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Academic Year/course: 2023/24

434 - Bachelor's Degree in Mechanical Engineering

29728 - Thermal Machines and Engines


Syllabus Information

Academic year:
2023/24
Subject:
29728 - Thermal Machines and Engines
Faculty / School:
110 - Escuela de Ingeniería y Arquitectura
Degree:
434 - Bachelor's Degree in Mechanical Engineering
ECTS:
6.0
Year:
3
Semester:
Second semester
Subject type:
Compulsory
Module:
---

1. General information

The subject is the culmination of the compulsory training block, which we could call energetic. It provides the fundamental principles to understand and design thermal machines and engines, as well as their optimized integration in power generation, transfer and use plants.

It is useful for the student to consolidate the basic concepts to understand specialized texts or manuals of the most common equipment in power plants, such as compressors, gas and steam turbines, diesel engines, gas engines, Stirling engines, etc

With this subject, the student deepens in the methodology of thermal analysis to approach, simulate, optimize and design complex energy facilities that integrate thermal machines for generating work, heat and cold. The subject is essential to take the subsequent subjects of the Energy Module (electives).

2. Learning results

The understanding and optimal design of energy facilities is of vital importance for the Graduate in Mechanical Engineering since this type of facilities undoubtedly contributes to the development of advanced societies.  In accordance with the professional competences of this degree, the future graduate must be able to select the most suitable thermal engine for each need, and to deal with design and optimization projects of thermal machines as well as the installations where they are integrated. The subject of Thermal Engines and Machines provides the student with the basic tools to successfully address these tasks, deepening in key aspects and presenting advanced techniques and methods of analysis.

The subject has been designed so that, once the evaluation has been passed, the student will have achieved the following results:

1. Knows the fundamentals of thermal engines and machines and the different energy transformation technologies.

2. Has the capacity and criteria to analyse, dimension, select and design equipment for the use, production and transformation of mechanical energy.

3. Understands the analysis of work production cycles, integrating the operation of the main equipment.

4. Is capable of applying heat engines in combined heat and power systems for industry

3. Syllabus

Agenda

  • Introduction to thermal engines and machines.
  • Ideal and real cycles of reciprocating internal combustion engines (MACI).
  • Subsystems and components of the MACI. Operating and design parameters.
  • Applications and behavioural curves of MACI.
  • Compressible flow. Nozzles and diffusers. Propulsion. Fundamentals of thermal turbomachines. Euler's equation. Velocity triangle.
  • Degree of reaction and types of turbine staggering. Losses.
  • Compressors: types, characteristics and selection criteria.
  • Application of thermal machines and engines to electricity production.
  • Combined heat and power production (Cogeneration).
  • Criteria for selection and optimization of the operation of machines and thermal engines in energy production systems

Practical sessions

  • Descriptive of MACIs and TMTs.
  • Determination of a vehicle's MACI towing capacity.
  • Basic design of an axial reaction gas turbine. Resolution of practical cases of MACIs and TMTs. Cycle Rankine.
  • Effects of cooling water availability and temperature on the performance of a thermal power plant.
  • Optimal sizing of a simple cogeneration system

4. Academic activities

Attendance to all learning activities is of special relevance to acquire the competencies of the subject.

Face-to-face class.

Expository sessions of theoretical contents and application. The basic concepts and fundamentals of the thermal engines and machines and their application in energy production systems will be presented.

Types of problems.

Problems and cases will be developed and temporally coordinated with the theoretical contents. The student will be encouraged to work the problems beforehand, for which they will be provided with the statements and the guidelines to solve them.

Laboratory practices.

Five practical sessions will cover the following aspects: Description of machines and thermal engines.

Design and analysis of the operation of positive displacement machines. Design and analysis of the operation of thermal turbomachines. Resolution of practical cases of thermal engines and machines. Analysis and optimization of power and cogeneration facilities.

Works.

Activities that the student will carry out individually or in groups of 2 students and that the teacher will propose along of the teaching period. With a certain frequency, the teacher will schedule tutoring sessions in order to follow up on the functioning of the groups and the progress achieved.

