UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

1 UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA PROGRAMA ANALÍTICO FIME Nombre de la unidad de aprendizaje: Frecuencia semanal: 1 hrs. Horas presenciales: 14 hrs. Horas de trabajo extra-aula: 6 hrs. Modalidad: Presencial Período académico: Semestral Unidad de aprendizaje: ( ) obligatoria ( X ) optativa Área curricular, según el nivel educativo: Licenciatura ( ) Formación básica profesional ( X ) Formación profesional ( ) Formación general Universitaria ( ) Libre elección Créditos UANL: 3 incluyendo la clase Fecha de elaboración: 18 / 02 / 2016 Fecha de la última actualización: 19 / 05 / 2016 Responsables del diseño: Dr. Jorge Adrián Aldaco Castañeda M.C. Yumei Mata Hi M.C. Homero Estrada Cortinas Presentación: Esta unidad de aprendizaje complementa la materia al conocer, operar y evaluar el funcionamiento de un generador de vapor y de un intercambiador de calor de superficie, y al conocer y evaluar un intercambiador de contacto directo y una torre de enfriamiento de tiro inducido, equipos destinados a aumentar la temperatura (esencialmente a presión constante) del agua para obtener vapor sobrecalentado, a acondicionar la temperatura de un fluido de trabajo para calentarlo o enfriarlo a expensas de enfriar o calentar otro fluido, y para disminuir la temperatura del

2 agua, respectivamente. La unidad de aprendizaje se divide en 5 unidades temáticas, las tres primeras están relacionadas con los generadores de vapor y la cuarta y la quinta con los intercambiadores de calor y las torres de enfriamiento, respectivamente. En la primera unidad se estudian aspectos generales de un generador de vapor CLAYTON E10, para conocer sus partes, sus instrucciones y condiciones de operación, pues estas últimas hay que ejecutarlas y cumplirlas en la tercera y en la cuarta unidad, ya que es ahí en donde se utiliza el generador. En la segunda unidad se hace un tratamiento químico al agua a utilizar en el generador de vapor CLAYTON E10, para disminuir los problemas causados por la corrosión y por la obstrucción de los tubos del generador debido a incrustaciones de sarro, que a la larga conllevan a disminuir la eficiencia del generador, a aumentar los riesgos de seguridad, a altos costos de reparación y a tiempos muertos. Para ese tratamiento se utilizan mediciones prácticas de las propiedades del agua, parámetros óptimos recomendados por el fabricante del generador, productos químicos que sirven para modificar las propiedades y el equipo en donde se realizará el tratamiento. En la tercera unidad se evalúa la eficiencia de un generador de vapor CLAYTON E10, para conocer que tan bien el generador transfiere el calor desprendido por el combustible hacia el agua de alimentación. Para eso se toman datos prácticos de propiedades del agua y del combustible gaseoso, así como datos de tablas de propiedades que ayudan a la caracterización energética de los fluidos, además, se utiliza la primera ley de la termodinámica y la ecuación de la eficiencia. En la cuarta unidad se determina teóricamente (con datos prácticos) el flujo másico de agua requerido para enfriar vapor de agua sobrecalentado en un intercambiador de calor de superficie, ese flujo luego se verifica con una medición práctica del mismo, lo anterior se hace para conocer si las condiciones de operación teóricas corresponden a la realidad del intercambiador. Igualmente, se analiza teóricamente (con datos dados) un intercambiador de contacto directo. A los intercambiadores se le suministran (o se asume que se suministran) dos fluidos: vapor de agua sobrecalentado (a alta temperatura) producido por el generador CLAYTON E10 y agua líquida comprimida (a baja temperatura). Igualmente, para los cálculos se utilizan datos prácticos (o datos dados) de propiedades de los fluidos, tablas de propiedades y la primera ley de la termodinámica. En la quinta unidad se determina teóricamente el flujo volumétrico de aire requerido en una torre de enfriamiento de tiro inducido, el cual luego se verifica con una medición práctica, lo anterior se hace para conocer si las condiciones de operación teóricas, corresponden a la realidad de la torre. A la torre se le suministra aire atmosférico y agua caliente acondicionada en el intercambiador de calor de superficie, de la misma sale aire hacia la atmósfera y agua fría que se puede volver a utilizar en el intercambiador para absorber calor adicional. Para los cálculos se utilizan datos de las propiedades de los fluidos de entrada y de salida, tablas de propiedades y diagrama de Mollier, la primera ley de la termodinámica y balances de masa..

