Ingeniería Térmica I Plan 2002

Transcripción

1 Ingeniería Térmica I Plan 2002 Clase Obligatoria Curso académico 2011/12 Departamento Sistemas Oceánicos y Navales Créditos totales 4.5 Curso Segundo Créditos teóricos 3 Ciclo Segundo Ciclo Créditos prácticos 1.5 Tipo Semestral (Segundo semestre) Profesorado Teresa J. Leo Mena [40%][Coordinadora] José Luis Morán González [50%] Mª Carmen Rodríguez Hidalgo[10%] Asignaturas previas Química Física Cálculo integral Cálculo diferencial Objetivos Aplicar los Principios de la Termodinámica a sistemas cerrados y a volúmenes de control. Utilizar ecuaciones analíticas de estado, tablas y diagramas termodinámicos para principios de la Termodinámica. Efectuar estudios de irreversibilidad y de exergía en sistemas comúnmente empleados en ingeniería. Aplicar las acuaciones de la conducción del calor a sistemas con distintas geometrías. Aplicar las ecuaciones de la conducción del calor a aletas. Resolver problemas de conducción bidimensional en régimen estacionario por métodos numéricos. Resolver problemas de conducción unidimensional en régimen transitorio por métodos numéricos. Método de evaluación de asignatura La asignatura consta de dos partes, Termodinámica y Transferencia de Calor con un peso aproximado de 70 y 30 % respectivamente. 1) Evaluación por curso de la asignatura: Para aprobar por curso el alumno deberá presentarse a todas las pruebas abajo detalladas y no obtener cero en ninguna de ellas. La nota final se obtendrá realizando una media ponderada según el porcentaje aproximado reflejado a continuación: Prueba Calificación Mecanizada 1 (Termodinámica 15%) Problema 1 (Calificación Manual o Mecanizada) (Termodinámica 25%) Prueba Calificación Mecanizada 2 (Termodinámica 10% + T. Calor 5%) Problema 2 (Termodinámica 25%) Problema 3 (Transferencia de Calor 25%)

2 Se aprobará por curso con una nota final no inferior a 5 puntos sobre 10. Para hacer media, la nota mínima en cada una de las partes de la asignatura (Termodinámica y Transferencia de Calor) no deberá ser inferior a 2. Se podrá también liberar por curso una de las dos partes de la asignatura. Para ello la nota correspondiente a la parte liberada deberá ser igual o superior a 5 con respecto a su peso relativo. Esto es aplicable a la convocatoria ordinaria. 2) Convocatoria ordinaria: Para la convocatoria ordinaria se realizará un examen, consistente en 3 problemas (2 de Termodinámica y 1 de Transferencia de Calor) de 1 hora aproximadamente cada uno, calificados independientemente sobre 10. Quedarán exentos del examen los alumnos que aprueben mediante evaluación por curso. Para compensar no podrá obtenerse un cero en ninguna de las partes. Se aprobará con una media ponderada igual o superior a 5. En el caso de haber liberado una de las dos partes de la asignatura, se podrá elegir entre realizar solo las pruebas correspondientes a la parte no liberada o la totalidad de las pruebas. En este último caso se conservará la mejor de las dos notas de la parte correspondiente. 3) Convocatorias extraordinarias: Para las convocatorias extraordinarias se realizará un examen, consistente en 3 problemas (2 de Termodinámica y 1 de Transferencia de Calor) de 1 hora aproximadamente cada uno, calificados independientemente sobre 10. Para compensar no podrá obtenerse un cero en ninguna de las partes. Se aprobará con una media ponderada no menor de 5. 4) Cuestionarios de autoevaluación (Moodle) Periódicamente se propondrán cuestionarios de autoevaluación en la plataforma virtual de enseñanza. Permitirán al alumno comprobar la asimilación de conocimientos y preparar las pruebas correspondientes a la evaluación por curso. Su realización con aprovechamiento puede aumentar la nota final, hasta en 1 punto, de aquellos alumnos que hayan aprobado, siempre que hayan realizado el 80% o más de dichos cuestionarios. En total, se ofrecen al alumno 45 horas de clase: 40 en aula y 5 en laboratorio. Método de evaluación de prácticas 5) Las prácticas de laboratorio tienen carácter voluntario. Se propondrán varias prácticas de laboratorio, cuya evaluación individualizada podrá aumentar, hasta 2 puntos más, la nota de los alumnos aprobados en la convocatoria ordinaria (por evaluación por curso o por examen final) y en las convocatorias extraordinarias del curso académico en que se realizaron. En total, se ofrecen al alumno 45 horas de clase: 40 en aula y 5 en laboratorio. Actividades exteriores