5. Assessment system

1st Call: The student who wishes to do so may carry out a continuous evaluation procedure that will contain the following elements

1º) Written tests. They will consist of theoretical questions and development problems and will represent 70-80% of the final grade, divided between 25-30% for the theoretical questions and 50-55% for the problems.  There will be midterm exams

2º) Practices The attendance and the scripts handed in at the end of each of the practical sessions will have a weight of 20% in the final grade.

In order to pass the continuous evaluation it will be necessary to obtain a grade equal or higher than 4 out of 10 in each of the written tests and in the set of practices and a grade equal or higher than 5 out of 10 when considering them together.

Students who do not pass or do not wish to take the continuous evaluation will have the global evaluation to which they are entitled by the regulations of the University of Zaragoza . This evaluation will consist of a written test, which will take place on day assigned by the Centre for the 1st official call, in which questions may be asked about any of the contents of the subject.

2nd Call: the procedure followed will be in accordance with the regulations of the University of Zaragoza, which in the Regulation of Learning Assessment Standards establishes that a global test will be carried out consisting of an exam on all the contents of the subject and will take place on the day assigned by the centre in the 2nd official call.


Curso Académico: 2023/24

434 - Graduado en Ingeniería Mecánica

29728 - Máquinas y motores térmicos


Información del Plan Docente

Año académico:
2023/24
Asignatura:
29728 - Máquinas y motores térmicos
Centro académico:
110 - Escuela de Ingeniería y Arquitectura
Titulación:
434 - Graduado en Ingeniería Mecánica
Créditos:
6.0
Curso:
3
Periodo de impartición:
Segundo semestre
Clase de asignatura:
Obligatoria
Materia:
---

1. Información básica de la asignatura

La asignatura culmina el bloque formativo obligatorio que podríamos denominar energético. Proporciona los principios fundamentales para comprender y diseñar las máquinas y motores térmicos, así como su integración optimizada en plantas de generación, transferencia y uso de la energía.

Sirve para que el alumno afiance los conceptos básicos para comprender textos especializados o manuales de los equipos más habituales en las instalaciones energéticas, tales como compresores, turbinas de gas y vapor, motores diesel, motores de gas, motores Stirling, etc.

Con esta materia, el alumno profundiza en la metodología de análisis térmico para abordar, simular, optimizar y diseñar instalaciones energéticas complejas que integren máquinas térmicas de generación de trabajo, calor y frío. La asignatura resulta esencial para cursar las asignaturas posteriores del Módulo de Energía (optativas). 

2. Resultados de aprendizaje

La comprensión y el diseño óptimo de instalaciones energéticas es de vital importancia para el Graduado en Ingeniería Mecánica, ya que este tipo de instalaciones contribuye de manera indudable al desarrollo de las sociedades avanzadas. De acuerdo con las competencias profesionales de esta titulación, el futuro graduado deberá ser capaz de seleccionar el motor térmico mas adecuado a cada necesidad, y abordar proyectos de diseño y optimización tanto de máquinas térmicas como  de las instalaciones donde se integran. La asignatura de Máquinas y Motores Térmicos dota al estudiante de las herramientas básicas para abordar estas tareas con éxito, profundizando en aspectos clave y presentando técnicas y métodos de análisis avanzados.

La asignatura se ha planteado para que, una vez superada la evaluación, el alumno haya alcanzado los siguientes resultados de aprendizaje:

1. Conoce los fundamentos de máquinas y motores térmicos y las diferentes tecnologías de transformación de energía.

2. Tiene capacidad y criterio para analizar, dimensionar, seleccionar y diseñar equipos de utilización, producción y transformación de la energía mecánica.

