Guía Docente

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1 Guía Docente Máquinas Térmicas Grado en Ingeniería Mecánica

2 ÍNDICE 1 1. Datos de identificación 3 2. Descripción y Objetivos Generales 3 3. Requisitos previos 5 4. Competencias 6 5. Resultados de aprendizaje 7 6. Actividades formativas y metodología 8 7. Contenidos Bibliografía comentada Evaluación del aprendizaje Propuesta de actuaciones específicas Normas específicas Proyecto Integrado Anexo Plantilla de Planificación Docente Error! Marcador no definido. FLORIDA UNIVERSITÀRIA Este material docente no podrá ser reproducido total o parcialmente, ni transmitirse por procedimientos electrónicos, mecánicos, magnéticos o por sistemas de almacenamiento y recuperación informáticos o cualquier otro medio, ni prestarse, alquilarse o cederse su uso de cualquier otra forma, con o sin ánimo de lucro, sin el permiso previo, por escrito, de FLORIDA CENTRE DE FORMACIÓ, S.C.V. 2 FLORIDAUNIVERSITÀRIA. Grado en Ingeniería Mecánica

3 1. Datos de identificación Asignatura: Máquinas Térmicas Materia/Módulo: Ingeniería térmica y de Fluidos/ Módulo de Especialidad Mecánica Carácter/Tipo de formación: Formación obligatoria ECTS: 4,5 Titulación: Grado en Ingeniería Mecánica Curso/Semestre: Tercer curso (3) / Primer semestre (A) Unidad: Ingeniería y Matemáticas Profesorado: JoseVte. García Ortiz, jvgarcia@florida-uni.es Despacho: D1.6 Horario de atención: Consultar intranet Idioma de impartición Castellano 1. Descripción y Objetivos Generales La asignatura está dividida en cuatro bloques, y se estructura de la siguiente manera: Bloque I: Introducción Tema 1. Aspectos generales de las máquinas térmicas. Bloque II: Motores de Combustión Interna alternativos Tema 2. Ciclos de trabajo y características fundamentales de los MCIA.. Tema 3. Balance térmico y sistemas de refrigeración. Tema 4. Proceso de renovación de la carga. Tema 5. Curvas características, Normativa y OBD (control electrónico de Motores) Bloque III: Compresores. Tema 6. Compresores volumétricos. Tema 7. Turbocompresores. Bloque IV: Máquinas térmicas. Tema 8. Escalonamientos. Tema 9. Turbinas de vapor. Tema 10. Turbinas de gas. Tema 11. Ciclos de refrigeración. En los múltiples procesos y actividades humanas está la transformación de la energí térmica en mecánica y viceversa. Para ello se tratan termodinámicamente diferentes FLORIDAUNIVERSITÀRIA. Grado en Ingeniería Mecánica 3

4 fluidos con el fin de obtener las transformaciones necesarias. Para ello se utilizan las máquinas térmicas, es decir máquinas cuyas transformaciones termodinámicas tienen como origen o como fin la energía mecánica. El objetivo de la asignatura principalmente es de proporcionar al aluno las herramientas matemáticas y conocimientos necesarios para el análisis de estas máquinas y sus procesos. De este modo el alumno podrá extrapolar los conocimientos y las herramientas a máquinas térmicas de cualquier índole. Así mismo, prácticamente en todos los procesos industriales se requiere la aplicación de los principios de la Termodinámica. Para el diseño de nuevos procesos es necesario saber si un proceso termodinámico puede ocurrir o no en la realidad, así como poder determinar las máximas prestaciones que se pueden obtener de una instalación quee utilice máquinas térmicas. Los objetivos generales son los siguientes: Ampliar los conocimientos de Termodinámica y máquinas de fluido para la práctica de la Ingeniería Industrial. Entrenar a los alumnos cómo enfrentarse a la identificación, planteamiento y resolución de problemas Termodinámicos relacionados con las máquinas térmicas tanto de forma individual o como en equipo. Proporcionar al alumno la habilidad para utilizar los conocimientos proporcionados en la asignatura en su vida profesional y poder resolver problemas. Proporcionar al alumno los conocimientos de la Máquinas Térmicas necesarios para abordar problemas Industriales en este campo. El primer bloque se centra en aspectos generales sobre las máquinas térmicas. El segundo bloque hace especial hincapié en uno de los grupos de máquinas térmicas más utilizados como son los motores de combustión interna alternativos. El tercer bloque se centra en el caso específico de los compresores volumétricos como máquinas térmicas generadores más importantes. El cuarto y bloque final expone ejemplos de máquinas térmicas importantes. 4 FLORIDAUNIVERSITÀRIA. Grado en Ingeniería Mecánica

