Nombre: TERMODINÁMICA APLICADA Y FENÓMENOS DEL TRANSPORTE
Código: 523102005
Carácter: Obligatoria
ECTS: 6
Unidad Temporal: Cuatrimestral
Despliegue Temporal: Curso 2º - Primer cuatrimestre
Menciones/Especialidades:
Lengua en la que se imparte: Castellano
Carácter: Presencial
[CB1 ]. Que los estudiantes hayan demostrado poseer y comprender conocimientos en un área de estudio que parte de la base de la educación secundaria general, y se suele encontrar a un nivel que, si bien se apoya en libros de texto avanzados, incluye también algunos aspectos que implican conocimientos procedentes de la vanguardia de su campo de estudio
[CG01 ]. Capacitación científico-técnica para el ejercicio de la profesión de Ingeniero Técnico de Minas y conocimiento de las funciones de asesoría, análisis, diseño, cálculo, proyecto, construcción, mantenimiento, conservación y explotación
[CG03 ]. Capacidad para diseñar, redactar y planificar proyectos parciales o específicos de las unidades definidas en el apartado anterior, tales como instalaciones mecánicas y eléctricas y con su mantenimiento, redes de transporte de energía, instalaciones de transporte y almacenamiento para materiales sólidos, líquidos o gaseosos, escombreras, balsas o presas, sostenimiento y cimentación, demolición, restauración, voladuras y logística de explosivos
[CG04 ]. Capacidad para diseñar, planificar, operar, inspeccionar, firmar y dirigir proyectos, plantas o instalaciones, en su ámbito
[C04 ]. Comprensión y dominio de los conceptos básicos sobre las leyes generales de la mecánica y de la termodinámica y su aplicación para la resolución de los problemas propios de la ingeniería. Transferencia de calor y materia y máquinas térmicas
[T07 ]. Diseñar y emprender proyectos innovadores
R01 Aplicar los principios de la termodinámica para el cálculo de las prestaciones de los sistemas reales en sistemas cerrados y abiertos.
R02 Calcular las propiedades termodinámicas de los diferentes fluidos empleados en ingeniería térmica, con la ayuda de tablas y diagramas.
R03 Describir los ciclos de las máquinas térmicas más habituales, y calcular los flujos energéticos intercambiados (tanto en forma de calor como de trabajo) y su correspondiente rendimiento.
R04 Calcular el calor intercambiado por conducción y dimensionar las superficies de transferencia de calor conducción y dimensionar las superficies de transferencia de calor en paredes aisladas y en superficies aleteadas.
R05 Calcular procesos de transferencia de calor por convección libre y forzada.
R06 Calcular el calor intercambiado entre dos superficies por radiación y mediante mecanismos combinados (conducción/convección/radiación).
R07 Analizar, calcular y dimensionar intercambiadores de calor de tubos concéntricos y de carcasa-tubo.
R08 Seleccionar ideas de mejora en sistemas de intercambio de calor, aplicando criterios razonados.
R09 Analizar procesos, sistemas o servicios e identificar posibles mejoras.
Propiedades de las sustancias puras. Balances de energía y entropía en sistemas abiertos y cerrados. Fundamentos de máquinas térmicas. Mezclas reactivas y no reactivas. Transferencia de calor. Fenómenos de transporte.
UNIDAD DIDÁCTICA I. INTRODUCCIÓN. CONCEPTOS BÁSICOS
TEMA 1. CONCEPTOS BÁSICOS FUNDAMENTALES Y DEFINICIONES
Sistema, frontera, entorno. Clasificación de fronteras y sistemas, ejemplos. Magnitudes físicas y fundamentales. Notación. Propiedades y magnitudes termodinámicas, extensivas e intensivas. Tipos de procesos. Equilibrio térmico. Principio cero. Temperatura. Densidad y volumen específico. Presión. Definición de Termodinámica. Calor y trabajo. Convenio de signos. Energía interna. Equilibrio termodinámico.
TEMA 2. PROPIEDADES DE LAS SUSTANCIAS PURAS
Propiedades termodinámicas. Regla de Gibbs. Ecuación de Estado de una sustancia pura. Relaciones p-v-T. Diagramas termodinámicos. Transformaciones. Título de vapor. Cálculo de propiedades. Tablas termodinámicas. Aproximación para líquido subenfriado. Calor específico. Ejemplos de cálculo.
