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PROGRAMA DOCENTE
CURSO ACADÉMICO: 2002-2003
Código da materia
Nome da materia
Tipo materia (libre elección, optativa, obrigatoria, troncal)
Alumnos novos
Alumnos totais
Créditos aula/grupo (A)
Créditos laboratorio/grupo (L)
Créditos prácticas/grupo (P)
Número grupos Aula
Número grupos Laboratorio
Número grupos Prácticas
Anual /Cuatrimestral
Departamento
3041 00 305
TERMODINÁMICA
OBRIGATORIA
469
12
3
2
11
ANUAL
INGENIERÍA MECÁNICA MÁQUINAS Y MOTORES
TÉRMICOS Y DE FLUIDOS
MÁQUINAS Y MOTORES TÉRMICOS
Área de coñecemento
DATOS DO DEPARTAMENTO:
INGENIERÍA MECÁNICA MÁQUINAS Y MOTORES
TÉRMICOS Y DE FLUIDOS
PROFESORADO DA MATERIA
Nome profesor/a
COORDINADOR
Manuel Eusebio Vázquez Alfaya
Jorge Carlos Morán González
Código
Créditos
(indicando A, L ou P)
641
1011
6+0=6
7,5 + 2 = 9,5
Profesor Visitante
x+y=z
Profesor Visitante
x+y=z
Profesor Visitante
x+y=z
1
Lugar e Horario Tutorías
Despacho 115 (edifico nuevo)
TUTORIAS
Martes 11-14
Xoves 11-14
Despacho 218 (edifico nuevo)
TUTORIAS
Mártes 18-20
Mércores 18-20
Xoves 18-20
PROGRAMA
Parte 1: Termodinámica Fundamental
Tema 1: Conceptos introductorios y definiciones
1.
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4.
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6.
Sistemas termodinámicos
Propiedades, estados, procesos y equilibrio
Unidades de masa, longitud, tiempo y fuerza
Volumen específico y presión
Temperatura
Metodología para resolver problemas de Termodinámica
Tema 2: La Energía y el Primer Principio de la Termodinámica
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Concepto mecánico de la energía
Energía transferida mediante trabajo
Energía de un sistema
Transferencia de emergía mediante calor
El balance de energía en sistemas cerrados
Análisis energético de ciclos
Tema 3: Propiedades de una sustancia pura, simple y compresible
1.
2.
3.
4.
5.
El principio de estado
La relación p-v-T
Valores de las propiedades termodinámicas
La relación p-v-T para gases
El modelo de gas ideal
Tema 4: Análisis energético de sistemas abiertos
1.
2.
3.
4.
Conservación de la masa para un volumen de control
Conservación de la energía para un volumen de control
Análisis de volúmenes de control en estado estacionario
Análisis de transitorios
Tema 5: El Segundo Principio de la Termodinámica
1.
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3.
4.
5.
6.
7.
Introducción
Formulaciones del segundo principio
Procesos reversibles e irreversibles
Corolarios del segundo principio para ciclos termodinámicos
La escala Kelvin de temperatura
Medidas del rendimiento máximo para ciclos de potencia, refrigeración y bomba de calor operando entre dos
reservorios
El Ciclo de Carnot
Tema 6: Entropía
1.
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3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
La Desigualdad de Clausius
Definición del cambio de entropía
Entropía de una sustancia pura, simple, y compresible
Cambio de entropía en procesos internamente reversibles
Balance de entropía para sistemas cerrados
Balance de entropía para volúmenes de control
Procesos isoentrópicos
Rendimientos isoentrópicos de turbinas, toberas, compresores y bombas
Transferencia de calor y trabajo en procesos de flujo estacionario internamente reversibles
2
Tema 7: Análisis Exergético
1.
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3.
4.
5.
6.
Introducción
Exergía
Balance de exergía para sistemas cerrados
Exergía de flujo
Balance de exergía para volúmenes de control
Eficiencia termodinámica
Tema 8: Ecuaciones de estado de sustancias reales
1.
2.
3.
4.