5 2. Requisitos previos Se necesitan conocimientos previos de Análisis Matemático, Termodinámica y Física General. Del mismo modo resultan interesantes los conocimientos en mecánica de Asignatura Ingeniería Térmica Termodinámica Técnica fluidos, mecánica y tecnología de materiales. Previa Previa Impartida Materia Conocimientos Previos Nivel Ingeniería Térmica y de Fluidos Ingeniería Térmica y de Fluidos Ingeniería Térmica y de Fluidos Ingeniería Térmica y de Fluidos Ingeniería Térmica y de Fluidos Conocimientos aplicados de ingeniería térmica. Conocimiento aplicado de los fundamentos de los sistemas y máquinas fluidomecánicas. Conocimiento en materias básicas y tecnológicas, que les capacite para el aprendizaje de nuevos métodos y teorías, y les dote de versatilidad para adaptarse a nuevas situaciones Capacidad de resolver problemas con iniciativa, toma de decisiones, creatividad, razonamiento crítico y de comunicar y transmitir conocimientos, habilidades y destrezas en el campo de la Ingeniería Industrial Capacidad de analizar y valorar el impacto social y medioambiental de las soluciones técnicas. Grado en Ingeniería Mecánica Necesaria Necesaria Conveniente Conveniente Conveniente FLORIDAUNIVERSITÀRIA. Grado en Ingeniería Mecánica 5

6 3. Competencias COMPETENCIAS GENERALES 64G. Capacidad de resolver problemas con iniciativa, toma de decisiones, creatividad, razonamiento crítico y de comunicar y transmitir conocimientos, habilidades y destrezas en el campo de la Ingeniería Industrial. 67G.- Capacidad de analizar y valorar el impacto social y medioambiental de las soluciones técnicas. COMPETENCIAS TRANSVERSALES Instrumentales G1. Uso de las TICs G2. Comunicación oral G3. Comunicación escrita G4. Comunicación en idioma extranjero Interpersonales G5.Trabajo en Equipo G6.Resolución de conflictos G7.Aprendizaje permanente G8. Compromiso y responsabilidad ética Sistémicas G9.Iniciativa, Innovación y Creatividad G10.Liderazgo COMPETENCIAS ESPECÍFICAS 43E.- Conocimientos aplicados de ingeniería térmica. 46E.- Conocimiento aplicado de los fundamentos de los sistemas y máquinas fluidomecánicas. 63E.- Conocimiento en materias básicas y tecnológicas, que les capacite para el aprendizaje de nuevos métodos y teorías, y les dote de versatilidad para adaptarse a nuevas situaciones. Detalle específico de algunas competencias E1. Conocimientos generales en el campo de Máquinas térmicas. E2. Conocimientos de termodinámica aplicada y transmisión de calor. Principios específicos y aplicación a la resolución de problemas de ingeniería. E3. Conocimiento de las relaciones de presión, temperatura,entalpía entropíay las relaciones con trabajo y rendimiento para una sustancia pura en las máquinas térmicas. E4. Análisis de los principios de conservación de la energía y de la masa. E5. Identificación de las propiedades termodinámicas de los fluidos utilizados. E6. Conocimientos de los principios básicos de lasmáquinas térmicas y aplicación a la resolución de problemas en el campo de la ingeniería. E7. Capacidad de calcular los rendimientos y potencias de las diferentes máquinas E8. Cálculo de los elementos que componen las máquinas térmicas (intercambiadores, calderas, quemadores, diámetro del pistón, carrera etc). E9. Capacidad de analizar y valorar el impacto socio-económico y medioambiental (emisiones contaminantes) de las soluciones técnicas. E10. Conocimiento en materias básicas y tecnológicas, que les capacite para el aprendizaje de nuevos métodos y teorías, y les dote de versatilidad para adaptarse a nuevas situaciones 6 FLORIDAUNIVERSITÀRIA. Grado en Ingeniería Mecánica

