UNIVERSIDAD NACIONAL FEDERICO VILLARREAL FACULTAD DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA E INFORMÁTICA SÍLABO ASIGNATURA: MÁQUINAS TÉRMICAS I

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1 SÍLABO ASIGNATURA: MÁQUINAS TÉRMICAS I CÓDIGO: 8C DATOS GENERALES 1.1. DEPARTAMENTO ACADÉMICO : Ing. Electrónica e Informática 1.2. ESCUELA PROFESIONAL : Ingeniería Mecatrónica 1.3. CICLO DE ESTUDIOS : IX ciclo - Quinto Año 1.4. CRÉDITOS : CONDICIÓN : Obligatorio 1.6. PRE-REQUISITOS : 8F HORAS DE CLASE SEMANAL : 04 (Teoría 02 - Práctica 02) 1.8. HORAS DE CLASE TOTAL : 68 h PROFESORES RESPONSABLES : Ing.Francisco Madrid Cisneros 1.. AÑO LECTIVO ACADEMICO : I 2. SUMILLA Introducción a las máquinas térmicas. Combustión. Plantas térmicas con turbinas. Plantas térmicas con turbinas a gas. Plantas térmicas con motores de combustión interna. Análisis comparativo de las plantas térmicas. Que permite al alumno adquirir capacidades para identificar y manejar conceptos y herramientas básicas de la ingeniería termodinámica orientada a productos, equipos y procesos de la industria, gestionando su uso inteligente y utilizando los procedimientos, saberes y actitudes en el diseño y aplicación eficiente y eficaz de la energía en las tecnologías y propiedades de las sustancias puras. Diagrama de fases. Vapores. Vapor de agua. Refrigerantes. Tablas y gráficos de propiedades termodinámicas. La energía, clases y leyes que rigen sus transformaciones. Ley cero, primera, segunda y tercera ley de la termodinámica. Procesos reversibles e irreversibles. Procesos cerrados, cíclicos y abiertos. Sistemas y volúmenes de control. Aplicaciones: válvulas, mezclas, intercambiadores, compresores y calderos. Máquinas térmicas. Máquinas de refrigeración y bombas de calor. Eficiencia, rendimiento y coeficiente de funcionamiento. Transferencia de calor estacionaria en estructuras simples. 3. COMPETENCIA GENERAL Estudio y análisis comparativo de las máquinas térmicas usadas en las centrales generadoras de energía eléctrica. 4. ORGANIZACIÓN DE LAS UNIDADES DE APRENDIZAJE 1

2 UNIDAD DENOMINACIÓN Nº DE HORAS I 8 INTRODUCCIÓN A LAS MÁQUINAS TÉRMICAS II COMBUSTIÓN III PLANTAS TÉRMICAS CON TURBINAS A VAPOR IV PLANTAS TÉRMICAS CON TURBINAS A GAS V PLANTAS TÉRMICAS CON MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA VI ANÁLISIS COMPARATIVO DE LAS PLANTAS TÉRMICAS VII CENTRALES TÉRMICAS Total Horas: PROGRAMACIÓN DE LAS UNIDADES DE APRENDIZAJE UNIDAD I: INTRODUCCIÓN A LAS MÁQUINAS TÉRMICAS Competencia específica 1: Comprende la importancia de las leyes de la termodinámica a las maquinas térmicas. Competencia específica 2: Aplica los conceptos de las unidades energéticas y las características de las maquinas térmicas generadores y compresores. Conceptúa las propiedades de las maquinas térmicas aplicando las leyes de la termodinámica. Resuelve ejercicios aplicando las propiedades de las leyes de la termodinámica en las maquinas térmicas mediante la transferencia de energía. Participa activamente, con responsabilidad y Revisión de las leyes de la termodinámica. Tablas y diagramas de propiedades del vapor, aire y gas. Fuentes de generación de energía. Formas de transferencia de calor. Leyes. Tipos de plantas térmicas usadas. UNIDAD II: COMBUSTIÓN 2

3 Competencia específica 1: Comprende los principales procesos de combustión y su funcionamiento en los motores. Conceptúa los principales procesos de combustión interna mediante las variables de funcionamiento y sus perdidas y los procesos de combustión..resuelven ejercicios de los procesos de combustión y los tipos de motores dentro del régimen y grado de carga. Participa activamente, con responsabilidad y Combustión: Balance de energía en los procesos de combustión. Combustibles. Poder calorífico. Balance de masas en los procesos de combustión. Temperatura de la llama, Características generales de los motores de combustión, parámetros de funcionamiento y contaminación. UNIDAD III: PLANTAS TÉRMICAS CON TURBINAS A VAPOR Competencia específica 1: Aplicará los principios teóricos al análisis de sistemas mecánicos para transformación de energía. Comprenderá el funcionamiento y la interrelación de los diferentes componentes del ciclo Rankine. Así como los incrementos de eficiencia que se obtienen al realizar modificaciones al ciclo simple, hasta llegar al regenerativo y describir el funcionamiento de las turbinas de vapor, sus equipos auxiliares, obtener sus gráficas de expansión de vapor y calcular su eficiencia. Aplicar las diferentes opciones que se tienen, al agregar modificaciones al ciclo Rankine y comprender los incrementos en la eficiencia térmica. Discutir en grupo la clasificación, y los componentes que integran la eficiencia térmica. Aprender a calcular las curvas de expansión del vapor a través de ella Calcular la potencia y la eficiencia de una turbina y aplicarlo. Participa activamente, con responsabilidad y 3

