GUÍA DOCENTE DE ASIGNATURA

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1 GUÍA DOCENTE DE ASIGNATURA 1. DATOS DE LA ASIGNATURA 1.1. Nombre Ampliación de Termodinámica -- Thermodynamics II 1.. Código Plan Ciclo Primero 1.5. Curso Tercero 1.6. Tipo Optativa 1.7. Cuatrimestre Segundo 1.8. Créditos LRU Teóricos Prácticos Créditos ECTS Total de horas de trabajo del estudiante Tipo de actividad Previsión de actividades y su estimación en horas de trabajo del estudiante a)enumeración y/o descripción de las actividades del estudiante 4 b)horas I. ACTIVIDADES Clases de teoría y problemas 40 FORMATIVAS EN CLASE DE TEORÍA Y/O PRÁCTICA Prácticas de laboratorio y campo 15 (Presenciales) 5 Seminarios (exposición del propio y asistencia a los restantes) 5 II. ACTIVIDADES FORMATIVAS DIRIGIDAS ACADÉMICAMENTE (Presenciales y/o No presenciales) 6 III. ACTIVIDADES FORMATIVAS REALIZADAS DE FORMA AUTÓNOMA POR EL ESTUDIANTE (No presencial) Tareas con Preparación de seminario 1 docente 7 Preparación de seminario 4 Tareas autónomas Estudio de conceptos y realización de problemas 60 Informes de prácticas 15 Realización de trabajos de evaluación o preparación de exámenes Descriptores 8 Ciclos y diagramas termodinámicos. Producción de energía. Termodinámica técnica Thermodynamic cycles and diagrams. Energy production. Technical thermodynamics. 1.1.Campos de estudio 9 Ingeniería diseño y gestión de procesos químicos (termodinámicos) Tecnología del medio ambiente, tratamiento y gestión de residuos 1

2 . DATOS DE LA PROFESORA/PROFESOR.1. Nombre Antonio Manuel Puertas López.. Departamento Física Aplicada.3. Área de conocimiento Física Aplicada.4. Despacho.17 CITE II A.6. Horario de tutoría Consultar página web er Cuatrimestre No hay clase.6.. º Cuatrimestre Consultar página web.7. Teléfono apuertas@ual.es.9. Apoyo virtual WebCT.10. Página Web personal

3 3. ELEMENTOS DE INTERÉS DE LA ASIGNATURA 3.1. Por qué cursar la asignatura? En esta asignatura se aplican los conocimientos básicos en Termodinámica que los alumnos han adquirido en otras asignaturas del primer ciclo. Así, se estudian los fundamentos de la Termodinámica en sistemas abiertos, de enorme interés en procesos de flujo, y se aplican al caso de ciclos termodinámicos, con especial atención a los ciclos de potencia utilizados en las centrales eléctricas, o motores de combustión. Esta asignatura, por tanto, establece un contacto directo con situaciones reales, además de extender los conocimientos en Termodinámica a procesos de flujo. 3.. Conocimientos previos y recomendaciones para estudiantes que vayan a cursar la asignatura Al ser una asignatura de ampliación de Termodinámica, los alumnos deben llegar con fundamentos sólidos de Termodinámica, así como de los procesos de flujo. Además siendo de tercer curso, se aplicarán conocimientos fundamentales en otras ramas de la Física y es deseable un cierto bagaje en cálculo diferencial e integral y matemáticas fundamentales. Respecto a los conocimientos en Física deseables, cabe destacar los siguientes: - Concepto de estado y equilibrio termodinámicos - Fases en sistemas monocomponentes - Primer y segundo principios de la Termodinámica en sistemas cerrados - Conceptos de energía interna y entropía - Comprensión de los procesos de flujo, y en particular del teorema de transporte de Reynolds 3.3. Prerrequisitos 10 No existen 3.4. Idiomas y adaptaciones a los alumnos extranjeros 11 Las lecciones magistrales, seminarios y tutorías se llevarán a cabo en español. De mutuo acuerdo con los alumnos, si se solicita, pueden impartirse en inglés, con apoyo para los alumnos que puedan tener dificultades. La bibliografía se encuentra principalmente en español, aunque también se hace uso puntual de textos o artículos en inglés. 3

