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Academic Year/course: 2018/19

536 - Master's in Mechanical Engineering

66420 - Numerical and experimental methods in thermal engineering


Syllabus Information

Academic Year:
2018/19
Subject:
66420 - Numerical and experimental methods in thermal engineering
Faculty / School:
110 - Escuela de Ingeniería y Arquitectura
Degree:
536 - Master's in Mechanical Engineering
ECTS:
6.0
Year:
1
Semester:
First semester
Subject Type:
Compulsory
Module:
---

4.1. Methodological overview

The methodology followed in this course is oriented towards achievement of the learning objectives. A wide range of teaching and learning tasks are implemented, such as:

1) Lectures, given to the whole group, where the teacher explains the basics of the course and solves some representative real problems useful for future professional practice. Student participation is encouraged. At the same time, autonomous work is necessary for a better use of the sessions.

2) Laboratory sessions and computer lab sessions, which are distributed throughout the semester and whose evaluation will be part of the final mark of the course. Groups of two students will be formed in order to encourage learning and teamwork. 

3) Guided assignment in small groups (ideally in pairs): with a computer tool, students analyze and solve a problem of the course. This enhances independent study and learning and its application to find the solutions of the proposed exercises.

4) Exercises, questions and additional problems to those solved during classes. With these tools the autonomous work is encouraged, studying the topics and applying them to find the solutions of the proposed exercises. Although this activity is supervised by the teacher, self-execution is fundamental for the student learning process and for evaluation purposes. 

5) In tutorials the teacher will provide student with certain procedures for the approach and problem-solving exercises. The use of these tutorials is highly recommended to ensure adequate progress in learning.

4.2. Learning tasks

The course includes the following learning tasks: 

  • Lectures (theory and problems)
  • Laboratory sessions and Computer lab sessions (type 3)
  • Practice sessions (type 6)

4.3. Syllabus

The course will address the following topics:

SECTION 1. EXPERIMENTAL TECHNIQUES

Topic 1. Uncertainty: generation and propagation

Measurement of basic thermal properties

Topic 2. Temperature

Measurement of basic thermophysical properties

Topic 3. Specific heat and enthalpy

Topic 4. Thermal conductivity

Topic 5. Rheological properties

Measurement of fuels and flue gases properties

Topic 6. Flue gases detection and measurement techniques

Topic 7. Measurement of basic fuel properties

Topic 8. Applications

SECTION 2. NUMERICAL TECHNIQUES

Topic 1. Numerical methods in heat conduction

Topic 2. Numerical methods for rating/dimensioning thermal equipment

Topic 3. Numerical methods for rating/dimensioning thermal installations

Topic 4. Numerical methods in thermal radiation heat transfer

 

Laboratory sessions/Computer lab sessions

  1. Temperature measurement
  2. Specific heat and thermal conductivity of selected substances
  3. Experimental determination of solid fuel properties: heating value, proximate composition and particle size distribution
  4. CFD simulation of a diffusive-convective problem
  5. CFD simulation of a radiative heat problem

4.4. Course planning and calendar

Further information concerning the timetable, classroom, office hours, assessment dates and other details regarding this course, will be provided on the first day of class.

 


Curso Académico: 2018/19

536 - Máster Universitario en Ingeniería Mecánica

66420 - Métodos numéricos y experimentales en Ingeniería Térmica


Información del Plan Docente

Año académico:
2018/19
Asignatura:
66420 - Métodos numéricos y experimentales en Ingeniería Térmica
Centro académico:
110 - Escuela de Ingeniería y Arquitectura
Titulación:
536 - Máster Universitario en Ingeniería Mecánica
Créditos:
6.0
Curso:
1
Periodo de impartición:
Primer semestre
Clase de asignatura:
Obligatoria
Módulo:
---

1.1. Objetivos de la asignatura

La asignatura se ha planteado para que, una vez superada la evaluación, el alumno sea capaz de:

  1. Conocer los fundamentos de las herramientas matemáticas y experimentales disponibles en el campo de la ingeniería térmica.
  2. Manejar con soltura dichas herramientas en el análisis del diseño y del funcionamiento de los procesos y los equipos térmicos
  3. Conocer los principales instrumentos de medida de las propiedades termofísicas de la materia.
  4. Comprender el comportamiento de las sustancias más importantes en el ámbito térmico.
  5. Aplicar las herramientas principales al diseño y al análisis operacional de los equipos e instalaciones térmicas principales.