5.
Ecuaciones de estado de loa gases reales
Ecuación de estado generalizada del factor de compresibilidad. Correlación generalizada
Comportamiento generalizado en el estado líquido
Ecuaciones de estado de sistemas distintos al PVT
Relaciones entre derivadas
Tema 9: Propiedades termodinámicas en sistemas de un componenete
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Ecuación de Clausius-Clapeyron.
Calculo de las propiedades termodinámicas de los vapores y gases reales.
Concepto de discrepancia
Calculo de propiedades termodinámicas mediante tablas y diagramas.
Construcción de diagramas termodinámicos a partir de datos generalizados.
Estrangulación de gases reales. Efecto Joule-Thomson .
Tema 10: Relaciones termodinámicas derivadas del Primer y Segundo Principio. Criterios de
equilibrio
1.
2.
3.
4.
Funciones termodinámicas.
La ecuación fundamental de la Termodinámica
Ecuaciones Tds. Formula generalizada de Mayer.
Equilibrio y espontaneidad en sistemas de un componente
Parte 2: Termodinámica Técnica
Tema 11: Procesos de derrame y de trabajo en sistema abiertos
1.
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3.
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5.
6.
7.
Procesos de derrame.
Procesos de derrame adiabático.
Procesos de derrame no adiabáticos.
Proceso de derrame con cambios de estado isoentrópico.
Procesos adiabáticos de trabajo.
Procesos no adiabáticos de trabajo.
Compresor alternativo.
Tema 12: Introducción al análisis termodinámico de las máquinas Térmicas. Motores de
Combustion Interna Alternativos
1. Las máquinas térmicas.
2. Motores de combustión interna y externa.
3. Máquinas alternativas y rotatorias.
4. Cogeneración
5. Etapas de funcionamiento del motor.
6. Diagramas.
7. Modelado de los procesos reales.
8. Análisis exergético.
9. Comparación de los ciclos Otto y Diesel.
10. Ciclo Dual o ciclo de Seiliger.
11. Otros cíclos
3
Tema 13: Ciclo de turbina de gas
1.
2.
3.
4.
5.
Instalaciones de Turbina de Gas.
Ciclo Brayton ideal.
Análisis exergético.
Criterios generales para la mejora del rendimiento
Ciclos Brayton-Ericsson-Carnot.
Tema 14: Ciclo de turbina de vapor
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Funcionamiento de las instalaciones de Turbina de Vapor.
Rendimiento térmico.
Análisis exergético.
Criterios generales para la mejora del rendimiento.
Ciclos de vapor con presión supercrítica.
Ciclos de vapor binarios
Ciclos combinados
Tema 15: Ciclos de refrigeracion y criogénicos
1.
2.
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5.
6.
7.
Consideraciones generales.
Ciclo de refrigeración por compresión de un vapor.
Modificaciones del ciclo.
Ciclos frigoríficos de gas
Refrigeración por absorción.
Ciclos criogénicos.
Análisis exergético del proceso de licuación de gases.
Tema 16. Otros sistemas de conversión energética
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Sistemas directos de conversión energética.
Efectos termoeléctricos .
Convertidor termoeléctrico.
Convertidores termoiónicos.
Células de combustible.
Generador magnetohidrodinámico MHD
Tema 17: Sistemas multicomponentes
1.
2.
3.
4.
Conceptos generales. Sistemas homogéneos multicomponentes.
Fugacidad y actividad en sistemas multicomponentes. Mezclas ideales
Propiedades termodinámicas de las mezclas reales
Estimación de las propiedades de mezclas en sistemas líquidos y sólidos
Tema 18. Equilibrios de fases en sistemas multicomponentes.
1.
2.
3.
4.
5.
Conceptos Generales. Sistemas heterogéneos.
Equilibrio líquido-vapor
Equilibrios entre fases
Termodinámica del aire húmedo. Fundamentos del acondicionamiento de aire.
Diagrama psicrométrico.
Tema 19: Equilibrio en reacciones químicas.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Termoquímica.