TEMA 3. PROPIEDADES DE LOS GASES
Ecuación de estado de los gases ideales y reales. Modelo de gas ideal. Modelo de gas perfecto. Ley de Mayer. Tipos de procesos. Ejemplos de cálculo.
UNIDAD DIDÁCTICA II. PRIMER PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA
TEMA 4. SISTEMAS CERRADOS
Tipos de energía. Primer principio de la termodinámica. Función de estado. Tipos de procesos. Trabajo de expansión o compresión. Trabajo de rozamiento. Procesos reversibles e irreversibles. Calor. Ejemplos de cálculo.
TEMA 5. SISTEMAS ABIERTOS
Definiciones. Conservación de la masa. Trabajo de flujo. Formas de expresar el primer principio en sistemas abiertos. Aplicación a turbina, compresor, bomba, tobera, difusor, válvula, intercambiadores y caldera. Ejemplos de cálculo.
UNIDAD DIDÁCTICA III. SEGUNDO PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA
TEMA 6. SEGUNDO PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA. BALANCES DE ENTROPÍA
Integrales de Clausius. Definición de entropía. Tipos de procesos. Diagramas termodinámicos. Rendimiento de Carnot. Rendimientos isentrópicos. Ejemplos de cálculo. Máquinas térmicas. Ciclos ideales y reales. Ciclos termodinámicos de potencia: Carnot / Bryton / Rankine / Otto, Diesel, Dual / rendimientos. Ciclos termodinámicos de refrigeración: máquina frigorífica / bomba de calor / expresiones de eficiencia. Ciclos reales. Sistemas avanzados. Ejemplos de cálculo.
UNIDAD DIDÁCTICA IV. FUNDAMENTOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR
TEMA 7. INTRODUCCIÓN A LA TRANSFERENCIA DE CALOR
Fundamentos de la transferencia de calor: Leyes de la Termodinámica y la Transferencia de Calor, Aplicación a sistemas cerrados y abiertos.
Mecanismos básicos: conducción, convección y radiación.
Método de las resistencias. Espesor óptimo de aislamiento. Radio crítico.
Ejemplos de cálculo.
UNIDAD DIDÁCTICA V. TRANSMISIÓN DE CALOR POR CONDUCCIÓN, CONVECCIÓN Y RADIACIÓN
TEMA 8. CONDUCCIÓN. SUPERFICIES EXTENDIDAS
Ecuación de la conducción de calor 1D: introducción, conductividad térmica, resistencia de contacto, generación interna de calor, balance de energía, ecuación de la conducción del calor 1D, pared plana, simetría cilíndrica, simetría esférica, euación unidimensional combinada de la conducción del calor 1D, ejemplos de cálculo conducción 1D.
Transmisión de calor en aletas: introducción. ecuación del calor para aletas, parámetros de caracterización de las aletas, sistemas aleta - pared, selección disipadores de calor. problemas de transferencia de calor en aletas.
TEMA 9. CONVECCIÓN
Introducción. Convección forzada (flujo externo e interno), libre y mixta. Ejemplos de cálculo.
TEMA 10. RADIACIÓN
Introducción. Cuerpo negro. Superficies grises. Ejemplos de cálculo.
UNIDAD DIDÁCTICA VI. INTERCAMBIADORES DE CALOR
TEMA 11. INTERCAMBIADORES DE CALOR
Introducción (generalidades, tipos de intercambiadores). Análisis de los intercambiadores de calor (coeficiente global de transferencia de calor, capacidad calorífica). Método LMTD. Método NTU. Selección de Intercambiadores de calor. Ejemplos de cálculo.
Práctica 1. Comportamiento p-V-T para el agua
La práctica consiste en la obtención de una parte de la curva de vaporización, p-V-T a partir de las medidas realizadas en el laboratorio. Se realiza en grupo.
Práctica 2. Análisis de un ciclo frigorífico por compresión mecánica simple
La práctica consiste en el análisis de un ciclo de refrigeración por compresión de vapor realizado en el laboratorio. Se realiza en grupo.
Práctica 3. Estudio de radiación en un cubo de Leslie
La práctica consiste en el análisis del fenómeno de radiación mediante un cubo de Leslie realizado en el laboratorio. Se realiza en grupo.
Práctica 4. Estudio de conducción de calor en sólidos
La práctica consiste en el análisis de la influencia de diferentes parámetros en la conducción de calor realizado en el laboratorio. Se realiza en grupo.
