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Academic Year/course: 2020/21

435 - Bachelor's Degree in Chemical Engineering

29913 - Technical Thermodynamics and Fundamentals of Heat Transfer


Syllabus Information

Academic Year:
2020/21
Subject:
29913 - Technical Thermodynamics and Fundamentals of Heat Transfer
Faculty / School:
110 - Escuela de Ingeniería y Arquitectura
Degree:
435 - Bachelor's Degree in Chemical Engineering
ECTS:
6.0
Year:
2
Semester:
First semester
Subject Type:
Compulsory
Module:
---

1. General information

1.1. Aims of the course

The subject has been proposed so that the student will be able to:

  • Calculate the thermophysical properties of a system using simple models or tables.
  • Determine the mass-energy interactions of a system during a given process, by means of process equations and balance equations.
  • Know and apply the laws of thermodynamics to the energy analysis of basic equipment and processes in chemical engineering.
  • Analyze the performance of energy installations based on thermodynamic cycles: power and cooling cycles, steam compression and gas turbine.
  •  Know the basic criteria for the main performance and performance improvements of the thermodynamic cycles.
  • Apply the basic laws that govern the three mechanisms of heat transfer in simple situations.
  • Learn to use a computer tool for the simulation of thermal systems and for the graphic representation of the processes that take place.

1.2. Context and importance of this course in the degree

The subject provides the basic principles to understand the energy transformations and allows to analyze and design thermal installations for the generation, transfer and use of energy.

It serves as an introduction for students to learn the language and basic concepts to understand any specialized text or manuals of the most common equipment in energy facilities, such as compressors, turbines, pumps, heat exchangers, etc.

With this subject, the student becomes familiar with the thermodynamic methodology to address, simplify, model and simulate important energy facilities: thermal power plants, gas turbines, refrigeration and air conditioning systems, etc. He/she also learns the basics of the three mechanisms of heat transfer, conduction, convection and radiation, and learns to solve stationary problems in simple geometries.

The subject is essential to take the subsequent subjects of Thermo-technology (compulsory), and Fluid dynamics (compulsory).

1.3. Recommendations to take this course

It is recommended that the student has studied the part corresponding to Thermodynamics in the subjects of Physics I, Chemistry and Chemistry II.

The knowledge of mathematical concepts, such as derivatives and basic integrals, logarithmic and exponential functions, graphic representations, etc., will be essential. Also the resolution of simple differential equations will have some importance for the Heat Transfer part. All this is learned in the Mathematics subjects corresponding to Basic Training.

It should be remembered that the habit of reading will facilitate the understanding of the recommended texts and, therefore, will promote the learning of the subject and improve the academic performance.

The student is recommended to actively attend classes on theory and problems, as well as a continuous study of the subject, the preparation of practical problems that can be solved in subsequent sessions, the study of scripts and the preparation of the results of the practices.

The constant work is fundamental to overcome with the maximum use this subject, since in each part a coherent analysis procedure is gradually studied. Therefore, when doubts arise, it is important to resolve them as soon as possible to guarantee the correct progress in this matter.

The student can consult the teacher to solve any doubts, both during the classes and in the tutoring hours for that purpose.

2. Learning goals

2.1. Competences 

Generic competences

C04 - Ability to solve problems and make decisions with initiative, creativity and critical reasoning.

C07 - Ability to use the techniques, skills and tools of Industrial Engineering necessary to practice it.

C11 - Ability to learn on a continuous basis and develop autonomous learning strategies.

Specific competences

C18 - Knowledge of applied thermodynamics and heat transfer. Basic principles and their application to solving Engineering problems.

2.2. Learning goals

The student, to pass this subject, must demonstrate the following results:

  • He/She knows the thermophysical properties of industrial interest and has the capacity to use and select suitable procedures and tools for its calculation.
  • He/She knows and applies the laws of thermodynamics to the energy analysis of basic equipment and processes in engineering.
  • He/She knows the basic criteria for the analysis of thermodynamic cycles.
  • He/She knows and applies the basic mechanisms of heat transfer to the analysis of thermal equipment.
  • He/She reasonably solves basic problems of technical thermodynamics and heat transfer applied to engineering.

