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Academic Year/course: 2022/23

532 - Master's in Industrial Engineering

60818 - Thermic engineering


Syllabus Information

Academic Year:
2022/23
Subject:
60818 - Thermic engineering
Faculty / School:
110 - Escuela de Ingeniería y Arquitectura
Degree:
532 - Master's in Industrial Engineering
ECTS:
6.0
Year:
1
Semester:
First semester
Subject Type:
Optional
Module:
---

1. General information

2. Learning goals

3. Assessment (1st and 2nd call)

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

The student must demonstrate that they have achieved the expected learning outcomes through the following assessment activities:

Continuous assessment

Students who wish can opt for continuous assessment, which will consist of:

Two theoretical-practical exams (one in the month of November and another on the days reserved for continuous evaluation at the end of the class period), which will be eliminatory for the subject. The partial theoretical-practical exams will follow the same format as the global theoretical-practical exam. These theoretical-practical exams will account for 80% of the final grade, if approved. The first will be worth 52% and the second 28%, in proportion to the part of the agenda included in each one.
Evaluation of the practical work delivered during the course, which will account for 20% of the grade for the call. The number of works and if it is individual or group will be communicated at the beginning of the course.

Students who have opted for continuous assessment and have failed any of the theoretical-practical exams will be able to recover them in the global test of the February call. To pass by continuous assessment it is necessary that the weighted average of the theoretical-practical exams is higher than 4.0.

Overall evaluation:

It will be carried out through a practical theoretical exam that will consist of two parts:

Objective test on basic concepts of the subject (can include simple calculations). Without notes, you can bring a calculator and a special form (30% of the theoretical-practical exam).
Examination of problems, with two or three exercises, with notes. The use of calculator and computer will be allowed to carry out the calculations (70% of the theoretical-practical exam)

The mark to pass in global evaluation is 5.0 in a weighted average of both parts. There is no minimum grade to average.
It is recalled that according to article 10 of the "Regulation of learning evaluation norms" of the University of Zaragoza, "The second call for evaluation, to which all students who have not passed the course will be entitled, will be carried out through a global test carried out in the period established for this purpose by the Governing Council in the academic calendar. ". Therefore, the continuous assessment marks are not saved for September.

Assessment criteria and levels of demand

  • In all evaluation activities, the following aspects and qualities will be assessed to the degree indicated in each case:
  • Own performance of the tasks: if plagiarism or fraudulent copying of the works were detected, the corresponding mark would be zero.
  • A correct reasoned approach to the procedure for resolving the issues and problems raised.
  • Correction of the numerical result obtained in each of the section
  • Correction and clarity in written communication: correct spelling, clear handwriting, correct expression, coherent content structure.
  • Critical analysis of the results: coherence, relationship with other aspects of the subject, possibilities for improvement, etc.
  • Additionally, for practical activities and tutored work, the following will also be valued:
  • Delivery within the stipulated period: reports will not be accepted outside the deadline, except for duly justified reasons.
  • Delivery in the format and procedure indicated by the teacher.

4. Methodology, learning tasks, syllabus and resources

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

  • Lectures. Whole group sessions where the lecturer explains the main concepts and procedures of the course, solves application problems and representative cases for the future professional practice. The participation of students, both when answering questions during the theoretical explanations and when solving problems, will be encouraged. In parallel, the student must study at home for a better use of the classes.
  • Computer lab sessions. Small group sessions (2 or 3 students)  of computer simulation and laboratory are distributed throughout the semester. Their assessment will contribute to the final grade. Task instructions will be available in advance on Moodle, which include a questionnaire to be previously solved and submitted at the beginning of the session. Autonomous learning and teamwork is enhanced with this activity.
  • Guided assignments. It can be done individually or, ideally, in pairs, where students use a software tool to analyze and solve realistic case studies under the teacher's supervision. Autonomous learning and teamwork is enhanced with this activity.
  • Autonomous work of the students. It consists on solving exercises, questions and additional problems, studying the course contents and applying them to the exercises. This activity is essential for the learning process and to pass the tests.
  • Tutorials. Teacher's office hours for the students so solve doubts, review and discussing the course contents, etc. The use of these tutorials is highly recommended to ensure an adequate progress in learning.
  • Assessment. A final exam of theory and practice with a maximum duration of 4 hours. Details are described in the "Assessment" section.

