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PROGRAMA DOCENTE CURSO ACADÉMICO: 2001-2002 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 440 12 3 2 9 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 GRUPO A Manuel Eusebio Vázquez Alfaya Grupo A - Enrique Granada Alvarez Código 641 Grupo B - Jorge Carlos Morán González Grupo B - Profesor Asociado T3P6 9 + 3 = 12 853 3+3=6 Lugar e Horario Tutorías Despacho 115 (edifico nuevo) TUTORIAS Martes 11-14 Xoves 11-14 Despacho 116 (edifico nuevo) TUTORIAS Martes 11-14 Miércoles 11-14 0 + 7,5 = 7,5 Grupo A - Profesor Asociado T3P6 COORDINADOR GRUPO B Manuel Vázquez Vázquez Créditos (indicando A, L ou P) 655 6+0=6 1011 6 + 6 = 12 0 + 7,5 = 7,5 1 Despacho 216 (edifico nuevo) TUTORIAS Mércores 11-14 Xoves 9-11, 13-14 Despacho 218 (edifico nuevo) TUTORIAS Mártes 11-14 Mércores 11-14 PROGRAMA Parte 1: Termodinámica Fundamental Tema 1: Conceptos introductorios y definiciones 1. 2. 3. 4. 5. 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. 2. 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. 2. 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. 2. 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. 2. 3. 4. 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. 3. 4. 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: Termodinámica de la radiación solar 1. 2. 3. 4. 5. Propiedades termodinámicas de la radiación térmica Procesos irreversibles. Potencia mecánica obtenible de la energía solar Captadores. Centrales Tema 18: 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 19. 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 20: Equilibrio en reacciones químicas. 1. Termoquímica. 2. Leyes termoquímicas 4 3. 4. 5. 6. Aplicación del primer principio y segundo principio a reacciones químicas (combustión). Análisis exergético. Equilibrio químico Constante de equilibrio y composición. Equilibrio en reacciones múltiples. 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: La realización de las mismas es requisito obligatorio para poder presentarse a los exámenes. 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 (cvT), 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. 5 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 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 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. 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 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. El aprobado de este examen prodría ser requsito para aprobar el examen de problemas. Los exámenes parciales se evalúan de forma independiente, de tal manera que es necesario aprobar los dos para aprobar la asignatura. Prácticas de Laboratorio: La realización de las mismas es requisito obligatorio para poder presentarse a los exámenes. 9