 

1.2. Contexto y sentido de la asignatura en la titulación

La asignatura es la continuación avanzada de los contenidos y, sobre todo, de los métodos de análisis de las asignaturas de termodinámica técnica y fundamentos de transferencia de calor e ingeniería térmica de los grados del ámbito industrial, y sirve de apoyo a las asignaturas optativas del bloque térmico del master. El alumno se familiarizará con los métodos más habituales de la ingeniería térmica para abordar, analizar, modelar y simular equipos e instalaciones energéticas importantes con un nivel de complejidad mayor que el visto en las asignaturas de los grados: calderas, intercambiadores de calor, paneles solares, sistemas de producción de calor, trabajo, frío y climatización, etc.

1.3. Recomendaciones para cursar la asignatura

Para el seguimiento de esta asignatura es importante poseer cierta solidez en el uso de las herramientas de cálculo básicas y especialmente del cálculo numérico y de la estadística, así como con las nociones principales de termodinámica y transferencia de calor. Se recomienda al alumno la asistencia activa a las clases de teoría y problemas, el estudio continuado de los contenidos de la asignatura y la preparación de los problemas prácticos que puedan ser resueltos en sesiones posteriores. Cuando surjan dudas, es importante resolverlas cuanto antes para garantizar el progreso correcto en esta materia, para lo que el estudiante cuenta con la asesoría del profesor, tanto durante las clases como en las horas de tutoría destinadas a tal fin.

2.1. Competencias

Al superar la asignatura, el estudiante será más competente para...

Competencias generales del master:

C.G.1               Conocer los métodos de investigación y preparación de proyectos en el ámbito de la ingeniería mecánica.

C.G.2               Diseñar y desarrollar sistemas mecánicos en el ámbito de la ingeniería mecánica que satisfagan las exigencias técnicas y los requisitos de sus usuarios, respetando los límites impuestos por los factores presupuestarios y la normativa vigente.

C.G.3               Conocer las herramienta avanzadas computacionales y su aplicación en el ámbito de la ingeniería mecánica.

C.G.4               Conocer las herramienta avanzadas experimentales y su aplicación en el ámbito de la ingeniería mecánica.

Competencias específicas mecánica:

C.E.O.1           Conocimiento y capacidad para proyectar, calcular y diseñar componentes térmicos.

C.E.O.2           Conocimientos y capacidades para realizar la verificación y el control de procesos e instalaciones térmicas.

 

2.2. Resultados de aprendizaje

El estudiante, para superar esta asignatura, deberá demostrar los siguientes resultados de aprendizaje:

  1. El conocimiento y la aplicación de los métodos numéricos y experimentales al análisis y diseño de los equipos e instalaciones térmicas más habituales.
  2. Criterio para analizar, evaluar y seleccionar equipos de utilización y transformación de la energía térmica.
  3. Criterio para analizar, evaluar y seleccionar los materiales de uso en el ámbito térmico.

2.3. Importancia de los resultados de aprendizaje

  1. Adquisición de capacidades para el análisis del comportamiento de materiales y componentes térmicos.
  2. Adquisición de habilidades prácticas para la aplicación de métodos experimentales y computacionales al estudio del comportamiento de equipos e instalaciones térmicas.

 

3.1. Tipo de pruebas y su valor sobre la nota final y criterios de evaluación para cada prueba

El estudiante deberá demostrar que ha alcanzado los resultados de aprendizaje previstos mediante las siguientes actividades de evaluacion:

1 Prácticas de laboratorio. Carácter: presencial. Duración estimada por sesión: 3 h. El estudiante se familiariza con los sistemas térmicos experimentales y con la toma y el análisis de datos experimentales. Aplica los procedimientos propios de la materia y entrega un informe de resultados.

2 Prácticas con herramientas informáticas. Carácter: presencial. Duración estimada por sesión: 3 h. El estudiante aprende a resolver problemas propios de la Ingeniería Térmica mediante herramientas informáticas. Resuelve problemas y cuestiones y entrega un informe de resultados.

3 Trabajos tutorados. Carácter: semipresencial. Duración total en función de los recursos docentes disponibles. El estudiante con la guía del profesor resuelve uno o dos problemas de cierta complejidad y entrega un informe de resultados.

4 Examen escrito. Consistirá básicamente en un conjunto de cuestiones cortas de tipo teórico-práctico y su duración será de, aproximadamente, 1 hora.

 

Las actividades anteriores corresponden a la evaluación continua. El porcentaje de cada apartado en la calificación final será 20-25% prácticas, 25-30% trabajos tutorados y 50% examen.