4.2. Learning tasks

The course includes the following learning tasks:

  • Lectures. Theoretical explanations supported with problem-solving tasks in 3-hour sessions. Attendance is not compulsory but highly recommended. The contents of the course are detailed in the "Syllabus" section.
  • Practice sessions. 5  6 sessions of 3 2 hours each, including laboratory sessions and problem-solving.
  • Guided assignments. Throughout the semester, in coordination with lectures and to be a complement of practice sessions, several realistic case studies will be solved in small groups with the help of the lecturer.
  • Autonomous work and study (60 hours). This is the main part of the course, necessary for the study of theory, problem-solving and preparation of the final exam.
  • Tutorials. The lecturer will publish on the website of the EINA their office hours. 
  • Final exam. EINA will schedule the dates of the two calls, February and September, and will publish it on its website.

4.3. Syllabus

The course will address the following topics:

Lectures

  1. Topic 1. Fundamentals of heat transfer. Relationship with Engineering Thermodynamics. Basic laws: conduction, convection, radiation.
  2. Topic 2. Fundamentals of heat conduction. Fourier law. Conductivity and thermal diffusivity. Heat diffusion equation. Boundary and initial conditions.
  3. Topic 3. One-dimensional, steady-state conduction. Basic geometries. Thermal resistance model. Conduction with thermal energy generation. Heat transfer for extended surfaces (fins).
  4. Topic 4. Multidimensional, steady-state conduction. Analytical approach. Numerical methods in 2-D and 3-D. Finite difference method.
  5. Topic 5. Transient Conduction. Lumped capacitance model. Overall thermal resistance and capacity of the system: time constant. One-dimensional and multidimensional problems. Numerical methods in transient systems (finite difference method).
  6. Topic 6. Fundamentals of convection. Mathematical approach. Boundary layers. Dimensional analysis. Analogies in transport phenomena.
  7. Topic 7. External forced convection. Convection heat transfer coefficient. Using correlations in basic geometries: flat plate, cylinder, sphere, tube bank.
  8. Topic 8. Internal forced convection. Hydrodynamic and thermal considerations. Conditions of fully developed flow. Energy balance. Calculation of convective heat transfer coefficient in circular and non-circular tubes.
  9. Topic 9. Free convection. Phenomenology and physical equations. Laminar free convection on a vertical surface. Empirical correlations.
  10. Topic 10. Boiling and condensation.
  11. Topic 11. Heat Exchangers. Types and description. Thermal profiles. Analysis of heat exchangers. Log Mean Temperature Difference method. Ε-NTU Method.
  12. Topic 12. Radiation. Main characteristics of radiation. Types of radiation. Fundamental concepts. The black body. environmental radiation. The view factor. Radiation exchange between surfaces.
  13. Topic 13. Psychrometry. Ideal gas mixtures. Properties of moist air. Psychrometric diagram. Material and energy balances for systems moist air. Psychrometric processes.
  14. Topic 14. Combustion. Fuels and characterization. Thermochemistry of combustion: material and energy balances. Adiabatic flame temperature. Absolute entropy and the third Law of Thernodynamics.
  15. Topic 15. Introduction to Thermal Systems. Work Production: reciprocating internal combustion engines, thermal turbomachinery. Heat production: boilers. Cold production: refrigeration by compression and absorption, heat pump.

 Practice sessions

  1. Absorption refrigeration cycle. Using EES.
  2. Psychrometry. Mass and energy balances in an evaporative cooler.
  3. Descriptive reciprocating internal combustion engines.
  4. Multidimensional and transient conduction. Finite difference method.
  5. External forced convection. Empirical estimate of convection coefficient.
  6. Analysis of a heat exchanger.
  7. Combustion: mass and energy balances. Boiler efficiency.

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 or please refer to the EINA website.

4.5. Bibliography and recommended resources

Resources

Feedback between the student and the teacher will be managed through Moodle. Here the lecturer will distribute course materials (notes, questions, problems, outlines, old exams, tables, etc.), make announcements and notifications to students, send and receive emails and make available to students the tools to carry on sending reports of learning activities.

http://biblos.unizar.es/br/br_citas.php?codigo=60818&year=2019


Curso Académico: 2022/23

532 - Máster Universitario en Ingeniería Industrial

60818 - Ingeniería térmica


Información del Plan Docente

Año académico:
2022/23
Asignatura:
60818 - Ingeniería térmica
Centro académico:
110 - Escuela de Ingeniería y Arquitectura
Titulación:
532 - Máster Universitario en Ingeniería Industrial
Créditos:
6.0
Curso:
1
Periodo de impartición:
Primer semestre
Clase de asignatura:
Optativa
Materia:
---

1. Información Básica

1.1. Objetivos de la asignatura

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

Completar la formación común a la rama industrial en los siguientes ámbitos:

Transferencia de calor: conducción, convección, intercambiadores de calor y radiación térmica.