3 Propósito: Esta unidad de aprendizaje tiene como finalidad que los estudiantes operen y analicen, con recursos prácticos y teóricos, un generador de vapor CLAYTON E10 y un intercambiador de calor de superficie, y que con recursos teóricos estudien un intercambiador de calor de contacto directo y una torre de enfriamiento de tiro inducido. Con lo anterior, se generarán profesionales competentes que integren los conocimientos de los funcionamientos de intercambiadores de calor de superficie y de contacto directo, de una torre de enfriamiento de tiro inducido y de un generador de vapor CLAYTON E10 (al que también se le evalúa de manera práctica su eficiencia), para conocer las formas en que trabajan esos equipos y, en específico, para saber que tan bien trabaja el generador. Competencias del perfil de egreso: a. Competencias de la Formación General Universitaria a las que contribuye esta unidad de aprendizaje: Esta unidad de aprendizaje contribuye al desarrollo de las siguientes competencias generales: Competencias instrumentales: Aplica estrategias de aprendizaje autónomo en los diferentes niveles y campos del conocimiento que le permitan la toma de decisiones oportunas y pertinentes en los ámbitos personal, académico y profesional. Competencias personales y de interacción social Interviene frente a los retos de la sociedad contemporánea en lo local y global con actitud crítica y compromiso humano, académico y profesional para contribuir a consolidar el bienestar general y el desarrollo sustentable. Competencias integradoras

4 Asume el liderazgo comprometido con las necesidades sociales y profesionales para promover el cambio social pertinente. b. Competencias específicas del perfil de egreso a las que contribuye la unidad de aprendizaje: Analizar, a través de ejercicios prácticos y teóricos, y con base en la primera ley de la termodinámica, intercambiadores de calor de superficie y de contacto directo, un generador de vapor y una torre de enfriamiento de tiro inducido, determinando los flujos másicos de agua de enfriamiento requeridos por los intercambiadores, la eficiencia del generador y el flujo volumétrico de aire requerido por la torre, para conocer los comportamientos de los mismos.

5 Representación gráfica Instrumentales Aplica estrategias de aprendizaje autónomo en los diferentes niveles y campos del conocimiento que le permitan la toma de decisiones oportunas y pertinentes en los ámbitos personal, académico y profesional. Analizar, a través de ejercicios prácticos y teóricos, intercambiadores de calor de superficie y de contacto directo, un generador de vapor y una torre de enfriamiento de tiro inducido Analizar, a través de ejercicios prácticos, las partes del generador de vapor CLAYTON E10 y las instrucciones para su encendido, operación bajo condiciones óptimas y apagado (según el manual del fabricante), para poderlo utilizar correctamente en la producción de vapor de agua sobrecalentado. Competencias de la Unidad de Aprendizaje Personales y de Interacción Social Interviene frente a los retos de la sociedad contemporánea en lo local y global con actitud crítica y compromiso humano, académico y profesional para contribuir a consolidar el bienestar general y el desarrollo sustentable. Analizar con base en la primera ley de la termodinámica, intercambiadores de calor de superficie y de contacto directo, un generador de vapor y una torre de enfriamiento de tiro inducido. Analizar, a través de ejercicios prácticos, un tratamiento del agua de alimentación del generador de vapor CLAYTON E10, para que ésta alcance las propiedades óptimas, recomendadas por el fabricante, para su utilización. Analizar, a través de ejercicios prácticos, el generador de vapor CLAYTON E10 para determinar su eficiencia. Integradoras Asume el liderazgo comprometido con las necesidades sociales y profesionales para promover el cambio social pertinente Analizar los intercambiadores de calor de superficie y de contacto directo, un generador de vapor y una torre de enfriamiento de tiro inducido, determinando los flujos másicos de agua de enfriamiento requeridos por los intercambiadores, la eficiencia del generador y el flujo volumétrico de aire requerido por la torre, para conocer los comportamientos de los mismos. Analizar, a través de un ejercicio práctico y uno teórico, los intercambiadores de calor de superficie y de contacto directo, para determinar los flujos másicos de agua requeridos para enfriar el vapor de agua sobrecalentado producido por el generador CLAYTON E10. Analizar, a través de ejercicio práctico o teórico, la torre de enfriamiento de tiro inducido, para determinar el flujo volumétrico de aire requerido para enfriar el agua calentada en el intercambiador de calor de superficie.