2.3. Importance of learning goals

The analysis and optimization of energy facilities is of vital importance for the Graduate in Chemical Engineering, since these are essential technologies for the current social, technological and economic development.

According to the professional competences of this degree, the future graduate must address projects to improve the performance of a given installation, obtain the same result through different systems or equipments, use a particular phenomenon for a specific purpose or develop new applications for it.

The subject of Technical Thermodynamics and Fundamentals of Heat transfer provides the student with the basic tools to successfully tackle these tasks, together with later subjects that go deeper into certain aspects and present more advanced techniques and methods of analysis.

3. Assessment (1st and 2nd call)

3.1. Assessment tasks (description of tasks, marking system and assessment criteria)

The student must demonstrate that he/she has achieved the expected learning outcomes through the following assessment activities:

  • Laboratory practices. Character: on campus. Duration per practice: 3 h. The student becomes familiar with thermal systems and with the collection and analysis of experimental data. He/she applies the procedures of the subject and delivers a report of results.
  • Practices with computer tools. Character: on campus. Duration per practice: 3 h. The student learns to solve problems of Thermal Engineering using computer tools. He/she solves problems and issues and delivers a results report.
  • Tutored works. Character: mixed, on and off campus. Estimated total duration: 6 h. The student with the help of the teacher solves problems of certain complexity and delivers a report of results.
  • Written exam. Duration: 3 h. It will consist of three different parts: a theoretical part in the form of T / F type questions and short theoretical-practical questions; a second part, purely practical, consisting of several problems similar to those solved in class; a third part that will consist in the resolution of one of the problems raised in the practical activities (those students who have passed this practical part during the teaching period will be exempt from this third part, keeping the grade obtained).

Evaluation procedures:

1st Call: The proposed procedure consists of a set of tests on the subject. Some of them, practical ones, could have been done during the teaching period, while the written exam will be done during the exam period. The final grade will be calculated by weighting the notes of each of the parties, according to the following weights:

  • 70% written exam (Theory and Problems, minimum of 4 points in each part)
  • 15% tutored works (mandatory)
  • 15% practices (mandatory)

In the event that the student has not passed the practical activities and tutored works during the teaching period, or want to raise the grade obtained in that part, he/she has the option to do a test of practices and tutored works, which may be done with the written exam, during the period of exams or in separate hours and that will have a weight in the final grade of 30%.

Class attendance will be assessed with up to 1 point, to add to the final grade of the course. In any case, if in the written exam the minimum threshold is not reached in any of the parts, the subject is not passed and the student must repeat the exam in the next call with both parts. Class attendance will be saved for the next call.

2nd Call: Identical to the first call.

4. Methodology, learning tasks, syllabus and resources

4.1. Methodological overview

The learning process has been proposed to encourage continued student work and participation and focuses on the theoretical and practical aspects to understand, analyze and apply knowledge to solve real problems. In the lectures the theoretical bases that form the subject will be developed, solving some basic problems. The practical lectures complement the lectures, helping the student to acquire a more applied point of view through the solving of more complex problems with the help of appropriate resources. Finally, tutored work will complement the above.

4.2. Learning tasks

The learning process is based on the following:

1.- Lectures to the entire group, in which the teacher will explain the basic principles of the subject and resolve some representative problems of implementing the content to real cases. The participation of students in this activity will be sought. In parallel, the student must perform homework for a better comprehension of the contents explained during the course.

2.- Computer simulation and laboratory practices are distributed throughout the semester and their assessment will form part of the final grade for the course. Practices will be solved by groups of two or three students, thereby fostering teamwork.

3.- Tutored work in small groups (ideal couples): students analyze and solve a problem of the subject. Independent learning and teamwork is enhanced.