4 Ciclo Rankine. Influencia de las presiones y temperaturas. Análisis del ciclo Rankine con sobrecalentamiento, con calentamiento regenerativo. Ciclo regenerativo. Ciclo real de las plantas de vapor. Tipos de calentadores. Su disposición en la planta. Su influencia sobre la eficiencia. Eficiencias de los componentes. Componentes principales y auxiliares de una planta: descripción y clasificación. Balance de masas y energía en la planta. Curvas de comportamiento. Análisis. Influencia de la variación de carga. Regulación. UNIDAD IV: PLANTAS TÉRMICAS CON TURBINAS A GAS Competencia específica 1: Comprende los principales procesos de una planta térmica con turbina de gas y el análisis de sus ciclos. Comprenderá el funcionamiento y la Participa interrelación de los activamente, con diferentes responsabilidad y componentes de este ciclo, así como los incrementos de eficiencia que se obtienen al realizar modificaciones al ciclo simple, hasta llegar al regenerativo. Describirá el funcionamiento de las turbinas de gas, con sus equipos auxiliares y de emergencia, y calculando eficiencia térmica. su Comprender la interrelación entre componentes y su determinación del calor y trabajo neto que se manejan en el ciclo. Aplicar las diferentes opciones que se tienen, al agregar modificaciones al ciclo Brayton y comprenderá los incrementos en la eficiencia térmica. Conocer la clasificación, el funcionamiento y los diferentes componentes que las integran. Investigar los diferentes combustibles que se utilizan en la operación de las turbinas de Gas. Ciclo Brayton simple. Ciclo real de las plantas a gas. Irreversibilidades. Eficiencias de compresión y expansión adiabáticas. Influencia de las presiones y temperaturas en la eficiencia térmica. Diversas variantes del ciclo simple. Regeneración, eficiencia del regenerador. Comparación entre las diferentes variantes del ciclo. Componentes principales y auxiliares de la planta. Descripción. Clasificación. Curvas características. UNIDAD V: PLANTAS TÉRMICAS CON MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA 4

5 Competencia específica 1: Comprende los principales procesos de combustión interna en los motores y su relación con las plantas térmicas. Calculará el balance Investigar, clasificar, térmico de los identificar, definir y discutir los Participa diferentes tipos de componentes y el activamente, con motores de combustión funcionamiento de los responsabilidad y interna. motores de combustión interna. Realizar el cálculo del balance térmico de los motores de combustión interna. Ciclos teóricos de los motores de combustión interna: ciclo Otto. Ciclo diesel. Análisis comparativo. Ciclos reales. Irreversibilidades. Diferencias entre los ciclos teóricos y reales. Componentes y partes principales de los motores de combustión interna. Balance térmico en un motor de combustión interna. Eficiencias: térmica indicada, mecánica, térmica al freno. Curvas características. Discusión y análisis. Influencia de la variación de carga. Regulación. UNIDAD VI: ANÁLISIS COMPARATIVO DE LAS PLANTAS TÉRMICAS Competencia específica 1: Comprender los procesos de las plantas terminas vinculados a los ciclos y la eficiencia termina. Describirá el Asistir a una empresa funcionamiento del para conocer la Participa activamente, ciclo combinado, operación de un ciclo con responsabilidad y calculando su potencia combinado. Calcular la y su eficiencia térmica potencia y la eficiencia térmica del ciclo. Desde el punto de vista de la eficiencia. Costo de operación. Desde el punto de vista de la potencia. Costo inicial. Desde el punto de vista del mantenimiento. Desde el punto de vista del funcionamiento a carga parcial. Criterios de selección. Aplicación a casos particulares. Discusión. UNIDAD VII: CENTRALES TÉRMICAS Competencia específica 1: Comprender el funcionamiento de una central térmica de acuerdo a los parámetros indicados. 5

6 Describir el balance térmico de una central térmica y la entalpia. Participa Realizar una visita técnica de una central térmica para comprobar los procesos utilizados. activamente, con responsabilidad y Economía de producción. Balance térmico de una central: transformación económica de la energía contenida en el vapor en energía mecánica: balance de energía total y energía utilizable. Rendimiento del ciclo: la condensación; diagrama de la entalpía total, entalpía no utilizable. 6. ESTRATEGIAS METODOLÓGICAS Para el logro de un aprendizaje significativo, dentro del enfoque Constructivista, se aplicará: 6.1 Método de Cambio Conceptual y Verbal Significativo para la parte teórica. 6.2 Método de Resolución de Problemas de casos prácticos, aplicados a las máquinas térmicas y trabajo en grupos de no más de tres alumnos 6.3 Construcción de diversos procesos de las máquinas térmicas y los motores de combustión. 7. EVALUACIÓN La evaluación es continua y apunta hacia el establecimiento de relaciones significativas entre los distintos conceptos, así mismo toma en cuenta la retroalimentación. PROMEDIO FINAL se obtiene: PF = (PP + EP+TP + EF+TF) / 5 (PP) promedio de prácticas: (3 prácticas calificadas)/3 (EP) Examen parcial (EF) Examen final (TP) Trabajo o monografías (TF) Trabajo final 8. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS. 1. SKROTZKY, "POWER STATION ENGINEERING AND ECONOMY", MC GRAW HILL

7 2. OBERT-GAGGLIOLI, "TERMODINÁMICA", MC GRAW HILL POSTIGO-CRUZ, "TERMODINÁMICA APLICADA", ED. HOZLO. 4. MORSE, "CENTRALES ELÉCTRICAS". 5. GAFFER, "CENTRALES DE VAPOR". 6. BURGHARDT, "INGENIERÍA TERMODINÁMICA". 7. SEVERNS, "ENERGÍA MEDIANTE VAPOR AIRE O GAS". 8. MALEEN, "HEAT POWER FUNDAMENTALS". 7