6 Unidad temática 1: Aspectos generales del generador de vapor CLAYTON E10. Competencias particulares: Analizar, a través de ejercicios prácticos, las partes del generador de vapor CLAYTON E10 y las instrucciones para su encendido, operación bajo condiciones óptimas y apagado (según el manual del fabricante), para poderlo utilizar correctamente en la producción de vapor de agua sobrecalentado. Elementos de Competencia Analizar, a través de ejercicios prácticos, las partes del generador de vapor CLAYTON E10 y sus instrucciones de encendido, de operación bajo condiciones óptimas y de apagado, para poder utilizarlo correctamente Evidencias de aprendizaje Reporte 1. Generador de vapor CLAYTON E10 Criterios de desempeño Reporte 1. Generador de vapor CLAYTON E10: Presentación Revisión bibliográfica Metodología de la investigación Conclusiones Entrega del reporte en tiempo y forma Orden y limpieza Actividades de aprendizaje Contenidos Recursos Práctica 1. Realizar la práctica de laboratorio y generar el reporte de práctica donde se identifiquen las partes del generador de vapor, se anoten las instrucciones para su encendido y apagado, y las condiciones de operación óptimas, de acuerdo al manual del fabricante Alimentación de agua Tratamiento químico del agua Alimentación de combustible Partes del generador de vapor CLAYTON E10 Sistemas de protección, medición y control del generador Instrucciones de encendido, de operación bajo condiciones óptimas y de apagado del generador (manual del fabricante) Equipo laboratorio Libros de

7 Unidad temática 2: Agua de alimentación del generador de vapor CLAYTON E10. Competencias particulares: Analizar, a través de ejercicios prácticos, un tratamiento del agua de alimentación del generador de vapor CLAYTON E10, para que ésta alcance las propiedades óptimas, recomendadas por el fabricante, para su utilización. Elementos de Competencia Analizar, a través de ejercicios prácticos, un tratamiento del agua de alimentación del generador de vapor CLAYTON E10, para que ésta alcance las propiedades óptimas, recomendadas por el fabricante, para su utilización Evidencias de aprendizaje Reporte 2. Tratamiento del agua de alimentación Criterios de desempeño Reporte 2. Tratamiento del agua de alimentación: Presentación Revisión bibliográfica Desarrollo de la práctica Cálculos y resultados Conclusiones Entrega del reporte en tiempo y forma Orden y limpieza Actividades de aprendizaje Contenidos Recursos Práctica 2. Realizar la práctica de laboratorio y generar el reporte de práctica donde se citen las lecturas obtenidas en las pruebas de dureza y del ph del agua de alimentación (suavizador y tanque de retorno de condensados), y el cálculo de la cantidad de productos químicos (oxiclay y policlay) a utilizar para modificar las propiedades del agua Parámetros óptimos (manual del fabricante) del agua de alimentación para la operación del generador de vapor CLAYTON E10 Sólidos disueltos Dureza (concentración de sales de calcio y magnesio) ph (concentración de hidrógeno) Procedimientos de prueba de la dureza y del ph del agua Partes y funcionamiento de un equipo suavizador (automático o manual) de agua Operación del suavizador automático o manual (servicio, retro lavado, regenerado, enjuague lento y rápido) Condiciones de operación del generador que se requieren considerar para elaborar un tratamiento químico del agua de alimentación: temperatura del agua en el tanque de condensados, % de retorno de condensados y tiempo de operación del generador de vapor Oxiclay (producto químico que elimina el oxígeno disuelto en el agua y protege contra la corrosión en el generador, bomba, línea de agua de alimentación y tanque de retorno de condensados) Policlay (producto químico que ayuda a estabilizar el ph, acondiciona los lodos y la dureza residual) Bomba dosificadora de Oxiclay y Policlay Equipo de laboratorio Libros