4.- Exercise approach, issues and additional problems solved in class: This self-learning process is encouraged to study the matter and applying it to the resolution of the exercises. This directed, but autonomous execution activity is essential in the process of student learning and overcoming evaluation activities.

5.- Academic tutoring: The teacher will provide the student with certain procedures to solve doubts. The use of these tutorials is recommended to ensure adequate progress in learning.

4.3. Syllabus

The course will address the following topics:

Topic 1: Basic concepts and definitions in thermodynamics. Definition and classification of systems, states, processes and properties. Property measuring instruments. Change of units.

Topic 2: Properties of a pure, simple and compressible substance. Isobaric heating of a liquid. Phase change. Diagrams T-v, P-v, P-T. Biphasic mixtures. Subcooled liquid. Incompressible substance. Real gases. Calculation of thermophysical properties.

Topic 3: Energy and the first law of thermodynamics. Mathematical formulations The Joule experiment. Balance for closed systems. Modes of energy transfer. Expansion and compression work. Polytropic processes.

Topic 4: Basics of heat transfer. Introduction to conduction, convection and radiation. Fundamental equations and their application to simple systems.

Topic 5: Energy analysis in a control volume. Develop the principles of mass and energy conservation with control volumes. Stationary state (mainly). Transitional state. Study different practical examples of control volumes: turbines, pumps, compressors, nozzles, exchangers, valves.

Topic 6: The second law of thermodynamics. Understand the concept of irreversibility. Analyze different formulations of the second principle of thermodynamics. Application of the second law to thermodynamic cycles: Carnot cycle and Kelvin temperature scale.

Topic 7: Entropy and its use. Introduce the concept of entropy and its use for thermodynamic analysis. Inequality of Clausius. Entropy balances for closed systems and control volumes. Isentropic performance of equipment. TdS equations.

Topic 8: Exergetic analysis. Introduce the exergy analysis for open and closed systems. The reference environment. The exergy of flow.

Topic 9: Enthalpy, entropy and exergy for reactive systems. Calculation of enthalpy and entropy for reactive systems. Definition and calculation of Gibbs free energy. Calculation of chemical and concentration exergy concentration.

Topic 10: Thermodynamic cycles. Calculation of energy and exergy efficiencies of Ideal and real simple Rankine cycle and with overheating, reheating and regeneration. Ideal and real simple and regenerative Brayton cycle with intermediate cooling and reheating. Carnot refrigeration cycles, ideal and real. Carnot and real heat pump cycles.

Practices may cover any of the following contents:

  • Calculating properties of substances
  • Modeling power cycle steam turbine
  • Modeling power cycle gas turbine 
  • Modeling refrigeration cycles
  • Modeling cycles
  • Energy balance in an electromagnetic brake
  • Experimental characterization of operation of a refrigeration cycle
  • Experimental characterization of operating an evaporative cooler
  • Modeling heat exchangers
  • Dimensioning optimal insulation
  • Experimental characterization of heat transfer in a tube bank

4.4. Course planning and calendar

Lectures and solving problem classes are held according to the schedule established by the EINA. The practical sessions in the laboratory are given in the schedule and the groups are set depending on the number of students and will be announced in time. The tutored projects are proposed along the course and in parallel to the topics explained in class.

 

4.5. Bibliography and recommended resources

http://biblos.unizar.es/br/br_citas.php?codigo=29913&year=2019


Curso Académico: 2020/21

435 - Graduado en Ingeniería Química

29913 - Termodinámica técnica y fundamentos de transmisión de calor


Información del Plan Docente

Año académico:
2020/21
Asignatura:
29913 - Termodinámica técnica y fundamentos de transmisión de calor
Centro académico:
110 - Escuela de Ingeniería y Arquitectura
Titulación:
435 - Graduado en Ingeniería Química
Créditos:
6.0
Curso:
2
Periodo de impartición:
Primer semestre
Clase de asignatura:
Obligatoria
Materia:
---

1. Información Básica

1.1. Objetivos de la asignatura

La asignatura y sus resultados previstos responden a los siguientes planteamientos y objetivos:

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

  1. Calcular las propiedades termofísicas  de un sistema  mediante modelos sencillos,  o mediante tablas.
  2. Determinar las interacciones masa-energía de un sistema durante un proceso dado, mediante ecuaciones de proceso y ecuaciones de balance.
  3. Conocer y aplicar las leyes de la termodinámica al análisis energético de equipos y procesos básicos en ingeniería química.
  4. Analizar las prestaciones de instalaciones energéticas basadas en ciclos termodinámicos: ciclos de potencia y de refrigeración, de compresión de vapor y turbina de gas.
  5. Conocer los criterios básicos para las principales mejoras de funcionamiento y rendimiento de los ciclos termodinámicos.
  6. Aplicar las leyes básicas que rigen los tres mecanismos de transferencia de calor en situaciones sencillas.
  7. Manejar con soltura una herramienta informática para la simulación de sistemas térmicos y para la representación gráfica de los procesos que tienen lugar.

Estos planteamientos y objetivos están alineados con algunos de los Objetivos de Desarrollo Sostenible, ODS, de la Agenda 2030 (https://www.un.org/sustainabledevelopment/es/) y determinadas metas concretas, de tal manera que la adquisición de los resultados de aprendizaje de la asignatura proporciona capacitación y competencia al estudiante para contribuir en cierta medida a su logro:

Objetivo 7: Energía asequible y no contaminante

  • Meta 7.2 De aquí a 2030, aumentar considerablemente la proporción de energía renovable en el conjunto de fuentes energéticas
  • Meta 7.3 De aquí a 2030, duplicar la tasa mundial de mejora de la eficiencia energética

Objetivo 12. Producción y consumo responsable

  • Meta 12.2, De aquí a 2030, lograr la gestión sostenible y el uso eficiente de los recursos naturales
  • Meta 12.4 De aquí a 2020, lograr la gestión ecológicamente racional de los productos químicos y de todos los desechos a lo largo de su ciclo de vida, de conformidad con los marcos internacionales convenidos, y reducir significativamente su liberación a la atmósfera, el agua y el suelo a fin de minimizar sus efectos adversos en la salud humana y el medio ambiente
  • Meta 12.5 De aquí a 2030, reducir considerablemente la generación de desechos mediante actividades de prevención, reducción, reaciclado y reutilización

 

1.2. Contexto y sentido de la asignatura en la titulación

La asignatura abre el bloque formativo que podríamos denominar energético,  proporciona los principios básicos para comprender las transformaciones energéticas y permite analizar y diseñar instalaciones térmicas para la generación, transferencia y uso de la energía.

Sirve de introducción para que el alumno aprenda el lenguaje y los conceptos básicos para comprender cualquier texto especializado o los manuales de los equipos más habituales en las instalaciones energéticas, tales como compresores, turbinas, bombas, intercambiadores de calor, etc.

Con esta materia, el alumno se familiariza con la metodología termodinámica para abordar, simplificar, modelar y simular instalaciones energéticas importantes tanto a nivel económico como social: centrales térmicas, turbinas de gas, sistemas de refrigeración y aire acondicionado, etc. También aprende los aspectos básicos de los tres mecanismos de transferencia de calor, conducción, convección y radiación, y aprende a resolver problemas estacionarios en geometrías sencillas.

La asignatura resulta esencial para cursar las asignaturas posteriores de Termotecnia (obligatoria), y Fluidotécnia (obligatoria).

1.3. Recomendaciones para cursar la asignatura

Se recomienda que el estudiante haya estudiado la parte correspondiente a Termodinámica en las asignaturas de Física I, Química y Ampliación de Química I.

Resultará imprescindible el manejo de conceptos matemáticos, tales como derivadas e integrales básicas, funciones logarítmicas y exponenciales, representaciones gráficas, etc. También la resolución de ecuaciones diferenciales sencillas tendrá cierta importancia para la parte de Transferencia de Calor. Todo ello se aprende en las  asignaturas de Matemáticas correspondientes a Formación Básica.