Práctica 5. Cálculo de propiedades termodinámicas
Cálculo de propiedades termodinámicas en aula de informática
Práctica 6. Cálculo de propiedades termodinámicos o problemas en el aula de informática.
Cálculo de propiedades termodinámicos o problemas en el aula de informática.
La Universidad Politécnica de Cartagena considera como uno de sus principios básicos y objetivos fundamentales la promoción de la mejora continua de las condiciones de trabajo y estudio de toda la Comunidad Universitaria. Este compromiso con la prevención y las responsabilidades que se derivan atañe a todos los niveles que integran la Universidad: órganos de gobierno, equipo de dirección, personal docente e investigador, personal de administración y servicios y estudiantes. El Servicio de Prevención de Riesgos Laborales de la UPCT ha elaborado un "Manual de acogida al estudiante en materia de prevención de riesgos" que puedes encontrar en el Aula Virtual, y en el que encontraras instrucciones y recomendaciones acerca de cómo actuar de forma correcta, desde el punto de vista de la prevención (seguridad, ergonomía, etc.), cuando desarrolles cualquier tipo de actividad en la Universidad. También encontrarás recomendaciones sobre cómo proceder en caso de emergencia o que se produzca algún incidente. En especial, cuando realices prácticas docentes en laboratorios, talleres o trabajo de campo, debes seguir todas las instrucciones del profesorado, que es la persona responsable de tu seguridad y salud durante su realización. Consúltale todas las dudas que te surjan y no pongas en riesgo tu seguridad ni la de tus compañeros.
UD I. INTRODUCTION
T.1. Introductory concepts and definitions
T.2. Evaluating properties
T.3. Gas properties
UD II. FIRST PRINCIPLE OF THERMODYNAMICS
T.4. Closed Systems
T.5. Open Systems
UD III. SECOND PRINCIPLE OF THERMODYNAMICS
T.6. Second principle. Entropy. Entropy balances
UD IV. FUNDAMENTS OF HEAT TRANSFER
T.7 Introduction to Heat Transfer
UD V. CONDUCTION, CONVECTION AND RADIATION
T.8 Conduction. Extended surfaces. Fins
T.9 Convection
T.10 Radiation
UD VI. HEAT EXCHANGERS
T.11. Heat exchangers
Clase en aula convencional: teoría, problemas, casos prácticos, seminarios, etc.
Explicación de contenidos teóricos de la asignatura
43
100
Clase en laboratorio: prácticas.
Experimentación en termodinámica y transmisión de calor: se pueden evaluar los resultados de aprendizaje R01 a R04.
10
100
Tutorías
Resolución de dudas y guía para el estudio
4
80
Clase en campo o aula abierta: prácticas.
Cálculos termodinámicos o de transmisión de calor con herramientas informáticas (cálculo de propiedades, cálculo de problemas de termodinámica y transmisión de calor con herramientas informáticas). Se pueden evaluar los resultados de aprendizaje R01 a R07.
Charlas, vídeos o conferencias sobre ingeniería energética. Resultados del aprendizaje R07 y R08
2
100
Actividades de evaluación (sistema de evaluación continua).
Exámenes escritos y otras pruebas evaluativas, incluyendo la exposición de trabajos si se requiere. Resultados del aprendizaje R01 a R09
5
100
Trabajo del estudiante: estudio o realización de trabajos individuales o en grupo.
Trabajo individual o en grupo para resolución de casos prácticos y realización de trabajos.
Estudio individual del temario de teoría y resolución de problemas de forma individual por parte del estudiante
116
0
Exámenes (orales o escritos)
Exámenes escritos en el que se evalúan los resultados de aprendizaje R01 a R07 de la asignatura. Se realizarán dos exámenes parciales correspondientes a cada uno de los bloques de la asignatura:
- Primer parcial: Termodinámica Aplicada. Resultados R01, R02, R03
- Segundo parcial: Transmisión de calor: Resultados R04, R05, R06, R07
Peso de la teoría: 40%. Peso de los problemas: 60% Es necesario obtener una nota mínima de 4 puntos sobre 10 en cada uno de los bloques (Termodinámica Aplicada y Transmisión de calor).
En la parte de teoría se valorará la comprensión de los conceptos más importantes de la asignatura. En la parte de ejercicios se valorará el análisis, la capacidad de cálculo y la discusión de los resultados.