4 4. COMPETENCIAS Competencias generales 13 Conocimiento sobre fundamentos de la investigación científica Trabajo y aprendizaje autónomos Análisis, síntesis y gestión de información Habilidades interpersonales en el trabajo en equipo Comunicación oral / escrita en la propia lengua Comunicación con expertos de otras áreas y trabajo en equipo interdisciplinar Adaptación a nuevas situaciones Actitud positiva hacia el trabajo en un contexto internacional Preocupación por la calidad Motivación de logro 4.. Competencias específicas 14 Revisión de los Principios de la Termodinámica en sistemas cerrados. Formulación de los Principios de la Termodinámica en sistemas abiertos. Saber aplicar el análisis exergético en un sistema termodinámico. Conocer los ciclos de potencia de mayor importancia y sus aplicaciones. Conocer los diversos ciclos de refrigeración y bomba de calor. Aplicación de los conocimientos termodinámicos a sistemas experimentales. Análisis de ciclos termodinámicos experimentales. 4

5 5. CONTENIDOS CONTENIDOS TEÓRICOS: Los contenidos teóricos se distribuyen entre los conocimientos teóricos a impartir por el profesor mediante lecciones magistrales y los seminarios a impartir por los alumnos. TEMARIO DE TEORÍA: 1. INTRODUCCIÓN 1. Revisión de conceptos termodinámicos.. Propiedades termodinámicas. 3. Recursos energéticos.. REVISIÓN DE TERMODINÁMICA EN SISTEMAS CERRADOS 1. Ecuación de estado.. Cambios de fase. Punto triple y punto crítico. Valores de las variables de las sustancias puras. 3. Gases ideales. Ecuación de estado. Energía interna y entalpía de un gas ideal. 4. Trabajo. Calor. 5. Energía interna y primer principio de la termodinámica. 6. Enunciados de Kelvin-Planck y de Clausius del segundo principio. Equivalencia de los enunciados. 7. Ciclo de Carnot. Teorema de Carnot. 8. Escala termodinámica de temperaturas. 3. PRIMER PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA EN SISTEMAS ABIERTOS. 1. Formalismo de los volúmenes de control.. Teorema del transporte de Reynolds. 3. Principio de conservación de la masa para un fluido en régimen estacionario. 4. Ecuación energética de un fluido en régimen estacionario. 5. Aplicaciones a la ingeniería de los sistemas abiertos en régimen estacionario: calderas y condensadores, toberas y difusores, turbinas y compresores, equipos de estrangulamiento, intercambiadores de calor. 6. Análisis de transitorios. 4. SEGUNDO PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA EN SISTEMAS ABIERTOS. 1. Introducción.. Teorema de Claussius. Entropía. 3. Principio de aumento de entropía. 4. Balance de entropía en volúmenes de control. Régimen estacionario. 5. Procesos isentrópicos. 6. Rendimientos isentrópicos de turbinas, toberas, compresores y bombas. 5. ANÁLISIS EXERGÉTICO 1. Exergía. Balance de exergía para sistemas cerrados.. Exergía en los procesos de flujo. 3. Balance de exergía en sistemas abiertos. 4. Eficiencia exergética. Eficiencia exergética de turbinas, compresores, bombas e intercambiadores de calor. 6. CICLOS DE POTENCIA DE VAPOR: CICLO DE RANKINE 1. Ciclo de Rankine.. Efecto de las irreversibilidades en el funcionamiento de los ciclos de potencia de vapor. 3. Sobrecalentamiento y recalentamiento. 5

6 4. Ciclo de regeneración: Calentador abierto y cerrado. 5. Centrales térmicas. 7. CICLOS DE POTENCIA CON GASES 1. Ciclo de Brayton. Efecto de las irreversibilidades en el funcionamiento de los ciclos de potencia de gas 3. Regeneración. Recalentamiento y refrigeración 4. Ciclos de Ericsson y Stirling. 5. Motores de combustión interna. Ciclos de Otto, Diesel y dual. 8. COGENERACIÓN 1. Conceptos básicos.. Sistemas básicos de cogeneración: con motor alternativo de combustión interna, con turbina de gas, con turbina de vapor. 3. Criterios de elección de un equipo de cogeneración 9. SISTEMAS DE REFIGERACIÓN Y BOMBAS DE CALOR 1. Refrigeración por compresión de vapor.. Compresión en cascada y compresión multietapa. 3. Refrigeración por absorción. 4. Refrigeración con gas. Ciclo inverso de Brayton. 5. La bomba de calor. Calefacción por compresión. Cada capítulo se concluirá con una hora de teoría dedicada a realizar problemas por el profesor, de acuerdo con las indicaciones y preferencias de los alumnos. SEMINARIOS: Los alumnos escogerán voluntariamente el seminario a impartir entre los siguientes: 1. Rendimiento de una máquina de Carnot trabajando a máxima potencia. Entropía, desorden y cristalización 3. La termodinámica en los seres vivos 4. Análisis de una central térmica real 5. Ciclo de Stirling y el segundo principio de la termodinámica 6. Ciclo de Otto con irreversibilidades 7. Energías renovables: fundamentos, aplicaciones y proyección futura CONTENIDOS PRÁCTICOS: Los contenidos prácticos se dividen entre prácticas de laboratorio, de las que los alumnos deben realizar un informe analizando los datos tomados en el laboratorio en función de sus conocimientos teóricos, y una visita a una planta de producción de energía como aplicación de los contenidos teóricos impartidos. Los alumnos realizarán seis de las siguientes prácticas: 1. Estudio de una sustancia pura. Cambio de fase liquido-vapor.. Calor específico de un sólido. 3. Análisis del régimen transitorio en un baño de termostatización. 4. Intercambiador de calor. Análisis del régimen estacionario. 5. Estudio experimental del ciclo de Stirling. 6. Análisis de ciclos mediante herramientas informáticas 7. Energías renovables: fotovoltaica y pila de combustible. 6

7 6. METODOLOGÍA 15 Sesiones académicas de teoría. En estas sesiones el profesor expondrá a los alumnos los contenidos del tema. Se realizan los desarrollos teóricos principales y se comentarán los menos importantes. El profesor comenzará cada apartado conectándolo con el resto de la asignatura, destacando su importancia. Se darán ejemplos y aplicaciones de los conceptos desarrollados en cada tema. Sesiones académicas de problemas. Al finalizar el tema, o tras exponer una parte considerable de éste, se realizarán problemas propuestos por el profesor. Se potencia en estas sesiones la participación de los alumnos, discutiendo las estrategias para resolverlos, conocimientos previos y similitudes con otros problemas o variaciones de éstos. Seminarios impartidos por el profesor o los alumnos. Los seminarios tratan temas colaterales a la asignatura, que no son tratados en profundidad, pero que establecen conexión con otros campos del saber o la tecnología. En este sentido, se potencia que los alumnos participen en la preparación y en la discusión tras la exposición. Cada alumno deberá impartir un seminario. Sesiones prácticas de laboratorio. Las sesiones se realizan en los laboratorios del Departamento de Física Aplicada y pretenden completar y llevar a la práctica los conocimientos teóricos que se han impartido. En este sentido, su realización es obligatoria en tanto que suponen un complemento indispensable. Tras la toma de datos asistida por un guión, los alumnos deben desarrollar un informe escrito de cada práctica, analizando los datos tomados. 7