Cabe recordar que  el hábito de lectura facilitará la comprensión de los textos recomendados y, por tanto, propiciará el aprendizaje de la materia y mejorará el rendimiento académico.

Se recomienda al alumno la asistencia activa a las clases de teoría y problemas, así como un estudio continuo de la asignatura, la preparación de los problemas prácticos que puedan ser resueltos en sesiones posteriores, el estudio de los guiones y la elaboración de los resultados de las prácticas.

El trabajo  constante es fundamental para superar con el máximo aprovechamiento esta asignatura, ya que en cada parte se estudia gradualmente un procedimiento de análisis coherente. Por ello, cuando surjan dudas, es importante resolverlas cuanto antes para garantizar el progreso correcto en esta materia.

Para ayudarle a resolver sus dudas, el estudiante cuenta con la asesoría del profesor, tanto durante las clases como en las horas de tutoría destinadas a tal fin.

2. Competencias y resultados de aprendizaje

2.1. Competencias

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

Competencias genéricas

C04 - Capacidad para resolver problemas y tomar decisiones con iniciativa, creatividad y razonamiento crítico.

C07 - Capacidad para usar las técnicas, habilidades y herramientas de la Ingeniería Industrial necesarias para la práctica de la misma.

C11 - Capacidad para aprender de forma continuada y desarrollar estrategias de aprendizaje autónomo.

Competencias específicas

C18 - Conocimientos de termodinámica aplicada y transmisión de calor. Principios básicos y su aplicación a la resolución de problemas de Ingeniería.

2.2. Resultados de aprendizaje

El estudiante, para superar esta asignatura, deberá demostrar los siguientes resultados...

Conoce las propiedades termofísicas de interés industrial y tiene capacidad para utilizar y seleccionar procedimientos y herramientas adecuadas para su cálculo.

Conoce y aplica las leyes de la termodinámica al análisis energético de equipos y procesos básicos en ingeniería.

Conoce los criterios básicos para el análisis de ciclos termodinámicos.

Conoce y aplica los mecanismos básicos de transmisión de calor al análisis de equipos térmicos.

Resuelve razonadamente problemas básicos de termodinámica técnica y transmisión de calor aplicados a la ingeniería.

2.3. Importancia de los resultados de aprendizaje

El análisis y la optimización de instalaciones energéticas es de vital importancia para el Graduado en Ingeniería Química, ya que son tecnologías que permiten el actual desarrollo social, tecnológico y económico.

De acuerdo con las competencias profesionales de esta titulación, el futuro graduado deberá abordar proyectos para mejorar el rendimiento de una instalación determinada, obtener el mismo resultado mediante un sistema o equipo diferente, utilizar un fenómeno particular con un fin determinado o inventar nuevas aplicaciones del mismo.

La asignatura de Termodinámica Técnica y Fundamentos de Transmisión de Calor dota al estudiante de las herramientas básicas para abordar estas tareas con éxito, junto con asignaturas posteriores que profundizan en ciertos aspectos y presentan técnicas y métodos de análisis más avanzados.

3. Evaluación

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 evaluación

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

Prácticas con herramientas informáticas. Duración por práctica: 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.

Trabajos Tutorados. Duración total estimada: 6 h. El estudiante con la tutela del profesor resuelve problemas de cierta complejidad y entrega un informe de resultados.

Examen escrito. Duración: 3 h. Constará de tres partes diferenciadas: una parte teórica en forma de cuestiones de tipo V/F y cuestiones cortas de tipo teórico-práctico; una segunda parte puramente práctica consistente en varios problemas similares a los resueltos en clase; una tercera parte que consistirá en la resolución de uno de los problemas planteados en las actividades prácticas (quedarán exentos de esta tercera parte aquellos estudiantes que hayan superado esta parte práctica durante el periodo docente, manteniéndose la nota obtenida).