8 Unidad temática 3: Generador de vapor CLAYTON E10. Competencias particulares: Analizar, a través de ejercicios prácticos, el generador de vapor CLAYTON E10 para determinar su eficiencia. Elementos de Competencia Analizar, a través de ejercicios prácticos, el generador de vapor CLAYTON E10 para determinar su eficiencia Evidencias de aprendizaje Reporte 3. Eficiencia del generador de vapor CLAYTON E10 Criterios de desempeño Cada reporte debe incluir: Presentación Revisión bibliográfica Desarrollo de la práctica Cálculos y resultados Conclusiones y bibliografía Entrega del reporte en tiempo y forma Orden y limpieza Actividades de aprendizaje Contenidos Recursos Práctica 3. Realizar la práctica de laboratorio y generar el reporte de práctica donde se citen las propiedades medidas y determinadas de tablas del agua en la entrada y en la salida del generador, y del combustible en la entrada; los cálculos de la tasa de calor desprendido del combustible y de la tasa de calor absorbido por el agua (capacidad), y el de la eficiencia del generador Partes del generador de vapor CLAYTON E10 Instrucciones de encendido, de operación bajo condiciones óptimas y de apagado del generador (manual del fabricante) Medición del flujo volumétrico del combustible a quemar en el generador Medición del flujo másico del agua en la entrada del generador Medición de la temperatura del agua en la entrada y salida del generador Medición de la presión en el generador Tablas de propiedades del agua y del combustible La primera ley de la termodinámica Ecuación de la eficiencia de un generador de vapor Equipo laboratorio Libros de

9 Unidad temática 4: Intercambiadores de calor Competencias particulares: Analizar, a través de un ejercicio práctico y uno teórico, los intercambiadores de calor de superficie y de contacto directo, para determinar los flujos másicos de agua requeridos para enfriar el vapor de agua sobrecalentado producido por el generador CLAYTON E10. Elementos de Competencia Analizar, a través de ejercicios prácticos, los intercambiadores de calor de superficie y de contacto directo para determinar las tasas de calores transferidos y los flujos másicos de agua de enfriamiento requeridos. Evidencias de aprendizaje Reporte 4. Intercambiador de calor de superficie Criterios de desempeño Reporte 4. Intercambiador de calor de superficie: Presentación Revisión bibliográfica Desarrollo de la práctica Cálculos y resultados Conclusiones y bibliografía Entrega del reporte en tiempo y forma Orden y limpieza Actividades de aprendizaje Contenidos Recursos Práctica 4. Realizar la práctica de laboratorio y generar el reporte de práctica donde se citen las propiedades medidas y determinadas de tablas de los fluidos A (correspondiente al vapor sobrecalentado) y B (correspondiente al agua de enfriamiento) en las entradas y salidas del intercambiador de superficie, el cálculo del flujo másico de fluido B necesario para enfriar el fluido A y de la tasa de calor transferido Partes principales del intercambiador de calor de superficie Medición de la presión y temperatura del vapor de agua sobrecalentado (fluido A) en su entrada al intercambiador de calor de superficie y la temperatura del agua líquida en su correspondiente salida (fluido A) Medición de la presión y temperatura del agua líquida fría (fluido B) en su entrada al intercambiador de calor de superficie y la temperatura de ésta en la salida correspondiente (fluido B) Medición del flujo másico de vapor que entra al intercambiador de calor de superficie (fluido A) Equipo laboratorio Libros de