Leyes termoquímicas
Aplicación del primer principio y segundo principio a reacciones químicas (combustión).
Análisis exergético.
Equilibrio químico
Constante de equilibrio y composición. Equilibrio en reacciones múltiples.
4
Docencia práctica
As prácticas de pizarra (exemplos e problemas) complementan e aclaran a docencia teórica. As
prácticas de laboratorio teñen lugar no laboratorio docente da área de máquinas e motores térmicos,
e poderan complemetaranse con visitas a instalacions. Prácticas de Laboratorio: a realización das
mesmas será requisito obrigatorio para poder aprobar a asignatura.
PROGRAMA DE PRACTICAS DE LABORATORIO Y TRABAJOS PRACTICOS
PARTE 1
Práctica 1.EL AIRE COMO GAS IDEAL. LEYES DE BOYLE- MARIOTE, GAY-LUSSAC Y AMONTONS.
Estudiar el aire a temperaturas próximas a la del ambiente comprobando que su comportamiento responde al modelo de
gas ideal por cumplir las leyes de Boyle-Mariote, Gay-Lussac y Amontons.
Práctica 2.MASA MOLECULAR DEL ALCOHOL ETÍLICO.
Calcular la masa molecular del alcohol etílico por evaporación del mismo a presión atmosférica, a través del método de
densidad de vapor de Viktor Meyer,.
Práctica 3.CALIBRACIÓN DE UN CALORÍMETRO.
Calibrar el calorímetro determinando la capacidad calorífica conjunta, Capacidad Calorífica de los elementos que
conforman el equipo excepto el agua, de la que ese dato ya es conocido.
Práctica 4.COMPROBACIÓN DE LAS LEYES TERMODINÁMICAS EN PROCESOS ADIABÁTICOS E ISOTÉRMICOS EN
GASES Y EL TRABAJO INTERCAMBIADO
Medir el trabajo intercambiado por el gas y compararlo con la variación de energía interna (cvT), así como con el
trabajo teórico. Determinación de , cociente de los calores específicos del gas (cp/cv), en gases monoatómicos,
diatómicos y poliatómicos
PARTE 2
Práctica 5.ESTUDIO TERMODINÁMICO DEL MOTOR STIRLING, TRABAJANDO COMO MOTOR Y COMO
REFRIGERADOR
Determinación de la energía y potencia mecánica proporcionadas por un motor que sigue un ciclo de Stirling en función
de su velocidad de giro. Posteriormente se representa gráficamente obteniendo la curva característica de potencia
efectiva del motor. Asimismo, se realizará la determinación de la potencia eléctrica efectiva proporcionada por un
motor que sigue un ciclo de Stirling, en dos modos de trabajo, en función del número de revoluciones por minuto para
representarlo gráficamente.
Práctica 6.ESTUDIO DE UN CICLO DE VAPOR
Se realizará el experimento de la “caldera de Marcet” para determinar la relación entre la presión y la temperatura del
vapor saturado. También, un estudio del rendimiento isoentrópico de un motor de vapor de alta velocidad en función de
la presión de entrada. Aplicación del Primer Principio (balance de energía) a cada uno de los elementos constitutivos de
la central: caldera, motor de vapor, condensador y bomba de alimentación y determinación de sus rendimientos
termodinámicos. Análisis del ciclo de Rankine. Balance de exergía del ciclo
5
Práctica 7.ENTALPÍA DE COMBUSTIÓN DE UN COMBUSTIBLE LÍQUIDO.
Determinar la entalpía de combustión del etanol en un calorímetro abierto, previamente calibrado, usando aire como
comburente.
Práctica 8.ENTALPÍA DE COMBUSTIÓN DE UN COMBUSTIBLE GASEOSO.
Determinar la entalpía de combustión de un gas comercial en un calorímetro abierto, previamente calibrado, usando aire
como comburente.
