes elementos que componen la instalación, así como descubrir las soluciones técnicas que se utilizan para resolver los problemas que aparecen al intentar materializar un ciclo termodinámico en una instalación.
  MÉTODO DE EVALUACION DE LA ASIGNATURA BIBLIOGRAFIA DE LA ASIGNATURA

BÁSICA:

MATAIX, C. "Termodinámica Técnica y Máquinas Térmicas". Ed. I.C.A.I. Madrid 1978.
MORAN, M.J.; SHAPIRO, H.N. "Fundamentos de Termodinámica Técnica". Ed. Reverté. Barcelona 1993.
SEGURA, J. "Termodinámica Técnica". Ed. AC. Madrid 1980.
KREITH, F.; BLACK, W. Z. "La Transmisión del Calor. Principios Fundamentales". Ed. Alhambra. 1983.

COPLEMENTARIA:

AGÜERA SORIANO, J. "Termodinámica Lógica y Motores Térmicos". Ed. Ciencia 3. Madrid 1993.
CHAPMAN, A. J. "Transmisión del Calor". Ed. Bellisco. Madrid 1990.

PUBLICACIONES DOCENTES:

PEIDRO, J.L.; PASTOR, J.V.; SANCHEZ, J. "Apuntes de Ingeniería Térmica", SPUPV 96.1479.
BROATCH, A.; GALINDO, J.; PAYRI, R. "Problemas de Ingeniería Térmica". SPUPV 98.726.

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