Criterios de valoración y niveles de exigencia

En todas las actividades de evaluación se valorarán los siguientes aspectos y cualidades en el grado indicado en cada caso:

  • Realización propia de las tareas (fundamental): si se detectaran plagios o copia fraudulenta de los trabajos, la nota correspondiente será cero.
  • Correcto planteamiento del procedimiento de resolución de las cuestiones y problemas planteados (fundamental).
  • Exactitud del resultado obtenido.
  • Existencia  de cuestiones en blanco: se valorará negativamente no responder a ciertas preguntas planteadas.
  • Corrección y claridad en la comunicación escrita (fundamental): correcta ortografía y expresión, letra clara, y estructura de contenidos coherente.
  • Análisis crítico de los resultados (importante): coherencia, relación con otros aspectos de la asignatura, posibilidades de mejora, etc.

Adicionalmente, para las actividades prácticas y trabajos tutorados se valorará también:

  • Entrega en el plazo estipulado (fundamental): no se admitirán informes fuera de la fecha límite, salvo causa justificada debidamente.
  • Entrega en el formato y procedimiento indicado por el profesor.

Procedimientos de evaluación

1ª Convocatoria: El procedimiento planteado consiste en un conjunto de pruebas que permiten superar el 100% de la asignatura. Algunas de ellas, las de tipo práctico, se habrán podido realizar durante el periodo docente, mientras que el examen escrito se realizará en el periodo de exámenes. La nota final se calculará mediante la ponderación de las notas de cada una de las partes, de acuerdo con los siguientes pesos:

              70 % examen escrito (Teoría y Problemas, mínimo de 4 puntos en cada parte)

              15 % trabajos tutorados (realización y entrega obligatorias)

              15 % prácticas (realización y entrega obligatorias)

En el caso de que el estudiante no haya superado las actividades prácticas y trabajos tutorados durante el periodo docente, o quiera subir la nota obtenida en esa parte, tendrá derecho a un examen de prácticas y trabajos tutorados, que podrá realizarse junto al examen de Teoría y Problemas, durante el periodo de exámenes o en horario aparte y que tendrá un peso en la nota final del 30 %.

Si en el examen escrito no se alcanza el umbral mínimo en alguna de las partes, la asignatura quedará suspendida y deberá presentarse a la siguiente convocatoria con ambas partes. 

2ª Convocatoria: Idéntico al de la primera convocatoria.

4. Metodología, actividades de aprendizaje, programa y recursos

4.1. Presentación metodológica general

El proceso de aprendizaje se ha planteado para fomentar el trabajo continuado del estudiante y su participación, y se centra en los aspectos teórico-prácticos para poder comprender, analizar y aplicar los conocimientos adquiridos a la resolución de problemas reales. En las clases magistrales se desarrollarán las bases teóricas que conforman la asignatura, resolviendo algunos problemas modelo. Las prácticas son el complemento eficaz de las clases magistrales, ya que permiten verificar la compresión de la materia y a su vez contribuyen a que el alumno adquiera un punto de vista más aplicado y resuelva problemas más complejos y completos con la ayuda de recursos apropiados. Finalmente, los trabajos tutelados complementarán todo lo anterior.

4.2. Actividades de aprendizaje

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 los contenidos 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 o a mano, 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 el uso de estas tutorías para asegurar el adecuado progreso en el aprendizaje.

4.3. Programa

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

Programa teórico

Tema 1: Conceptos y definiciones básicas en termodinámica. Definición y clasificación de sistemas, estados, procesos y propiedades. Instrumentos de medición de propiedades. Cambio de unidades.

Tema 2: Propiedades de una sustancia pura, simple y compresible. Calentamiento Isobaro de un líquido. Cambio de fase. Diagramas T-v, P-v, P-T. Mezclas bifásicas. Líquido subenfriado. Sustancia incompresible. Gases reales. Cálculo de propiedades termofísicas.