Práctica 9.COMPROBACIÓN Y BALANCES ENERGÉTICO Y EXERGÉTICO DE LOS CICLOS DE REFRIGERACIÓN Y
BOMBA DE CALOR
Los sistemas de producción que se estudian son: Aire frío, por el sistema de aire-aire - Aire frío, por el sistema aguaagua - Aire caliente, por el sistema aire-aire - Aire caliente, por el sistema agua-agua. En ellos se determina: Aplicación
del Principio de Conservación de la masa y de la energía a cada uno de los componentes - Balance del ciclo refrigerante
en funcionamiento en ciclo de verano e invierno, calefacción-bomba de calor - Estudio del diagrama psicrométrico Determinación del calor latente y sensible - Determinación del rendimiento y coeficiente frigorífico del ciclo - Balance
exergético del ciclo
Práctica 10.PROGRAMA DE SIMULACIÒN DE CICLOS TERMODINÁMICOS. SISCECT
6
TERMODINÀMICA - INGENIERÍA INDUSTRIAL
Pag. 7
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Bibliografía General
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Adamson A. W., <<Química Física>>. Barcelona: Editorial Reverté, 1977.
Adkins C. J., <<Termodinámica del Equilibrio>>. Barcelona: Ed. Reverté, 1977
Agüera Soriano, J., <<Termodinámica Lógica y Motores Térmicos>>. Madrid: Ed. Ciencia 3, 1993
Aguilar Peris J., <<Curso de Termodinámica>>Alhambra Longman, 1996
Baher H. D., <<Tratado Moderno de Termodinámica. Teoría y Aplicaciones Técnicas>>. Barcelona: K. Monteso, 1979.
Gómez Ribelles, J.L., <<Termodinámica. Análisis exergético>>Ed. Reverté., 1990
Karlekar B.V., <<Thermodynamics for Engineers>>. New Jersey: Prentice-Hall, Inc., 1983.
Kirillin V.A., Sichev V.V. y Sheindlin A.E., <<Termodinámica Técnica>>. Moscú: Ed. MIR, 1980.
Lacalle, J.M., <<Termodinámica>> Madrid: Servicio de Publicaciones ETSII, 1997
Mataix C., <<Turbomáquinas Térmicas>>. Madrid: Dossat, 1973.
Moran M.J. y Shapiro H.N., <<Fundamentos de Termodinámica Técnica>>. Barcelona: Reverté, 1993
Palacios J., <<Termodinámica Aplicada>>. Madrid: I.N.T.A., 1970.
Reynolds C.W. and Perkins H.C., <<Ingeniería Termodinámica>>. New York: Mc Graw-Hill, 1980.
Sala Lizarraga, J.M., <<Termodinámica de Fluidos y el Método de Análisis Exergético>>Servicio Editorial Univ. del
País Vasco, 1987
Sears F.W. y Salinger G.L., <<Termodinámica, Teoría cinética y Mecánica Estadística>>. Barcelona: Ed. Reverté, 1978.
Segura J., <<Termodinámica Técnica>>. Barcelona: Ed. Reverté 1994.
Tejerina F., <<Termodinámica: teoría y problemas con soluciones programadas>> Alfa Centauro, 1986.
Zemansky M.W. y Dittman R.H., <<Calor y Termodinámica>>. Madrid: Mc Graw- Hill, 1981.
M.E. Vázquez Alfaya, <<Apuntes de Termodinámica>>
Libros de texto
Título
Autor
Editorial
FUNDAMENTOS DE TERMODINÁMICA TECNICA
Morán Shapiro
Reverte
THERMODYNAMICS FOR ENGINEERS
Karlekar B.V
Prentice-Hall, Inc., 1983.
TERMODINAMICA
Yunus A. Cengel
Mc Graw-Hill
TERMODINAMICA
K Wark
Mc Graw-Hill
TERMODINAMlCA TÉCNlCA
Jose Segura
Reverte
TRATADO MODERNO DE TERMODINAMlCA
H. D. Baher
Monteso
PRINClPIOS DE TERMODINAMICA PARA INGENIEROS
J R Howell-RO.Buckins
Mc Graw-Hill
PRINCIPIO DE LOS PROCESOS QUIMICOS. Vol. II - TERMOD.