75 %
Realización o exposición de trabajos (informes, ejercicios, entregables, casos prácticos, etc.), individualmente o en grupo
O bien resolución de problemas complejos relacionados con la asignatura que integren diversos aspectos de la misma, en los que se valorarán las ideas propuestas para la resolución de un problema práctico relacionado con la asignatura, o bien resolución de los ejercicios propuestos a lo largo del cuatrimestre. Se pueden evaluar los resultados de aprendizaje R01 a R07 y se evalúa el R08 y R09.
5 %
Evaluación de prácticas de laboratorio, informática o campo
Se evalúa el análisis e interpretación de los datos medidos en laboratorio, la relación de los resultados con la parte teórica de la asignatura, la realización de cálculos con herramientas informáticas, la corrección del informe técnico y la defensa oral del mismo en su caso. Se pueden evaluar los resultados de aprendizaje R01 a R09.
20 %
Técnicas de observación o registro (listas de control, rúbricas, etc.)
No se utiliza este curso
0 %
Exámenes (orales o escritos)
Exámenes escritos en el que se evalúan los resultados de aprendizaje R01 a R07 de la asignatura. Se realizarán dos exámenes parciales correspondientes a cada uno de los bloques de la asignatura:
- Primer parcial: Termodinámica Aplicada. Resultados R01, R02, R03
- Segundo parcial: Transmisión de calor: Resultados R04, R05, R06, R07
Peso de la teoría: 40%. Peso de los problemas: 60% Es necesario obtener una nota mínima de 4 puntos sobre 10 en cada uno de los bloques (Termodinámica Aplicada y Transmisión de calor).
En la parte de teoría se valorará la comprensión de los conceptos más importantes de la asignatura. En la parte de ejercicios se valorará el análisis, la capacidad de cálculo y la discusión de los resultados.
75 %
Realización o exposición de trabajos (informes, ejercicios, entregables, casos prácticos, etc.), individualmente o en grupo
O bien resolución de problemas complejos relacionados con la asignatura que integren diversos aspectos de la misma, en los que se valorarán las ideas propuestas para la resolución de un problema práctico relacionado con la asignatura, o bien resolución de los ejercicios propuestos a lo largo del cuatrimestre. Se pueden evaluar los resultados de aprendizaje R01 a R07 y se evalúa el R08 y R09.
5 %
Evaluación de prácticas de laboratorio, informática o campo
Se evalúa el análisis e interpretación de los datos medidos en laboratorio, la relación de los resultados con la parte teórica de la asignatura, la realización de cálculos con herramientas informáticas, la corrección del informe técnico y la defensa oral del mismo en su caso. Se pueden evaluar los resultados de aprendizaje R01 a R09.
20 %
Los resultados obtenidos en la evaluación continua se mantendrán en todas las convocatorias del presente curso para E01, E02 y E03. Además, si los resultados de cada parcial de E01 y el resultado de E03 superan los mínimos exigidos se mantendrá la nota para hacer media en la evaluación final.
La evaluación final de la asignatura consistirá en la recuperación de las actividades de evaluación continua que el estudiante no hubiese superado durante el curso. En la recuperación se evaluarán los mismos resultados del aprendizaje que en las actividades de evaluación continua equivalentes.
Autor: Incropera, Frank P.
Título: Fundamentos de transferencia de calor
Editorial: Prentice Hall Hispanoamericana
Fecha Publicación: 1999
ISBN: 9701701704
Autor: Çengel, Yunus A.
Título: Termodinámica
Editorial: McGraw-Hill
Fecha Publicación: 2013
ISBN: 9781456218232
Autor: Çengel, Yunus A.
Título: Transferencia de calor y masa fundamentos y aplicaciones
Editorial: McGraw-Hill
Fecha Publicación: 2011
ISBN: 9786071505408
Autor: Moran, Michael J.
Título: Fundamentos de termodinámica técnica
Editorial: Reverte
Fecha Publicación: 2015
ISBN: 9788429143799
Autor: Zueco Jordán, Joaquín
Título: 100 problemas resueltos de termodinámica aplicada
Editorial: Bellisco,
Fecha Publicación: 2010
ISBN: 9788492970018
Autor: Nellis, Gregory
Título: Heat transfer
Editorial: Cambridge University
Fecha Publicación: 2009
ISBN: 9780521881074
J.H. Lienhard IV, J.H. Lienhard V, A Heat Transfer Textbook, 5ª Ed, Phlogiston Press (2019). URL: http://ahtt.mit.edu
Programa informático Engineering Equation Solver (EES)
Add-in de excel: coolprop