3 Programa Termodinámica 1. Conceptos básicos y definiciones 1.1. Introducción 1.2. Método termodinámico y método estadístico 1.3. Alcance y método de la Termodinámica 1.4. Sistema termodinámico 1.5. Propiedad, estado, proceso Propiedades extensivas, intensivas y específicas 1.6. Equilibrio, proceso cuasi estático; proceso reversible; proceso cíclico 1.7. Densidad y presión Densidad y volumen específico Presión 1.8 Temperatura Frontera adiabática y frontera diatérmana; equilibrio térmico Principio Cero de la Termodinámica Definición empírica de temperatura Termómetros; escala de temperatura Termómetro de gas a volumen constante Temperatura en la escala de gas ideal Escala internacional de temperatura (ITS) Otras escalas termométricas 2. Primer Principio de la Termodinámica. Energía 2.1. Introducción 2.2. Concepto de trabajo. Proceso adiabático Evaluación del trabajo en una superficie 2.3. Primer Principio de la Termodinámica Energía Principio de conservación de una masa de control. Calor Aplicación del Principio de conservación de la energía a la frontera 2.4. Ecuación de la energía mecánica para un sistema deformable 2.5. Ecuación de la energía interna 2.6. Trabajo en procesos reversibles 2.7. Postulado de estado Sistema simple 3. Segundo Principio de la Termodinámica. Entropía 3.1. Introducción 3.2. Segundo Principio de la termodinámica 3.3. Procesos reversibles e irreversibles 3.4. Ciclo de Carnot 3.5. Teoremas de Carnot 3.6. Escala termodinámica de temperatura 3.7. Teorema (desigualdad) de Clausius 3.8. Entropía 3.9. Procesos reales: producción de entropía Ecuación de Gibbs Variación de entropía en sustancias incompresibles y en gases perfectos Entropía y energía no utilizable

4 4. Combinación de los principios primero y segundo. Exergía. 4.1 Introducción 4.2 Exergía termomecánica. Sistemas cerrados 4.3 Eficiencia exergética 5. Propiedades termodinámicas de las sustancias puras. Comportamiento pvt de los gases. 5.1 Descripción fenomenológica del comportamiento de una sustancia pura Sustancia pura. Procesos de cambio de fase Superficie pvt: el punto triple, el estado crítico Proyecciones de la superficie pvt: diagramas pt, Tv y pv Título o calidad de un vapor. Variables de estado en la zona de vapor húmedo. 5.2 Tablas y diagramas de propiedades de una sustancia pura Tablas de saturación Tablas de vapor sobrecalentado Tablas de líquido comprimido o subenfriado. Propiedades del líquido comprimido en función de las propiedades del líquido saturado a la misma temperatura Estado de referencia y valores de referencia Selección de los datos apropiados de las propiedades Diagrama entalpía entropía del agua (diagrama de Mollier). 5.3 Ecuación térmica de estado (comportamiento pvt) de los gases Ecuación térmica de estado del gas ideal Desviación del comportamiento de gas ideal. Factor de compresibilidad. Temperatura de Boyle. Curva de Boyle. Magnitudes reducidas Ecuaciones térmicas de estado para los gases reales. Ecuación de van der Waals Principio de los Estados Correspondientes. Ecuación de estado generalizada para el factor de compresibilidad Principio de los Estados Correspondientes con tres parámetros. Factor acéntrico Comportamiento de los coeficientes térmicos α y κt. 6. Potenciales termodinámicos. Relaciones termodinámicas generalizadas. 6.1 Potenciales termodinámicos Potencial termodinámico energía interna Transformación de Legendre Potenciales termodinámicos de Helmholtz, Entalpía y de Gibbs. 6.2 Relaciones de Maxwell Obtención de las relaciones de Maxwell Algunas aplicaciones: variación de entropía. 6.3 Relaciones generalizadas para cambios de energía interna, entalpía y entropía de sustancias simples compresibles Variables T y p Variables T y v Variables v y p. 6.4 Cálculo de Δu, Δh y Δs utilizando el principio de los estados correspondientes. 6.5 Diagramas termodinámicos generalizados. 6.6 Relaciones generalizadas para cp y cv Diferencia cp cv. 6.7 Presión de vapor y ecuación de Clapeyron. Ecuación de Clapeyron Clausius. Ecuación de Antoine. 6.8 Coeficiente de Joule Thomson. Curva de inversión. 6.9 Datos que necesita la Termodinámica. 7. Principios primero y segundo aplicados a volúmenes de control. Exergía de flujo. Balance de