7 E11. Capacidad de resolver problemas con iniciativa, toma de decisiones, creatividad, razonamiento crítico y de comunicar y transmitir conocimientos, habilidades y destrezas en el campo de la Ingeniería Industrial. 4. Resultados de aprendizaje RESULTADOS DE APRENDIZAJE R1 Conoce los principios básicos de las máquinas térmicas y su aplicaciones para la resolución de problemas de ingeniería. R2 Conoce los ciclos térmicos de las Máquinas Térmicas, así como los principios termodinámicos que rigen. R3 Analiza y explica los principios básicos de la transmisión de calor y su aplicación a la resolución de problemas de ingeniería. R4 Conoce los principios básicos de la termodinámica y su aplicación a las máquinas térmicas. Calcula calderas, quemadores, potencias y rendimientos además de la capacidad para predimensionar instalaciones. R5 Identifica y aplica distintos métodos para el análisis del comportamiento de las máquinas térmicas, empleando la terminología, formulación y métodos de análisis asociados. R6 Identifica y aplica distintos métodos para el análisis del comportamiento de de los fluidos incompresibles en diferentes condiciones dinámicas, empleando la terminología, formulación y métodos de análisis asociados. Además de el mejo de fluidos bi-fásicos y con cambio de fase en los procesos termodinámicos de las máquinas térmicas. COMPETENCIAS 64G, 67G, 43E, 46E, 63E (E1, E3, E10, E11) 64G, 67G, 43E, 46E, 63E (E2, E3, E4, E5) G2, 43E, 46E, 63E (E4, E5, E8, E9, E11, E12) G7, 64G, 67G, 43E, 46E, 63E (E6, E1, E8) G7, G1, 64G, 67G, 43E, 46E, 63E (E2,E10,E11) G9, G3, 43E, 46E, 63E (E6,E7,E2,E10,E11, E12) FLORIDAUNIVERSITÀRIA. Grado en Ingeniería Mecánica 7

8 5. Actividades formativas y metodología Selección y estructuración de las Unidades Didácticas. Las máquinas térmicas se van a dividir en 4 bloques: Bloque I.Introducción a las máquinas térmicas: Lección 1. Introducción a las máquinas térmicas. Bloque II. Motores de Combustión Interna Alternativos. Lección 2. Ciclos de trabajo y características fundamentales de los MCIA. Lección 3. Balance Energético, pérdidas mecánicas y Lubricación. Lección 4. Proceso de renovación de la carga. Lección 5. Curvas características, Normativa y OBD (control electrónico de Motores) Bloque III. Compresores volumétricos. Lección 6. Compresores volumétricos. Lección 7. Turbocompresores. Bloque IV. Turbo máquinas térmicas. Lección 8. Escalonamientos. Lección 9. Turbinas de Vapor. Lección 10. Turbinas de Gas. Lección 11. Ciclos de refrigeración. En todas las lecciones y según el avance de las clases se realizarán visitas a los talleres. El objetivo de las visitas es la comprensión de las máquinas térmicas estudiadas y las soluciones constructivas implementadas en cada una. Permitirá asentar los conocimientos teóricos y herramientas matemáticas explicadas en clase. Se realizarán continuas referencias a un caso práctico, para que el aluno se de cuenta de la utilidad práctica y real de los conocimientos que se van adquiriendo a lo largo de la asignatura. Las referencias prácticas se referirán en todo momento al proyecto Integrado. De tal modo que las soluciones que se presenten deberán estar coordinadas con necesidades reales propuestas para el proyecto integrado. El volumen de trabajo del alumnado en la asignatura es equivalente a 25 horas por cada uno de los créditos. Corresponden por lo tanto a un total de 112,5 horas atendiendo al valor de 4,5 créditos estipulado para la asignatura. Esta carga de trabajo se concreta entre: 8 FLORIDAUNIVERSITÀRIA. Grado en Ingeniería Mecánica

9 Actividades formativas presenciales (clases teóricas y prácticas, seminarios, proyectos integrados, tutoría,..). 45 horas Actividades formativas de trabajo autónomo( estudio y preparación de clases, elaboración de ejercicios, proyectos, preparación de lecturas, preparación de exámenes,..): 67,5 horas De acuerdo con lo formulado, el trabajo queda distribuido entre las siguientes actividades y porcentajes de aplicación: Modalidad Organizativa CLASE TEÓRICA CLASES PRÁCTICAS / LABORATORIO TRABAJO INDIVIDUAL TRABAJO EQUIPO PROYECTO INTEGRADO TUTORÍA ACTIVIDADES FORMATIVAS DE TRABAJO PRESENCIAL EN Metodología Exposición de contenidos por parte delprofesorado con participación del alumnado Sesiones grupales de trabajo supervisadaspor el profesorado. Realización por parte de los estudiantes, de cualquier tipo de ejercicios y problemas. Técnica en la que los alumnos analizan situaciones profesionales presentadas por el profesor, con el fin de realizar una conceptualización real y realizar una búsqueda de soluciones eficaces. Realización de un proyecto para resolver unproblema o abordar una tarea mediante laplanificación, diseño y realización de unaserie de actividades. Atención personalizada y en pequeño grupo. Instrucción realizada con el objetivo derevisar, reconducir materiales de clase,aprendizaje y realización de trabajos Relación con resultados de aprendizaje R1 R2 R3 R4 R1 R2 R3 R4 R5 R6 Porcentaje Total: 100% R5 R6 R1 R2 R3 R4 R5 R FLORIDAUNIVERSITÀRIA. Grado en Ingeniería Mecánica 9

10 ACTIVIDADES FORMATIVAS DE TRABAJO AUTÓNOMO DEL ALUMNADO Modalidad Organizativa TRABAJO GRUPO TRABAJO INDIVIDUAL/ AUTÓNOMO INVESTIGACIÓN EN Metodología Preparación en grupo de resolución deproblemas y del trabajo integrado paraentregar y/o exponer en clases teóricas oprácticas, tutorías, etc. Estudio del alumno/a y resolución deproblemas matemáticos. Incluye cualquier actividad de estudio que no se haya computado en el apartado anterior (estudiar exámenes, trabajo en biblioteca, lecturas complementarias, hacer problemas y ejercicios, trabajo en el aula virtual, trabajo en proyectos relacionados con tecnologías TIG, etc.). Preparación de seminarios, lecturas, investigaciones, trabajos, memorias, etc. para exponer o entregar en las clases teóricas. Relación con resultados de aprendizaje Total 100% R5 R6 R1 R2 R3 R4 R1 R2 R3 R4 R5 R6 Porcentaje Contenidos Relación de contenidos Bloque I. Introducción a las máquinas térmicas: Lección 1. Introducción a las máquinas térmicas. 1. Transformaciones energéticas principales. 2. Máquinas de fluido. 3. Máquinas térmicas. Bloque II. Motores de Combustión Interna Alternativos. Lección 2. Ciclos de trabajo y características fundamentales de los MCIA. 1. Clasificación. 2. Ciclos de trabajo de los MCIA. 10 FLORIDAUNIVERSITÀRIA. Grado en Ingeniería Mecánica

11 3. Parámetros geométricos de los MCIA. 4. Parámetros de funcionamiento. Lección 3. Balance Energético, perdidas mecánicas y Lubricación. 1. Balance energético. 2. Energía cedida al refrigerante y sistemas de refrigeración. 3. Disipación mecánica de la energía. 4. Sistema de Lubricación y aceites. Lección 4. Proceso de renovación de la carga. 1. Introducción. 2. Parámetros característicos. 3. Factores que influyen en el rendimiento volumétrico. 4. PRC en motores 2T Lección 5. Curvas características, Normativa y OBD (control electrónico de Motores) 1. Curvas características a plena carga. 2. Curvas características a cargas parciales. 3. Curvas multiparamétricas. 4. Resumen. Bloque III. Compresores volumétricos. Lección 6. Compresores volumétricos. 1. Introducción. 2. Compresores volumétricos alternativos. 3. Compresores volumétricos rotativos. Lección 7. Turbocompresores. 1. Introducción. 2. Curvas características. 3. Selección de turbocompresores. Bloque IV. Turbomáquinas térmicas. Lección 8. Escalonamientos. 1. Introducción. 2. Características internas. 3. Turbinas. 4. Compresores. Lección 9. Turbinas de Vapor. 1. Introducción al agua. 2. Ciclos Rankine. 3. Ciclos Rankine modificados. Lección 10. Turbinas de Gas. 1. Comportamiento del Aire. FLORIDAUNIVERSITÀRIA. Grado en Ingeniería Mecánica 11