3. Comprende el análisis de ciclos de producción de trabajo, integrando el funcionamiento de los principales equipos.

4. Es capaz de aplicar los motores térmicos en sistemas de producción combinada de energía para la industria

3. Programa de la asignatura

Temario

  • Introducción a las máquinas y motores térmicos.
  • Ciclos ideales y reales de los motores alternativos de combustión interna (MACI).
  • Subsistemas y componentes de los MACI. Parámetros de operación y diseño.
  • Aplicaciones y curvas de comportamiento de los MACI.
  • Flujo compresible. Toberas y difusores. Propulsión. Fundamentos de las turbomáquinas térmicas. Ecuación de Euler. Triángulo de velocidades.
  • Grado de reacción y tipos de escalonamientos en turbinas. Pérdidas.
  • Compresores: tipos, características y criterios de selección.
  • Aplicación las máquinas y motores térmicos a la producción eléctrica.
  • Producción combinada de calor y electricidad (Cogeneración).
  • Criterios de selección y optimización de la operación de máquinas y motores térmicos en sistemas de producción de energía.

Sesiones prácticas

  • Descriptiva de de MACIs y TMTs.
  • Determinación de la capacidad de arrastre del MACI de un vehículo.
  • Diseño básico de una turbina de gas axial de reacción. Resolución de casos prácticos de MACIs y TMTs. Ciclo Rankine.
  • Efectos sobre el rendimiento de una central térmica de la disponibilidad y temperatura del agua de refrigeración.
  • Dimensionado óptimo de un sistema simple de cogeneración

4. Actividades académicas

La asistencia a todas las actividades de aprendizaje es de especial relevancia para adquirir las competencias de la asignatura.

Clase presencial.

Sesiones expositivas de contenidos teóricos y de aplicación. Se presentarán los conceptos y fundamentos básicos de las máquinas y motores térmicos y su aplicación en sistemas de producción energética.

Clases de problemas.

Se desarrollarán problemas y casos coordinados de manera temporal con los contenidos teóricos. Se fomentará que el estudiante trabaje previamente los problemas, para lo cual dispondrá de los enunciados y de las pautas de resolución de los mismos.

Prácticas de laboratorio.

Se realizarán cinco sesiones prácticas que cubrirán los siguientes aspectos: Descriptiva de máquinas y motores térmicos. Diseño y análisis del funcionamiento de máquinas de desplazamiento positivo. Diseño y análisis del funcionamiento de turbomáquinas térmicas. Resolución de casos prácticos de máquinas y motores térmicos. Análisis y optimización de instalaciones de potencia y de cogeneración.

Trabajos.

Actividades que el estudiante realizará individualmente o en grupos de 2 alumnos y que el profesor irá proponiendo a lo largo del período docente. Con una cierta periodicidad, el profesor programará sesiones de tutoría con el fin de realizar un seguimiento del funcionamiento de los grupos y de los avances conseguidos.  

5. Sistema de evaluación

1ª Convocatoria: El estudiante que lo desee podrá realizar un procedimiento de evaluación continuada que contendrá los siguientes elementos

1º) Pruebas escritas. Consistirán en Cuestiones de naturaleza teórica y Problemas de desarrollo y supondrán el 70 % 80 % de la calificación final, repartido entre un 25-30% la parte de Cuestiones teóricas y un 50-55% la parte de Problemas. Se realizarán exámenes parciales. 

2º) Prácticas. La asistencia y los guiones entregados al finalizar cada una de las sesiones prácticas tendrán un peso en la calificación final del 20 %.

Para aprobar la evaluación continuada será necesario obtener una nota igual o mayor que 4 sobre 10 en cada una de las pruebas escritas  y en el conjunto de las prácticas y una nota igual o mayor que 5 sobre 10 al considerarlas conjuntamente.

Los estudiantes que no superen o no deseen realizar la evaluación continuada dispondrán de la evaluación global a la que les da derecho la normativa de la Universidad de Zaragoza. Esta evaluación consistirá en una prueba escrita, que tendrá lugar el día asignado por el Centro para la realización de la 1ª convocatoria oficial, en la que se podrá preguntar acerca de cualquiera de los contenidos de la asignatura.

2ª Convocatoria: el procedimiento seguido se atendrá a la normativa de la Universidad de Zaragoza que en el Reglamento de Normas de Evaluación del Aprendizaje establece que ?se llevará a cabo una prueba global? que consistirá en un examen sobre todos los contenidos de la asignatura y tendrá lugar el día asignado por el Centro para la realización de la 2ª convocatoria oficial.