10 Elementos de Competencia Evidencias de aprendizaje Reporte 5. Intercambiador de calor de contacto directo Criterios de desempeño Reporte 5. Intercambiador de calor de contacto directo: Presentación Revisión bibliográfica Desarrollo de la práctica Cálculos y resultados Conclusiones y bibliografía Entrega del reporte en tiempo y forma Orden y limpieza Actividades de aprendizaje Contenidos Recursos Práctica 5. Generar el reporte de práctica donde se citen las propiedades dadas y determinadas de tablas del fluido A (correspondiente al vapor sobrecalentado) en la entrada del intercambiador, del fluido B (correspondiente al agua de enfriamiento) en la entrada del intercambiador y del fluido C (correspondiente al agua templada) en la salida del intercambiador, y el cálculo del flujo másico de fluido B necesario para enfriar el fluido A Partes principales del intercambiador de calor de contacto directo Flujo másico, presión y temperatura del vapor de agua sobrecalentado (fluido A) en su entrada al intercambiador de calor de contacto directo Presión y temperatura del agua líquida fría (fluido B) en su entrada al intercambiador de calor de contacto directo Presión y temperatura del agua líquida templada (fluido C) en su salida del intercambiador de calor de contacto directo Tablas de propiedades del agua Primera ley de la termodinámica Equipo de laboratorio Libros Ley de la conservación de la materia

11 Unidad temática 5: Torre de enfriamiento Competencias particulares: Analizar, a través de ejercicio práctico o teórico, la torre de enfriamiento de tiro inducido, para determinar el flujo volumétrico de aire requerido para enfriar el agua calentada en el intercambiador de calor de superficie. Elementos de Competencia Analizar, a través de ejercicios prácticos, la torre de enfriamiento de tiro inducido, para determinar el flujo volumétrico de aire requerido para enfriar el agua calentada en el intercambiador de calor de superficie. Evidencias de aprendizaje Reporte 6. Torre de enfriamiento Criterios de desempeño Cada reporte debe incluir: Presentación Revisión bibliográfica Desarrollo de la práctica Cálculos y resultados Conclusiones y bibliografía Entrega del reporte en tiempo y forma Orden y limpieza Actividades de aprendizaje Contenidos Recursos Realizar la práctica de laboratorio y/o generar el reporte de práctica donde se citen las propiedades dadas o medidas y determinadas de tablas del agua caliente en la entrada de la torre, del agua fría en la salida de la torre, del aire en la entrada y salida de la torre, y el cálculo del flujo volumétrico del aire requerido para enfriar el agua caliente Tipos de torres de enfriamiento Partes principales en la torre de enfriamiento de tiro inducido Funcionamiento de torre de enfriamiento de tiro inducido Primera ley de la termodinámica Ley de la conservación de la materia Presión, temperatura, flujo másico del agua caliente que entra a la torre Temperatura del agua enfriada en la torre Presión, humedad relativa y temperatura del aire que entra a la torre Temperatura del aire a la salida de la torre Tablas de propiedades del agua Diagrama de Mollier Equipo laboratorio Libros de