Produción de calor: balances de materia y energía en combustión.

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:

ODS 7: Garantizar el acceso a una energía asequible, segura, sostenible y moderna para todos

7.1 De aquí a 2030, garantizar el acceso universal a servicios energéticos asequibles, fiables y modernos
7.2 De aquí a 2030, aumentar considerablemente la proporción de energía renovable en el conjunto de fuentes energéticas
7.3 De aquí a 2030, duplicar la tasa mundial de mejora de la eficiencia energética

ODS 9. Industria, innovación e infraestructuras

9.4. De aquí a 2030, modernizar la infraestructura y reconvertir las industrias para que sean sostenibles, utilizando los recursos con mayor eficacia y promoviendo la adopción de tecnologías y procesos industriales limpios y ambientalmente racionales, y logrando que todos los países tomen medidas de acuerdo con sus capacidades respectivas.

ODS 13. Acción por el clima

13.3 Mejorar la educación, la sensibilización y la capacidad humana e institucional respecto de la mitigación del cambio climático, la adaptación a él, la reducción de sus efectos y la alerta temprana.

1.2. Contexto y sentido de la asignatura en la titulación

La asignatura obligatoria de Ingeniería Térmica sirve de puente entre la asignatura obligatoria de Termodinámica Técnica y Fundamentos de Transferencia de Calor, impartida en los grados de Ingeniería Eléctrica e Ingeniería Electrónica y Automática, y la asignatura de Tecnología Energética, obligatoria en el Máster Universitario de Ingeniería Industrial, que se imparte para los alumnos de dichos grados en el segundo cuatrimestre del primer curso. Su objetivo es completar la formación para comprender las transformaciones energéticas y poder llevar a cabo el análisis y diseño de instalaciones térmicas para la generación, transformación, transferencia y uso de la energía.

1.3. Recomendaciones para cursar la asignatura

Como egresados de grados de ingeniería de la rama industrial, los alumnos han debido adquirir las competencias de fomación básica y las comunes a la rama industrial de la orden CIN351/2007, en especial se utilizarán "Comprensión y dominio de los conceptos básicos sobre las leyes generales de la mecánica, termodinámica, campos y ondas y electromagnetismo y su aplicación para la resolución de problemas propios de la ingeniería" y "Conocimientos de termodinámica aplicada y transmisión de calor. Principios básicos y su aplicación a la resolución de problemas de ingeniería.", así como conocimientos básicos de química y mecánica de fluidos. 

Resultará indispensable la soltura con ciertos conceptos matemáticos, tales como derivadas e integrales básicas, funciones logarítmicas y exponenciales, representaciones gráficas, etc. También la resolución de ecuaciones diferenciales sencillas.

Se recomienda al alumno la asistencia activa a las clases de teoría y problemas, así como un estudio continuado de los contenidos 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.

2. Competencias y resultados de aprendizaje

2.1. Competencias

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

Competencias específicas

Conocimientos aplicados de Ingeniería térmica (CE1).

Competencias generales 

  • Tener conocimientos adecuados de los aspectos científicos y tecnológicos de la ingeniería energética (CG1).
  • Proyectar, calcular y diseñar productos, instalaciones y plantas energéticas (CG2).
  • Aplicar los conocimientos adquiridos y resolver problemas en entornos nuevos o poco conocidos dentro de contextos más amplios y multidisciplinares (CG8).
  • Saber comunicar conclusiones a públicos especializados y no especializados de un modo claro y sin ambigüedades (CG10).
  • Poseer las habilidades de aprendizaje que permitan un estudio autodirigido o autónomo (CG11).

 

2.2. Resultados de aprendizaje

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

Es capaz de resolver problemas de transferencia de calor que involucren conducción, convección forzada y natural y radiación.

Es capaz de realizar el dimensionamiento térmico de intercambiadores de calor

Es capaz de realizar cálculos de balances de masa y energía en combustión de sólidos, líquidos y gases y calcular el rendimiento de equipos de combustión.

2.3. Importancia de los resultados de aprendizaje

Los resultados de aprendizaje de la asignatura son fundamentales para la obtención del Máster en Ingeniería Industrial, ya que con ellos el estudiante será capaz de diseñar, analizar y optimizar instalaciones energéticas, que permiten el actual desarrollo social, tecnológico y económico.