8 7. SECUENCIACIÓN TEMPORAL DE ACTIVIDADES SEMANA CONTENIDOS TIPO DE ACTIVIDAD HORAS (previsión) 1 Tema 1 / Tema Teoría 4 Tema / Seminario 1 Teoría / Seminario 3.5 / Tema 3 Teoría 4 4 Tema 4 / Seminario Teoría / Seminario 3.5 / Tema 4 / Tema 5 Teoría 4 6 Tema 5 / Seminario 3 Teoría / Seminario 3.5 / Tema 5 / Tema 6 Práctica 1 Teoría Práctica 8 Tema 6 / Seminario 4 Práctica Teoría Práctica 1.5 / Tema 6 Práctica 3 10 Tema 7 / Seminario 5 Práctica 4 11 Tema 7 Práctica 5 Teoría Práctica Teoría Práctica Teoría Práctica 1.5 / Tema 7 / Seminario 6 Práctica 6 Teoría Práctica 1.5 / Tema 8 / Seminario 7 Teoría 3.5 / Tema 9 Teoría 4 15 Visita a la planta (práctica de campo) Práctica 4 8

9 8. BIBLIOGRAFÍA DE LA ASIGNATURA 8.1. Lecturas obligatorias 16 - Termodinámica Cengel, Y.A y Boles, M.A. Ed. McGraw-Hill. México, Fundamentos de Termodinámica Técnica Vols. I y II. Moran, F.J y Shapiro, H.N. Ed. Reverté S.A. Barcelona, Termodinámica." K. Wark y D.E. Richards Ed. McGraw-Hill. México, Lecturas recomendadas 17 - "Curso de Termodinámica" J. Aguilar, Ed. Alhambra Universidad. Madrid, "Fundamentals of Engineering Thermodynamics" JR Howel, RO Buckius, Ed McGraw-Hill, New York, "Termodinámica" P.E. Irving Granet, Ed. Prentice Hall. México, "Termodinámica Técnica," V.A. Kirillin, V.V. Síchev, A.Ye. Sheindlin, Ed. Mir Moscú. URSS, "Termodinámica clásica." Russell y Adebiyi. Ed. Addison- Wesley Iberoamericana. Estados Unidos, Direcciones web 18 9

10 9. SISTEMA DE EVALUACIÓN 9.1. Aspectos y/o criterios La evaluación de los conocimientos adquiridos por los alumnos se llevará a cabo mediante el desarrollo de trabajos teóricos individuales (resolución continuada de problemas y cuestiones teóricas), trabajos prácticos (prácticas de laboratorio) y presentación de seminarios individuales o en grupo, y participación en el desarrollo de la asignatura. Para los alumnos que así lo soliciten, la evaluación se realizará mediante un examen escrito con contenidos teóricos y prácticos. Ambos métodos de evaluación no pueden simultanearse, por lo que cada alumno debe decidir que método de evaluación prefiere. En las convocatorias extraordinarias sólo se podrá aprobar la asignatura mediante el examen escrito 9.. Modalidades e instrumentos 19 Trabajo o examen teórico. Informes o examen de prácticas. Exposición de seminarios Otras: Participación activa en clases de problemas 9.3. Sistema de puntuación / calificación 0 La valoración de los trabajos teóricos, experimentales y seminarios aportará a la calificación final un 40%, 40% y 0% respectivamente. 10