 

El alumno tiene la posibilidad de superar la asignatura mediante la evaluación global en las convocatorias oficiales. La evaluación se realizará mediante prueba práctica en las fechas establecidas por el centro

 

 

4.1. Presentación metodológica general

El proceso de aprendizaje que se ha diseñado para esta asignatura se basa en lo siguiente:

  1.  Clases magistrales, impartidas al grupo completo, en las que el profesor explicará los principios básicos de la asignatura y resolverá algunos problemas representativos de la aplicación de la asignatura a casos realistas del futuro ejercicio profesional. Se buscará la participación de los alumnos en esta actividad. Paralelamente el alumno debe realizar trabajo personal de estudio para un mejor aprovechamiento de las clases.
  2.  Prácticas de simulación con ordenador y de laboratorio que se distribuyen a lo largo del cuatrimestre y cuya valoración formará parte de la calificación final de la asignatura. Se formarán grupos de dos o tres alumnos, con ello se fomenta el aprendizaje y el trabajo en grupo.
  3.  Trabajos tutorados en grupos pequeños (parejas idealmente): mediante una herramienta informática los estudiantes analizan y resuelven un problema de la asignatura. Se potencia el aprendizaje autónomo y el trabajo en grupo.
  4.  Planteamiento de ejercicios, cuestiones y problemas adicionales a los resueltos en clase. Con ello se fomenta el trabajo autónomo, estudiando la materia y aplicándola a la resolución de los ejercicios planteados. Esta actividad dirigida, pero de ejecución autónoma, es fundamental en el proceso de aprendizaje del alumno y para la superación de las actividades de evaluación.
  5.  Tutorías académicas: el profesor pondrá a disposición del estudiante ciertos procedimientos para el planteamiento y la resolución de dudas. Se recomienda altamente el uso de estas tutorías para asegurar el adecuado progreso en el aprendizaje.

 

4.2. Actividades de aprendizaje

El programa que se ofrece al estudiante para ayudarle a lograr los resultados previstos comprende las siguientes actividades:

- Actividades en el aula (teoria y problemas)

- Sesiones prácticas (tipo 3)

- Sesiones prácticas (tipo 6)

 

Temporización y distribución de cargas

  1. Clases magistrales. Se desarrollarán 15 horas.
  2. Clases de problemas y casos prácticos. Se desarrollarán 15 horas.
  3. Prácticas de laboratorio y ordenador. Cada alumno realizará 25 horas, distribuidas en prácticas en grupos reducidos.
  4. Trabajos prácticos. 40 horas.
  5. Prácticas especiales. Visitas a empresas, laboratorios y centros de investigación. 5 horas
  6. Estudio y trabajo personal. En esta parte no presencial cada alumno deberá dedicar, al menos, unas 42 horas, necesarias para el estudio de teoría, elaboración de un trabajo y elaboración de los informes de prácticas.
  7. Tutela personalizada profesor-alumno. El profesor publicará un horario de atención a los estudiantes a lo largo del cuatrimestre. 5 horas.
  8. Pruebas de evaluación. 3 horas

4.3. Programa

  • PARTE I – TECNICAS EXPERIMENTALES

1 – Errores: Generación y propagación

Medida de magnitudes térmicas básicas

2 – Temperatura

Medida de propiedades termofísicas

3 – Calor específico y entalpía

4 – Conductividad térmica

5 – Propiedades reológicas

Análisis de gases y combustibles

6 – Detección y medida de gases de combustión

7 – Medida de propiedades básicas de los combustibles

8 – Aplicaciones

  • PARTE II – TECNICAS NUMERICAS

1 - Métodos numéricos en conducción del calor

2 – Métodos numéricos para el cálculo de equipos térmicos

3 – Métodos numéricos para el cálculo de instalaciones térmicas

4 – Métodos numéricos en radiación del calor

 

Programación de las sesiones prácticas (tipo 3)

1ª.- Medida de la temperatura.

2ª.- Medida del calor específico y la conductividad térmica de sustancias de interés.

3ª.- Análisis experimental de un combustible: poder calorífico, composición inmediata y granulometría.

4ª.- Simulación CFD de un problema convectivo-difusivo

5ª.- Simulación CFD de un problema radiativo

 

Trabajo tutorado (tipo 6).

El guión de los trabajos tutorado se entregará y explicará en una sesión T6, las dudas se atenderán de forma personalizada en el horario de tutorías y, si fuera necesario, se haría una sesión colectiva de dudas en una sesión T6, y deberán entregarse en las fechas indicadas al comienzo de cada curso académico.

 

4.4. Planificación de las actividades de aprendizaje y calendario de fechas clave

Calendario de sesiones presenciales y presentación de trabajos

Desde el inicio del cuatrimestre los alumnos dispondrán del calendario detallado que será proporcionado por los profesores encargados de la impartición de la misma.

 

El calendario y los horarios de la asignatura se encuentran en la página web del Centro.

Desde el inicio del cuatrimestre los alumnos dispondrán del calendario detallado de las actividades (prácticas de ordenador, de laboratorio, trabajos tutorados, etc), el cual será proporcionado por los profesores encargados de su impartición.