Tema 3: La energía y el primer principio de la termodinámica. Formulaciones matemáticas. El experimento de Joule. Balance para sistemas cerrados. Modos de transferencia de energía. Trabajo de expansión y compresión. Procesos politrópicos.

Tema 4: Fundamentos de trasferencia de calor. Introducción a la conducción, convección y radiación. Ecuaciones fundamentales y su aplicación a sistemas sencillos.

Tema 5: Análisis energético en un volumen de control. Desarrollar los principios de conservación de masa y energía con volúmenes de control.  Estado estacionario (principalmente).  Estado transitorio. Estudiar distintos ejemplos prácticos de volúmenes de control: turbinas, bombas, compresores, toberas, intercambiadores, válvulas.

Tema 6: El segundo principio de la termodinámica. Entender el concepto de irreversibilidad.

 Analizar distintas formulaciones del segundo principio de la termodinámica.  Aplicación del segundo principio a los ciclos termodinámicos: ciclo de Carnot y escala Kelvin de temperatura.

Tema 7: La entropía y su utilización. Introducir el concepto de entropía y su uso para el análisis termodinámico.  Desigualdad de Clausius. Balances de entropía para sistemas cerrados y volúmenes de control.  Rendimientos isoentrópicos de equipos.  Ecuaciones TdS.

Tema 8: Análisis exergético. Introducir el análisis exergético para sistemas abiertos y cerrados. El ambiente de referencia. La exergía de flujo.

Tema 9: Entalpía, entropía y exergía para sistemas reactivos. Cálculo de la entalpía y entropía para sistemas reactivos. Definición y cálculo de la energía libre de Gibbs.  Cálculo de la exergía química y de concentración.

Tema 10: Ciclos termodinámicos. Cálculo de propiedades y rendimientos energéticos y exergéticos de:  Ciclo Rankine ideal y real simple y con sobrecalentamiento, recalentamiento y regeneración. Ciclo Brayton ideal y real simple y regenerativas con refrigeración intermedia y recalentamiento. Ciclos de refrigeración de Carnot, ideal y real.  Ciclo de bomba de calor de Carnot y real.

 

Programa de actividades prácticas

Las prácticas y trabajos podrán versar sobre alguno de los siguientes contenidos:

  • Cálculo de propiedades de sustancias
  • Modelado de ciclos de potencia con turbina de vapor
  • Modelado de ciclos de potencia con turbina de gas
  • Modelado de ciclos de refrigeración
  • Modelado de ciclos MACI
  • Balance de energía en un freno electromagnético
  • Caracterización experimental del funcionamiento de un ciclo frigorífico
  • Caracterización experimental del funcionamiento un enfriador evaporativo
  • Modelado de intercambiadores de calor
  • Dimensionado óptimo de aislamientos
  • Caracterización experimental de la transferencia de calor en un banco de tubos

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

Las clases magistrales y de resolución problemas se imparten según horario establecido por la EINA. Las sesiones de prácticas en el laboratorio se imparten en el horario establecido y los grupos se establecen en función del número de alumnos y se darán a conocer con la suficiente antelación. Los trabajos tutelados se proponen a lo largo del curso conforme se ven los temas implicados. Además, cada profesor informará de su horario de atención de tutorías.

Las fechas de inicio y finalización de la asignatura y las horas concretas de impartición para cada grupo se podrán encontrar en la página web del Centro.

Desde el inicio del cuatrimestre los alumnos dispondrán del calendario detallado de actividades (prácticas y experiencias de laboratorio,…) que será proporcionado por el profesor correspondiente. No obstante, y de manera orientativa, el calendario será el siguiente:

  • 1ª semana de octubre. Inicio de prácticas y trabajos tutelados.
  • Entrega de informes de cada práctica la semana posterior a su realización.
  • Entrega de resolución de trabajos tutorados: la semana posterior a la tutoría correspondiente.
  • Examen global. Fecha fijada por el centro.

4.5. Bibliografía y recursos recomendados

http://biblos.unizar.es/br/br_citas.php?codigo=29913&year=2019