Hougen-Watson-Ragatz
Reverte
TERMODINAMICA QUIMlCA PARA lNGENIEROS
R E. Balzhiser
TERMODINAMICA DEL EQUILIBRIO
Aguirre
Interamericana
TERMODINÁMICA. TEORÍA Y PROBLEMAS
Abbott M.M. y Van Ness H.C.,
Mc Graw-Hill, 1975
Apuntes de la asignatura
 M.E. Vázquez Alfaya, <<Apuntes de Termodinámica>> (En fotocopiadora)
7
Prentice/Hall Internacional
TERMODINÀMICA - INGENIERÍA INDUSTRIAL
Pag. 8
Libros de problemas y software de aplicación
Título
Autor
Editorial
Problemas Resueltos de Termodinámica Técnica:
Primer y Segundo Principio
Vázquez Vázquez, M
Servicio de Publicaciones de
la Universidad de Vigo, 1997
SISCECT. Simulación y cálculo de ciclos
termodinámicos
Problemas de Termodinámica Técnica
J.M. Alarcón, Granada
Alvarez E. Y M.F.
Alafaya
Segura J., y Rodriguez J
Bellisco
Biblioteca Técnica
Universitaria
Barcelona: Ed. Reverté, 1990
Problemas de Termodinámica Técnica
T. Andrianova
Mir
Termodinámica Técnica. Teoría, Ejemplos y Problemas
Boxer G.
Ed. Reverté, 1993
Problemas de termodinámica
Lacalle-Nieto
E.T.S.I.I. Madrid
Problemas resueltos de Termodinámica
Cañada, J.; Díaz R.;
Gómez. J.L
Pistono, J
Servicio de Publicaciones,
UPV 1996
Servicio de Publicaciones
Univ. de Oviedo, 1989
Pellicer J. y Tejerina F., Secretariado de Publicaciones
Univ. de Valladolid, 1997
Ortíz Cañavate, J
ETSI Agronomos, 1983
Termodinámica para Ingenieros (problemas)
Problemas de termodinámica con soluciones
programadas
Cien problemas de termodinámica para ingenieros
2000 Solved Problems in Mechanical Engineering
Thermodynamics
Liley, P.E.
Mc Graw-Hill, 1989
Problemas de Termodinámica
Mexico: UTEHSA, 1990.
Problemas Programados de Termodinámica
Faires V.M., Sinmag
C.H. y Brewer A.V.,
Braun E. y Wait E.T
Problemas de termodinámica aplicada
Richter, H
Ed. Labor, 1961
Problemas de Termodinámica
Ruiz V. y Cañada J.,
Problemas resueltos de Termodinámica y Motores
Palomar, C. [et alt.],
Servicio de Publicaciones
ETSII de Valencia, 1976.
Jaen: Universidades y
Academias, 1994
8
Reverté, 1973.
TERMODINÀMICA - INGENIERÍA INDUSTRIAL
Pag. 9
MÉTODO DOCENTE:
A docencia teórica e práctica desenvólvese seguindo o programa da materia, o cal explícase a principio
de curso. As explicacións verbais van acompañadas dos desenrolos matemáticos, debuxos e esquemas
na pizarra, así como de transparencias e apuntes cando é necesario. Foméntase a participación activa
dos alumnos nas clases.
SISTEMA DE VALIDACIÓN
Exámenes:
Contenido:
La asignatura se divide en dos partes, realizándose un examen al final de cada parte.
Estos exámenes coincidirán, en la medida de lo posible, con el final de cada
cuatrimestre. Se podrá exigir además para aprobar por curso un examen eliminatorio del
Tema 1
Fundamentalmente consistirá de Problemas
Puede haber examen de Teoría (hasta 25% de la nota) con cuestiones tipo test y/o
preguntas cortas razonadas.
Prácticas de Laboratorio:
La realización de las mismas es requisito obligatorio para aprobar la
asignatura y se realizara un examen de las mismas con calificación Apto/No Apto
9