12 Evaluación integral de procesos y productos (ponderación /evaluación sumativa) Evidencia Ponderación Generador de vapor CLAYTON E10 10 % Tratamiento del agua de alimentación 20 % Eficiencia del generador de vapor CLAYTON E10 20 % Intercambiador de calor de superficie 20 % Intercambiador de calor de contacto directo 10 % Torre de enfriamiento 10 % Producto integrador de aprendizaje: Producto integrador 10 % Al finalizar esta unidad de aprendizaje el estudiante deberá entregar un portafolio que deberá contener las 6 evidencias de la evaluación integral de procesos y productos, así como una reflexión sobre el desarrollo del programa del laboratorio. Fuentes de apoyo y consulta: Libro: Thermal engineering Autor: Harry L. Solberg Editorial: Willey Libro: Energía mediante vapor, aire o gas Autor: W. H. Severns, H. E. Degler, J. C. Miles Editorial: Reverté

13 Libro: Termodinámica Autor: Y. A. Cengel, M. A. Boles Editorial: Mc Graw Hill Libro: Steam Plant Operation Autor: Everett Woodruff, Herbert Lammers, Thomas Lammers Editorial: Mc Graw Hill Libro: Thermal Power Plant: Design and Operation Autor: Dipak Sarkar Editorial: Elsevier Tema: Liga: https://www.claytonindustries.com/clayton_ac1_case_studies.aspx Liga: https://library.e.abb.com/public/ef050027256edeaec1256ddd00346c68/26-32m105.pdf Liga: https://library.e.abb.com/public/c69ddd3690b7b286c1256ddd00347179/12-18m495.pdf Liga: http://www2.inecc.gob.mx/publicaciones/gacetas/367/energiamed.html Liga: http://www.scielo.cl/pdf/infotec/v22n4/art03.pdf Liga: http://revistasomim.net/revistas/1_1/art2.pdf Liga: http://spxcooling.com Liga: http://es.slideshare.net/juanmanuelmamani/torres-de-enfriamiento Fecha última revisión: N.A. Revista: SOMIM Año: 2002 # de revista: N.A. Mes: Junio Nombre del artículo: Procedimiento termoeconómico de diagnóstico y evaluación de ciclos combinados

14 Revista: Información Tecnológica Año: 2011 # de revista: V.22 N 4-2011 Mes: Febrero Nombre del artículo: Incremento de la eficiencia en centrales termoeléctricas por aprovechamiento de los gases de la combustión Perfil del docente: El profesor debe poseer un nivel académico de ingeniería mecánica, Maestría y/o Doctorado en ciencias, con conocimiento, habilidad y experiencia en el área de la Refrigeración, así como ser competente en contextos pedagógicos que le permitan fomentar ambientes de aprendizaje participativos para contribuir a la formación integral del estudiante. Ficha bibliográfica del profesor: Dr. Jorge Adrián Alaco Castañeda, trabaja como catedrático en la FIME de la UANL desde el 2000 hasta la fecha, obtuvo su licenciatura como Ingeniero Mecánico Administrador en 1998, su Maestría en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con especialidad en Materiales en el 2000 y su Doctorado en Ingeniería de Materiales en el 2011 en la FIME de la UANL. Imparte asignaturas del área de térmica desde el año 2000. M.C. Yumei Mata Hi, trabaja como maestra con asignatura A por horas y base en la FIME de la UANL desde el 2007 hasta la fecha, con asignatura A por horas de 2005 2007, obtuvo su licenciatura en el 2003 como Ingeniero Mecánico Administrador, su Maestría en Administración Industrial y de Negocios con Orientación en Relaciones Industriales en el 2007 en la FIME de la UANL. M.C. Homero Estrada Cortinas, trabaja como maestro de tiempo completo en la FIME de la UANL desde 1973 hasta la fecha, obtuvo su licenciatura como Ingeniero Mecánico Electricista en 1971, su Maestría en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con especialidad en Térmica y Fluidos en 1998 en la FIME de la UANL. Imparte asignaturas del área de térmica desde el año 1973 en la FIME de la UANL

15 JEFATURA DE ACADEMIA JEFATURA DE DEPARTAMENTO COORDINACIÓN GENERAL ACADÉMICA DE MECÁNICA SUBDIRECCIÓN ACADÉMICA