12 2. Ciclos de aire (Bryton, Erikssn, Stirling). 3. Aplicaciones de las turbinas de gas. Lección 11. Ciclos de refrigeración. 1. Fluidos refrigerantes. 2. Ciclos de trabajo de refrigeración. 3. Absorción. 4. Adsorción. 7. Bibliografía comentada Bibliografía básica Moran, M.J., "Fundamentos de termodinámica técnica", Barcelona. Reverté D.L Cámara Zapata, José María, "Problemas de Termodinámica José María Cámara Zapata... [et al.]", Orihuela (Alicante) TC Ediciones D.L.1998 Turbomáquinas Térmicas (Muñoz Torralbo, Manuel) Motores de combustión interna alternativos (Desantes Fernández, José Mª y Paryri González, Francisco) Procesos y tecnología de máquinas y motores térmicos (Arrègle, Jean y otros) Internal combustion engine fundamentals (Heywood, John B.) Cuestiones y problemas resueltos de MCIA (López Sánchez, José Javier y otros) Introduction to turbomachinery (Japikse, David y Baines, Nicholas C.) Bibliografía complementaria Fundamentos de termodinámica técnica (Moran, Michael J.) Fundamentos de transferencia de calor (Incropera, Frank P.) Fundamentals of engineering thermodynamics (Moran, Michael J.) Fundamentals of heat and mass transfer (Dewitt, David P.; Incropera, Frank P.; Bergman, Theodore L.; Lavine, Adrienne S.) 8. Evaluación del aprendizaje Evaluación Tipo Descripción Actos Peso Prueba escrita de respuesta abierta Prueba cronometrada, efectuada bajo control, en la que el alumno construye su respuesta. Se le puede conceder o no el derecho a consultar material de apoyo 40%. Pruebas examen tipo test realizadas telemáticamente a través del aula virtual o cualquier medio alternativo (en caso de dificultades) se realizaran tantas pruebas como bloques o agrupaciones de bloques estime el profesor 20%. 12 FLORIDAUNIVERSITÀRIA. Grado en Ingeniería Mecánica

13 Pruebas objetivas con resolución de problemas fuera de las clases con diversas preguntas y algún problema a resolver, relacionado con el proyecto integrado. 10% Observación Estrategia basada en la recogida sistemática de datos en el propio contexto de aprendizaje: ejecución de tareas, prácticas 5% La evaluación se articula sobre varios aspectos. La nota final será la media ponderada de cada bloque. Se exigirá una nota mínima de cada bloque del 45% del máximo para considerar dicho bloque. El 25% restante de la nota vendrá determinada por el trabajo desarrollado en el Proyecto Integrado. Finalmente, la nota de la segunda convocatoria será únicamente la de la prueba escrita en dicha convocatoria a no ser que el profesor pacte algo diferente en cada uno de los casos individuales. Sistema de evaluación SISTEMAS DE EVALUACIÓN Y CALIFICACIÓN Instrumentos de evaluación Resolución de preguntas cortas en grupo en el aula Ejercicios tipo test de trabajo en grupo en el aula Resolución problemas de trabajo en grupo en el aula Ejercicios tipo test de trabajo en grupo fuera del aula. telemáticamente Resolución problemas de trabajo en grupo fuera del aula recogida sistemática de datos en el propio contexto de aprendizaje Resultados de aprendizaje evaluados R1- R3 - R2 R1- R3 - R2 R1- R3 - R2- R4 R5 R1- R3 - R2 R1- R3 - R2 Porcentaje otorgado R1- R3 - R2 5 Examen. R3 - R2 40 Exposición oral de ejercicios y/o del proyecto integrado Proyecto integrado del primer curso R4 R5 R4 R5 25 Nota Final Propuesta de actuaciones específicas Los estudiantes que no puedan asistir a clase de forma regular deberán ponerse en contacto con el profesor responsable antes de que finalice la tercera semana de inicio de clase para definir su evaluación. La cual se adaptará a la particularidad de cada estudiante, definiendo por escrito el acuerdo al que hayan llegado profesor y alumno/a. FLORIDAUNIVERSITÀRIA. Grado en Ingeniería Mecánica 13

14 10. Normas específicas Teniendo en cuenta el objetivo de compromiso ético del estudiante su comportamiento en el aula puede modificar la evaluación continuada en un 100%, la falta de puntualidad también será tenida en cuenta en la evaluación global. Los estudiantes que por situaciones específicas (temas laborales, enfermedad, incompatibilidad académica, etc.) no puedan asistir regularmente a clase es posible realizar una evaluación continuada semipresencial siempre y cuandoeste debidamente justificada y se comente con el profesor que se desea realizar este tipo de evaluación antes de la tercera semana del inicio de curso. Solo se evaluarán los trabajos presentados en las fechas indicadas. 11. Proyecto Integrado Como ya se ha descrito a lo largo del documento el proyecto Integrado se ha fusionado con la materia. Se ha buscado la mejor forma de integrar las necesidades y la temática del proyecto integrado con los conocimientos y las competencias adquiridas en la asignatura. FLORIDA UNIVERSITARIA. C/ Rei en Jaume I, Catarroja (Valencia) Tel Fax info.uni@florida-uni.es 14 FLORIDAUNIVERSITÀRIA. Grado en Ingeniería Mecánica