5 exergía. 7.1 Introducción. 7.2 Variación de una propiedad extensiva Balance de masa en un volumen de control. Ecuación de continuidad Expresiones de los Principios Primero y Segundo la Termodinámica aplicados a un volumen de control Balance de exergía aplicado a un volumen de control. Exergía de flujo. 7.3 Primer principio aplicado a un volumen de control. Hipótesis empleadas. Trabajo en eje, trabajo de desplazamiento de frontera y trabajo de flujo. 7.4 Segundo principio aplicado a un volumen de control. Hipótesis empleadas. 7.5 Principios primero y segundo aplicados a un volumen de control. Régimen estacionario Ecuación de Bernoulli generalizada Magnitudes totales y de remanso Análisis de compresores, bombas y turbinas. Rendimientos. Transferencia de Calor 1. Mecanismos de transferencia de calor 1.1. Ley de Fourier 1.2. Ley de Newton de enfriamiento 1.3. Ley de Stefan Boltzmann 2. Conducción 2.1. Ecuación general 2.2. Conducción en paredes planas, cilindros y esferas 2.3. Resistencia térmica 2.4. Factor de forma 3. Aletas 3.1. Tipos de aletas 3.2. Eficiencia 3.3. Efectividad 3.4. Longitud apropiada 4. Métodos numéricos por diferencias finitas 4.1. Conducción unidimensional estacionaria 4.2. Conducción unidimensional en régimen transitorio Bibliografía y material didáctico BIBLIOGRAFÍA: 1. Wark K., "Thermodynamics", McGraw Hill, Versión española Edit. McGraw Hill, Çengel Y.A, "Heat transfer. A practical approach", McGraw Hill, Versión española Edit. McGraw Hill, Martínez I., "Termodinámica básica y aplicada", Ed. Dossat, Çengel Y.A and Boles M. A. "Termodinámica", McGraw Hill, Versión española, McGraw Hill, 2009.

6 5. Moran M.J., Fundamentos de Termodinámica Técnica, 2ª ed esp, (traducción 4a ed. inglesa), Reverté, Barcelona, Çengel Y.A. Transferencia de calor y masa. Un enfoque práctico, McGraw Hill, Versión española, Edit. McGraw Hill, Apuntes (Teoría) disponibles en la plataforma virtual de enseñanza. Apuntes (Problemas resueltos) disponibles en la plataforma virtual de enseñanza. MATERIAL DOCENTE EN SOPORTE CONVENCIONAL: Prácticas de laboratorio Ingeniería Térmica I (2008) MATERIAL DOCENTE DISPONIBLE EN RED Presentaciones Power Point (2010) Tablas y diagramas disponibles en la plataforma moodle para la asignatura (2009) Apuntes disponibles en la plataforma moodle (2009) Hojas de Ejercicios y Problemas (2010) Problemas resueltos (2010) Cuestionarios autoevaluación (2010) Prácticas de laboratorio Ingeniería Térmica I (2008) En la red: