Escuela de Ingeniería de Caminos y de Minas UPCT Guía docente de la asignatura: Termodinámica Aplicada y Fenómenos de Transporte Titulación: Graduado en Ingeniería de Minas y Energía Curso: 2013 2014
Guía Docente 1. Datos de la asignatura Nombre Materia Módulo Termodinámica Aplicada y Fenómenos de Transporte Ingeniería y Tecnología Energética II Común a la Rama de Minas Código 517108003 Titulación Plan de estudios 2010 Centro Tipo Grado en Ingeniería de Minas y Energía Escuela de Ingeniería de Caminos y de Minas Cuatrimestral Periodo lectivo Primer Cuatrimestre Curso Pasarela Idioma Español ECTS 6 Horas / ECTS 30 Carga total de trabajo (horas) 180 Horario clases teoría Aula Horario clases prácticas Lugar
2. Datos del profesorado Profesor responsable Departamento Área de conocimiento Ubicación del despacho Correo electrónico Juan Pedro Solano Fernández Ingeniería Térmica y de Fluidos Máquinas y Motores Térmicos Antiguo Hospital de Marina, Planta Bajo Cubierta, Ala Noreste Teléfono 968 32 5938 Fax 968 32 5999 URL / WEB juanp.solano@upct.es Horario de atención / Tutorías Miércoles 17.00 20.00, Jueves 9.30 12.30 Ubicación durante las tutorías Perfil docente e investigador Experiencia docente Desde enero 2005 Líneas de Investigación Experiencia profesional Otros temas de interés Despacho del profesor Docencia en asignaturas del área de Máquinas y Motores Térmicos. Investigación en Mejora de la Transferencia de Calor Mejora de la Transferencia de Calor Investigador contratado (2002 2005). PDI (2005 actualidad)
3. Descripción de la asignatura 3.1. Presentación La asignatura de Termodinámica Aplicada y Fenómenos de Transporte pertenece a la materia de Ingeniería y Tecnología Energética. Después de cursar esta asignatura los alumnos de la Titulación de Graduado en Ingeniería de Minas y Energía deberán alcanzar un conocimiento de los conceptos fundamentales de la Termodinámica y de los procesos de Transferencia de Calor. Deberán ser capaces de aplicar los conocimientos básicos de la profesión relacionados con el análisis de sistemas térmicos y energéticos. Es la base a utilizar para el desarrollo de otras competencias dentro del campo de la ingeniería térmica en la industria. Se fomentará principalmente el desarrollo de habilidades y competencias genéricas como el aprendizaje autónomo, el trabajo en equipo y la resolución de problemas. 3.2. Ubicación en el plan de estudios La asignatura Termodinámica Aplicada y Fenómenos de Transporte se estudia en segundo curso en el primer cuatrimestre. Es una asignatura de carácter científico aplicado en donde, a partir de conceptos básicos estudiados en la asignaturas de Física y Matemáticas, se desarrollan las herramientas necesarias para el análisis avanzado de sistemas energéticos, que se llevarán a cabo en las asignaturas posteriores de Centrales Térmicas, Ingeniería Nuclear, Energías Alternativas y Gestión y Logística Energéticas. 3.3. Descripción de la asignatura. Adecuación al perfil profesional En la práctica totalidad de los procesos industriales relacionados con la Ingeniería Energética se requiere la aplicación de los Principios de la Termodinámica y la Transmisión del Calor. El conocimiento de estos principios es básico en ingeniería térmica, por ejemplo, para la realización de un análisis energético (con determinación del rendimiento energético) de sistemas de potencia para la generación de electricidad (ciclo combinado con turbina de vapor y de gas), una caldera de vapor, un ciclo de refrigeración, etc. El conocimiento de si un proceso termodinámico puede ocurrir o no en la realidad es imprescindible para el diseño de nuevos procesos, así como el conocimiento de las máximas prestaciones que se pueden obtener en los diferentes dispositivos que componen una instalación energética, y cuáles son las causas que impiden alcanzarlas. El estudio de las propiedades termodinámicas de los fluidos de trabajo que circulan por los dispositivos, agua, aire, refrigerantes, gases y mezcla de gases, es indispensable para analizar el comportamiento de los sistemas térmicos. Asimismo el estudio del procedimiento a seguir para el análisis energético de instalaciones energéticas de sistemas de refrigeración, acondicionamiento de aire y en procesos de combustión es de gran interés. El conocimiento de los Fenómenos de Transporte involucrados en la transmisión de calor es fundamental para acometer el diseño de los equipos industriales que intervienen en los procesos mencionados más arriba: por ejemplo, para el dimensionamiento de un sistema aleteado en un sistema de refrigeración, o para la optimización o diseño de un
intercambiador de calor a emplear en cualquier instalación química, refinería de petróleo, etc. Por esta razón, la asignatura "Termodinámica Aplicada y Fenómenos de Transporte" proporciona conocimientos fundamentales para la formación del Ingeniero de Minas y Energía actual, y sienta las bases para el estudio de las aplicaciones tecnológicas desarrolladas en el ejercicio de esta profesión. 3.4. Relación con otras asignaturas. Prerrequisitos y recomendaciones Es recomendable y necesario cursar previamente otras materias y asignaturas de diferentes cursos, entre ellas las relacionadas con las materias básicas como las Matemáticas y la Física. La asignatura de Termodinámica Aplicada y Fenómenos de Transporte puede ser complementaria con otras de materias comunes como Mecánica de Fluidos. En esta asignatura se imparten los conceptos básicos para cursar las materias específicas "Centrales Térmicas", "Ingeniería Nuclear", "Energías Alternativas" y "Gestión y logística energética". 3.5. Medidas especiales previstas Se adoptarán medidas para facilitar el seguimiento de la asignatura a aquellos estudiantes con necesidad especiales. Para aquellos casos excepcionales en los que no sea posible la integración de los alumnos, se preverá una prueba final de carácter global según se establece en el artículo 5, apartado 4 del Reglamento de las Pruebas de Evaluación de los Títulos Oficiales de Grado y de Máster con Atribuciones Profesionales de la UPCT.
4. Competencias 4.1. Competencias específicas de la asignatura Comprensión y dominio de los conceptos básicos sobre las leyes generales de la mecánica y de la termodinámica y su aplicación para la resolución de los problemas propios de la ingeniería. Transferencia de calor y materia y máquinas térmicas. 4.2. Competencias genéricas / transversales COMPETENCIAS INSTRUMENTALES G01 Capacidad de análisis y síntesis G02 Capacidad de organización y planificación G03 Comunicación oral y escrita en lengua nativa G04 Conocimiento de una lengua extranjera G05 Conocimientos de informática relativos al ámbito de estudio G06 Capacidad de gestión de la información G07 Resolución de problemas G08 Toma de decisiones G09 Razonamiento crítico COMPETENCIAS PERSONALES G10 Trabajo en equipo G11 Trabajo en un equipo de carácter interdisciplinar G12 Trabajo en un contexto internacional G13 Habilidades en las relaciones interpersonales G14 Reconocimiento de la diversidad y la multiculturalidad G15 Compromiso ético G16 Aprendizaje autónomo G17 Adaptación a nuevas situaciones G18 Tratamiento de conflictos y negociación G19 Sensibilidad hacia temas medioambientales COMPETENCIAS SISTÉMICAS G20 Creatividad e innovación G21 Liderazgo G22 Iniciativa y espíritu emprendedor G23 Motivación por la calidad 4.3. Objetivos generales / competencias específicas del título Diseñar, proyectar, desarrollar y gestionar plantas de procesado de recursos energéticos de todo tipo. Diseñar, proyectar, desarrollar y gestionar sistemas de almacenamiento y distribución de recursos energéticos. Diseñar, proyectar, desarrollar y gestionar instalaciones de aprovechamiento energético. Realizar estudios y proyectos de asesoramiento, consultoría y eficiencia energética. Aplicar los conocimientos adquiridos para identificar, formular y resolver problemas.
4.4. Resultados esperados del aprendizaje Al finalizar la asignatura el alumno deberá ser capaz de: 1. Aplicar los principios de la termodinámica para el cálculo de las prestaciones de los sistemas reales en sistemas cerrados y abiertos. 2. Calcular las propiedades termodinámicas de los diferentes fluidos empleados en ingeniería térmica, con la ayuda de tablas, diagramas y programas informáticos. 3. Conocer los ciclos de las máquinas térmicas más habituales, sabiendo calcular los flujos energéticos intercambiados (tanto en forma de calor como de trabajo) y su correspondiente rendimiento. 4. Conocer, entender y saber calcular los intercambios de calor con conducción, aislamiento térmico, superficies aleteadas, en diferentes superficies en situación estacionaria y no estacionaria. 5. Aprender, definir, entender, y saber calcular acerca de los fenómenos convectivos que se producen entre un fluido y el sólido con el que interacciona. 6. Aprender, definir, entender, utilizar y saber calcular acerca de los fenómenos radiativos. 7. Aprender, definir, entender, utilizar y saber calcular acerca de los intercambiadores de calor como aplicación práctica de las unidades didácticas anteriores.
5. Contenidos 5.1. Contenidos según el plan de estudios Propiedades de las sustancias puras. Balances de energía y entropía en sistemas abiertos y cerrados. Fundamentos de máquinas térmicas. Mezclas reactivas y no reactivas. Transferencia de calor. Fenómenos de transporte 5.2. Programa de teoría UD 1. PROPIEDADES DE UNA SUSTANCIA PURA Tema 1. Agua y refrigerantes Tema 2. Gases UD 2. PRIMER PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA Tema 3. Sistemas cerrados Tema 4. Sistemas abiertos UD 3. SEGUNDO PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA Tema 5. Segundo Principio Tema 6. Entropía. Balances de entropía UD 4. APLICACIONES DE LA TERMODINÁMICA Tema 7. Máquinas térmicas Tema 8. Psicrometría y Combustión UD 5. TRANSMISIÓN DE CALOR POR CONDUCCIÓN Tema 9. Conducción unidimensional estacionaria Tema 10. Superficies extendidas UD 6. TRANSMISIÓN DE CALOR POR CONVECCIÓN Tema 11. Convección libre y forzada Tema 12. Condensación y ebullición UD 7. TRANSMISIÓN DE CALOR POR RADIACIÓN Tema 13. Transmisión de calor por radiación UD 8. INTERCAMBIADORES DE CALOR Tema 14. Intercambiadores de calor 5.3. Programa de prácticas Se desarrollan diferentes sesiones de prácticas de laboratorio con el objeto de que los alumnos utilicen instrumentación de medida de temperatura y verifiquen algunos de los conceptos introducidos en las sesiones teóricas. Las prácticas de laboratorio a desarrollar serán: Práctica 1. Medidas termométricas: Termopares, termómetros, resistencias de platino, etc Práctica 2. Comportamiento p V T para el agua: obtención de una parte de la curva de vaporización, p T Práctica 3. Conductividad térmica de metales Práctica 4. Estudio de radiación en un cubo de Leslie
5.4. Programa resumido en inglés (opcional) 5.5. Objetivos de aprendizaje detallados por unidades didácticas (opcional)
6. Metodología docente 6.1. Actividades formativas Actividad Trabajo del profesor Trabajo del estudiante ECTS Clase expositiva utilizando técnicas de aprendizaje cooperativo informal Presencial: Toma de apuntes y revisión con el compañero. Planteamiento de dudas 1 Clase de teoría de corta duración. Resolución de dudas planteadas por los estudiantes. Se tratarán los temas de mayor complejidad y los aspectos más relevantes. individualmente o por parejas. No presencial: Estudio de la materia. 1.5 Clase de problemas. Resolución de problemas tipo y casos prácticos Clase de Prácticas. Sesiones de laboratorio y aula de informática Seminarios de problemas y otras actividades de aprendizaje cooperativo Realización de exámenes oficiales Tutorías individuales y de grupo Se resolverán problemas tipo y se analizarán casos prácticos. Se enfatizará el trabajo en plantear métodos de resolución y no en los resultados. Se plantearán problemas y/o casos prácticos similares para que los alumnos lo vayan resolviendo individualmente o por parejas, siendo guiados paso a paso por el profesor. Las sesiones prácticas de laboratorio son fundamentales para acercar el entorno de trabajo industrial al alumno y permiten enlazar contenidos teóricos y prácticos de forma directa. Se realizarán varios seminarios de problemas a lo largo del curso. Los alumnos trabajan en grupo para resolver un conjunto de problemas. Resolver dudas y aclarar conceptos Se realizarán una prueba escrita de tipo individual. Las tutorías serán individuales o de grupo con objeto de realizar un seguimiento individualizado y/o grupal del aprendizaje. Presencial: Participación activa. Resolución de ejercicios. Planteamiento de dudas No presencial: Estudio de la materia. Resolución de ejercicios propuestos por el profesor. Presencial: Manejo de instrumentación. Desarrollo de competencias en expresión oral y escrita con la presentación de informes de prácticas por los alumnos con apoyo del profesor No presencial: Elaboración de los informes de prácticas en grupo y siguiendo criterios de calidad establecidos Presencial: Resolución de los problemas. Explicación del método de resolución a los compañeros. Discusión de dudas y puesta en común del trabajo realizado. 0.7 1 0.3 0.7 0.3 No Presencial: Trabajo autónomo del estudiante y trabajo en grupo 0.2 Presencial: Asistencia a la prueba escrita y realización de ésta Presencial: Planteamiento de dudas en horario de tutorías. 0.1 0.2 6,0
7. Evaluación 7.1. Técnicas de evaluación Instrumentos Realización / criterios Peso Prueba escrita individual Seminarios de problemas Informes de Laboratorio Evaluación formativa Otras actividades de AC Cuestiones teóricas y/o teóricoprácticas: Cuestiones tipo test y/o cuestiones teóricas simples o acompañadas de una aplicación numérica de corta extensión. Se evalúan principalmente los conocimientos teóricos. Problemas: 1 o 2 problemas de media o larga extensión. Se evalúa principalmente la capacidad de aplicar conocimientos a la práctica y la capacidad de análisis Se realizarán cuatro sesiones de seminario de problemas. Los alumnos trabajando en equipo y de forma presencial resuelven y discuten una serie de problemas planteados en exámenes de convocatorias pasadas recientes. Se evalúa la resolución, el procedimiento y el trabajo en equipo. Se evalúan las ejecuciones y el trabajo en equipo, así como las destrezas y habilidades para el manejo de instalaciones, equipos y programas informáticos Realización de actividades y pruebas de corta duración realizadas en clase (individualmente o por parejas). 7.2. Mecanismos de control y seguimiento 35 % 35 % 10% 20 % No interviene Competencias genéricas (4.2) evaluadas G01, G02, G03, G07 G01, G02, G03, G07, G10 G01, G02, G03, G04, G05, G10, G15, G19 El seguimiento del aprendizaje se realizará mediante las siguientes actividades: Resultados (4.4) evaluados 1,2,3,4,5,6,7 1,3,4,5,7 2,4,6 1,2,3,4,5,6,7 Cuestiones planteadas en clase y actividades de AC informal por parejas en clase de teoría y problemas Supervisión durante las sesiones de trabajo en equipo presencial de seminarios de problemas y revisión de los problemas propuestos para ser realizados individualmente o en equipo (no presencial) Elaboración de listas de ejecución durante las sesiones de prácticas de laboratorio Tutorías
9. Recursos y bibliografía 9.1. Bibliografía básica Moran, M.J. & Shapiro, H.N. (tomos I y II): Fundamentos de Termodinámica Técnica. Editorial Reverte, S.A., 1993 Zueco Jordán J., 100 Problemas Resueltos de Termodinámica Aplicada, Ed. Bellisco, 2010 Transmisión de Calor. C. Nicolás Madrid García. (Ed. UPCT) Ejercicios de Transmisión de Calor. C. Nicolás Madrid García (Ed. UPCT) Fundamentos de Transferencia de Calor. Frank P. Incropera y David P. DeWitt (Ed. Pearson) 9.2. Bibliografía complementaria A Heat Transfer Textbook. J.H. Lienhard (Disponible en internet) Heat Transfer. G. Nellis, S. Klein, Ed. Cambridge Cengel, Y. & Boles, M. (tomos I y II): Termodinámica, McGraw Hill, 1996 9.3. Recursos en red y otros recursos Programa informático Engineering Equation Solver (EES)