De acuerdo con las competencias profesionales de esta titulación, el estudiante 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 Ingeniería Térmica dota al estudiante de las herramientas para abordar estas tareas con éxito, junto con asignaturas posteriores que profundizan en ciertos aspectos y presentan técnicas y métodos de análisis más avanzados. Asimismo, su formación se complementará utilizando herramientas informáticas adecuadas para completar modelados ingenieriles de equipos y sistemas de interés en la industria.  

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:

Evaluación continua

 Los alumnos que lo deseen pueden optar por evaluación continua, que consistirá en:

  • Dos exámenes teórico prácticos (uno en el mes de noviembre y otro los días reservados para evaluación continua al final del periodo de clases), que serán eliminatorios de materia. Los exámenes teórico-prácticos parciales seguirán el mismo formato que el examen teórico-práctico global. Estos exámenes teórico prácticos supondrán el 80% de la nota final, en caso de ser aprobados. El primero valdrá un 52% y el segundo un 28%, en proporción a la parte del temario incluida en cada uno.
  • Evaluación de los trabajos prácticos entregados durante el curso, que supondrá un 20% de la nota de la convocatoria. El numero de trabajos y si es individual o de grupo se comunicará a principio de curso.

Los alumnos que hayan optado por evaluación continua y hayan suspendido alguno de los exámenes teórico-prácticos podrán recuperarlos en la prueba global de la convocatoria de febrero. Para aprobar por evaluación continua es necesario que la media ponderada de los exámenes teórico-prácticos sea superior a 4.0.

Evaluación global:

Se realizará mediante un examen teórico práctico que constará de dos partes:

  • Prueba objetiva sobre conceptos básicos de la asignatura (puede incluir cálculos sencillos). Sin apuntes, se podrá llevar calculadora y un formulario especial (30% del examen teórico práctico).
  • Examen de problemas, con dos o tres ejercicios, con apuntes. Se permitirá el uso de calculadora y ordenador para la realización de los cálculos (70% del examen teórico práctico)

La nota para aprobar en evaluación global es 5.0 en promedio ponderado de ambas partes. No hay nota mínima para promediar.

Se recuerda que según el artículo 10 del "Reglamento de normas de evaluación del aprendizaje" de la Universidad de Zaragoza , "La segunda convocatoria de evaluación, a la que tendrán derecho todos los estudiantes que no hayan superado la asignatura, se llevará a cabo mediante una prueba global realizada en el periodo establecido al efecto por el Consejo de Gobierno en el calendario académico.". Por tanto, las notas de evaluación continua no se guardan para septiembre.

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: si se detectaran plagios o copia fraudulenta de los trabajos, la nota correspondiente sería cero.
  • Correcto planteamiento razonado del procedimiento de resolución de las cuestiones y problemas planteados.
  • Corrección del resultado numérico obtenido en cada uno de los apartados
  • Corrección y claridad en la comunicación escrita: correcta ortografía, letra clara, correcta expresión, estructura de contenidos coherente.
  • Análisis crítico de los resultados: 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: no se admitirán informes fuera de la fecha límite, salvo causa debidamente justificada.
  • Entrega en el formato y procedimiento indicado por el profesor.

4. Metodología, actividades de aprendizaje, programa y recursos

4.1. Presentación metodológica general

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

Las clases magistrales se imparten al grupo completo, a razón de 3 horas semanales. En las estas sesiones se explican los conceptos teóricos y ser realizan problemas de aplicación.

Durante el curso se realizan 5 sesiones prácticas de tres horas de duración, en semanas alternas. En estas sesiones prácticas se resuelven problemas de forma más participativa, dejando tiempo para que los alumnos los resuelvan por sí mismos con la asistencia personalizada del profesor. Se utiliza el ordenador como herramienta de cálculo para un uso más eficiente del tiempo y para poder realizar problemas más complejos en los que la resolución con calculadora no es operativa por requerir mayor tiempo y presentar dificultades en algunos caso, como por ejemplo si hay variables que no se pueden despejar y requieren de resolución iterativa.

En función de los medios disponibles, alguna sesión práctica se puede dedicar a prácticas de laboratorio.

Para algunas partes de la asignatura que requieren cálculos muy largos o complicados que no hay tiempo de trabajar en clase, se propondrán trabajos tutorizados en grupos de 2 o 3 alumnos.

En estas actividades se espera que la interacción con el profesor ayude al alumno en la comprensión de la asignatura. 

La asistencia a clase deberá ser completada con el estudio personal, a razón, aproximadamente, de una hora y media de estudio por hora presencial de clase. Para las dudas o cuestiones que surjan durante el estudio, el profesor estará disponible en el horario de tutorías que se determine a principio de curso.