11 1 Los que figuren en el plan de estudios vigente. Los que se hayan asignado tras transformar los créditos LRU en ECTS, con el criterio utilizado en cada Guía de titulación: proporcionalidad, mantenimiento de los créditos LRU, etc. 3 El total de horas de trabajo del estudiante en la asignatura, incluyendo cualquier tipo de tarea: presencial, no presencial, exámenes, lectura, trabajos, trabajos de campo, etc. Será el resultado de multiplicar lo créditos ECTS por el módulo de horas adoptado en la titulación para cada crédito ECTS, que de acuerdo con la legislación vigente no puede ser menor de 5 ni mayor de Ejemplos meramente orientativos se pueden considerar clases expositivas, las lecciones magistrales, debates, técnicas cooperativas y/u otros. En cuanto a las prácticas se pueden enumerar las siguientes: actividades de laboratorio, resolución de problemas, informática, seminarios, estudios de campo y/u otros. Por lo que respecta a las actividades académicamente dirigidas, podrían enumerarse: tutorías grupales, seminarios, etc. 5 Mientras conviva la progresiva implantación del crédito europeo (ECTS) con los actuales planes de estudio definidos en términos de créditos LRU, el total de horas enseñanza presencial en grupos de teoría y de práctica (si esta división estructural de créditos teoría/práctica es la que refleja para la asignatura de que se trate el plan de estudios vigente), reconocidos de forma expresa en la ordenación docente, deberá alcanzar al menos la cifra del 70% de las horas de enseñanza correspondientes a los créditos teóricos y prácticos LRU de la asignatura (Real Decreto 779/1998, de 30 de abril, por el que se modifica parcialmente el Real Decreto 1497/1987, de 7 de noviembre). La Ordenación docente de la UAL para el próximo curso prevé que se pueda reflejar explícitamente el valor numérico concreto de este 70% o más de enseñanza presencial de los créditos de teoría y de prácticas (Plan de estudios vigente LRU) en todas las asignaturas troncales y obligatorias de los cursos que estén participando en una experiencia piloto de implantación del crédito ECTS. Podrá valorarse, previa petición concreta, que se dé igual tratamiento a aquellas asignaturas optativas del Plan de estudios que se hayan acogido a la experiencia piloto. 6 Las actividades académicamente dirigidas propuestas al amparo del Artículo único, apartado 1, del Real Decreto 779/1998, de 30 de abril, en el que se modifica el apartado 7, del artículo del Real Decreto1497/1987, las cuales no podrán superar en ningún caso el 30% de total de horas de enseñanza correspondientes a los créditos de la asignatura en el Plan de estudios vigente, tanto en créditos teóricos como en créditos prácticos. Estas tareas de enseñanza podrán sustanciarse tanto en horas con presencia del profesorado explícitas, directas y presenciales a todos los efectos, es decir, horas de clase presencial con el profesor para el estudiante, con organización/agrupamiento igual o distinto al de las horas de clase con el grupo de teoría o con el grupo de prácticas (seminarios, tutorías grupales, etc..), como en tareas de formativas que no responden al cliché de clase presencial (diseño de trabajos, elaboración de materiales didácticos específicos, preparación de presentaciones, etc.). En ese marco será la guía docente de la asignatura la que explicitará las actividades académicamente dirigidas, que deben de suponer una dedicación estimada del docente y del estudiante equivalente al tanto por ciento de horas que sobre el total de las previstas para la asignatura en el plan de estudios se hayan disminuido de la enseñanza de teoría y práctica estrictamente presencial, y que nunca podrán superar, como ya se ha señalado, el 30% del total de horas de enseñanza de la asignatura previstas en el plan de estudios vigente. 7 En el caso extremo de que las actividades académicamente dirigidas no impliquen ninguna tarea con presencia del profesorado añadida a las que realiza en las clases de teoría y/o práctica (mínimo 70% de lo previsto en los créditos LRU de la asignatura) esta división, tareas con docente/tareas autónomas, se eliminará dejando sólo sin más indicación explicita la enumeración de actividades con su estimación de horas de trabajo. 8 Los que figuran de forma expresa en el vigente Plan de estudios de la titulación en la UAL. 9 Este campo se sugiere opcionalmente con la finalidad de ir familiarizando al estudiante con los campos de estudio a los que más contribuye la asignatura de entre los establecidos por el Consejo de Coordinación Universitaria para cada titulación y que van a aparecer en el Suplemento Europeo al Título (SET). La relación de estos campos de estudio puede encontrarse para cada titulación en la página web del actual Consejo de Coordinación Universitaria: 11