4.2. Actividades de aprendizaje

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

 Clases magistrales y de resolución de problemas y casos: Se desarrollarán a lo largo del cuatrimestre, incluyendo la resolución de problemas, mediante 3 horas de clases semanales en horario asignado por el centro. Es, por tanto, una actividad presencial, de asistencia no obligatoria, pero altamente recomendable. El programa previsto de la asignatura se muestra en el apartado “Programa”.

Prácticas de laboratorio: Se realizarán 5 6 sesiones de  3 2 h dedicadas fundamentalmente a resolución de problemas con ordenador, en función de la disponibilidad de tiempo y equipos puede realizarse alguna sesión de laboratorio.

Realización de trabajos de aplicación: A lo largo del cuatrimestre, de forma coordinada con las clases magistrales y para complementar a las prácticas, se plantearán varios casos prácticos realistas que se resolverán en grupos pequeños con la tutela del profesor

Estudio y trabajo personal: Esta es la parte principal no presencial de la asignatura, que se estima en unas 60 horas, necesarias para el estudio de teoría, resolución de problemas y preparación de las pruebas escritas.

Tutela personalizada profesor-alumno: El profesor publicará en la web de la EINA un horario de atención a los estudiantes para que puedan acudir a realizar consultas de manera ordenada a lo largo del cuatrimestre.

Pruebas de evaluación: la EINA planificará las fechas de  las dos convocatorias, febrero y septiembre y las publicará en la web de la EINA.

4.3. Programa

El programa que se ofrece al estudiante para ayudarle a lograr los resultados previstos se expone a continuación...

El programa de la asignatura será organizado al comienzo del curso en función del perfil del alumnado y cubrirá los objetivos propuestos tanto en los aspectos teóricos como los prácticos de los siguientes temas:

  1. Modos de transferencia de calor. Ecuaciones básicas
  2. Conducción del calor. Ecuación del calor. Conducción 1D estacionaria: resitencia y circuitos térmicos. Sistemas activos. Factor de forma. Conducción unidimensional aproximada. Aletas de refrigeración. Conducción transitoria: sistemas de parámetros agrupados.
  3. Convección del calor. Ecuaciones y números adimensionales. Convección forzada. Convección natural
  4. Intercambiadores de calor.
  5. Radiación térmica.
  6. Balances de materia y energía en combustión.

Programa de prácticas y trabajos. 

  • Cálculo de bancos de aletas.
  • Convección forzada externa. Estimación experimental del coeficiente de convección.
  • Cálculo de coeficientes de convección.
  • Diseño y análisis de intercambiadores de calor
  • Radiación térmica: radiación ambiental y cavidades de superficies grises
  • Combustión: Balances de materia y energía. Rendimiento de una caldera.
  • Transferencia de calor multimodo.

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

Calendario de sesiones teórico-prácticas y presentación de trabajos

Las clases magistrales y de problemas y las sesiones de prácticas en el laboratorio se imparten según horario establecido por el centro (horarios disponibles en la página web de la EINA).

El  profesor informará de su horario de atención de tutoría al comienzo del cuatrimestre.

El resto de actividades se planificará en función del encargo docente fijado, según el número de alumnos matriculados, y se dará a conocer con la suficiente antelación en clase y a través de Moodle.

Las fechas de inicio y finalización de la asignatura y las horas concretas de impartición se podrán encontrar en la página web de la escuela https://eina.unizar.es/ en las secciones "calendarios" y "horarios"

La relación y fecha de las diversas actividades, junto con todo tipo de información y documentación adicional sobre la asignatura, se publicará en la plataforma "Anillo Digital Docente", a la que tienen acceso  los alumos matriculados.

A título orientativo:

  • Cada semana hay programadas 3 horas de clases, que se destinarán a clases magistrales de teoría y a clases de resolución de problemas.
  • Cada estudiante realizará 5 prácticas, hasta completar un total de 15 horas en actividades prácticas. Estas prácticas serán programadas en los horarios habilitados para ello por la escuela de tal manera que se realice aproximadamente una práctica cada dos semanas.
  • A principio de curso se dará a conocer el calendario de prácticas y las fechas de pruebas parciales de evaluación continua. Las fechas entrega y recogida de trabajos prácticos se anunciarán con la suficiente antelación durante el curso.
  • Las fechas de los exámenes y pruebas de convocatoria oficial serán fijadas por la escuela (https://eina.unizar.es/ sección "Exámenes y convocatorias").

4.5. Bibliografía y recursos recomendados

http://psfunizar10.unizar.es/br13/egAsignaturas.php?codigo=60818