12 10 Si los tiene, ya sea en términos de una asignatura que precisa tener aprobada otra previamente, o en términos de tanto por ciento de créditos necesarios para cursar alguna asignatura (ej.: Prácticum). 11 En el caso de tener alumnos matriculados de otras nacionalidades, podría especificarse la lengua en la que se impartirían las clases, tutorías, así como proporcionar una bibliografía más adecuada a sus necesidades idiomáticas. 1 La asignatura contribuye al desarrollo de una serie de capacidades en el estudiante que son necesarias para el desempeño de funciones y tareas propias del campo profesional para el que se está formando. Cada una de estas capacidades se basa en una combinación de conocimientos, destrezas prácticas y actitudes. Llamaremos COMPETENCIA a cada una de esas capacidades. Prelación de referencias para determinar las competencias de la asignatura: 1º.Guía docente de la titulación (Convocatoria Andalucía) º.Libro Blanco de la Titulación (Convocatoria ANECA) 3º.Otros documentos supletorios en ausencia de todos los anteriores: Declaración de Berlín Proyecto Tuning, Descriptores de Dublín, borrador de directrices propias de la titulación.. 13 Las Competencias Generales identifican los elementos compartidos que pueden ser comunes a cualquier titulación. Acordadas por los países y titulaciones que participaron en el Proyecto TUNING, se trata de un listado de capacidades que tienen una función instrumental, facilitan los procesos de interacción social y cooperación, y permiten percibir y tratar la realidad de modo global. De la relación de competencias generales que aparecen en este punto, sería conveniente elegir, en función de la asignatura, un número de ellas no superior a cinco. 14 Hacen referencia a capacidades que son específicas de una titulación determinada o de una materia concreta dentro de dicha titulación. Conviene atender a tres tipos de competencias específicas: Competencias Específicas relativas al Conocimiento Teórico (Saber): En relación con la capacidad para conocer y comprender el saber teórico propio de una materia que forme parte del campo disciplinar / profesional. Competencias Específicas relativas al Conocimiento Práctico (Saber hacer): En relación con la capacidad para aplicar de modo práctico y operativo el conocimiento en funciones y tareas del campo profesional correspondiente. Competencias Específicas relativas al Compromiso Ético (Ser): Relativas a las actitudes, valores y disposiciones de comportamiento ético que deben estar presentes en el uso del conocimiento y en el ejercicio de las tareas y funciones profesionales para las que la asignatura está formando. 15 Incluye una descripción de los métodos y técnicas que el profesor/a empleará para conseguir que el estudiante desarrolle las competencias seleccionadas, al adquirir los contenidos de la asignatura. Es conveniente no limitarse a una expresión de principios generales habitualmente poco transparentes en cuanto a su desarrollo efectivo. Por el contrario, se trata de especificar estrategias metodológicas concretas que ayuden a afianzar las competencias en desarrollo; por ejemplo, estrategias encaminadas directamente al trabajo y aprendizaje autónomos, a la adaptación a nuevas situaciones, al trabajo en equipo, al compromiso ético, a la capacidad (auto)crítica, etc. 16 Aquellas lecturas que deben leer todos los estudiantes de la asignatura porque proporcionan información básica indispensable para la realización exitosa de los exámenes, pruebas o trabajos prácticos de cualquier tipo en los que se basa la evaluación del estudiante dentro de la asignatura. Debería indicarse el modo de conseguirlas (fotocopias, biblioteca, librería ) 17 Aquellas lecturas que puedan complementar la información básica al preparar los exámenes, pruebas o trabajos prácticos de cualquier tipo en los que se basa la evaluación del estudiante dentro de la asignatura. 18 Indicar aquellas direcciones en las que puedan obtenerse información general o específica relacionada con los contenidos de la asignatura. 1

13 19 Se indicarán explícitamente los instrumentos (examen, exposiciones por parte del estudiante, portafolio, trabajos redactados, cuadernos, diarios, observación ) que se utilizarán para evaluar el progreso y/o el logro final alcanzado por el estudiante, así como las características de dichos instrumentos. 0 Se describirá el sistema que se empleará en la asignatura, indicando el peso que cada instrumento tendrá sobre la calificación final. 13