102311 - ENGINYERIA TÈRMICA

Tipus d'assignatura: Obligatòria

Coordinador: Julián Horrillo Tello

Trimestre: Primer trimestre

Crèdits: 6

La llengua del curs és el castellà. Els apunts del curs estan escrits i les classes magistrals s'impartiran en castellà, però tots els treballs, informes, exàmens etc es poden presentar en qualsevol dels tres idiomes (català, castellà o anglès).

L'assignatura és una de les dues assignatures de la matèria d'Ingeniería Tèrmica i Fluids de tercer curs. Aquesta àrea té com objectiu presentar coneixements aplicats avançats i mètodes de disseny avançats per a resoldre diversos problemes reals d'aquestes dues assignatures. L'assignatura d'Ingeniería Tèrmica utilitza de forma important el coneixement més teòric i bàsic de l'assignatura de Térmodinàmica y Mecànica de Fluids, però també es presenten coneixements més avançats, aplicables a situacions reals quan l'energia tèrmica o la variació de temperatura juguen un paper important. A l'assignatura a més dels coneixements avançats es presenten mètodes de disseny, dimensionat, procés de selecció i mètodes per a localitzar problemes en situacions reals.

Aquesta assignatura disposa de recursos metodològics i digitals per fer possible la seva continuïtat en modalitat no presencial en el cas de ser necessari per motius relacionats amb la Covid-19. D’aquesta forma s’assegurarà l’assoliment dels mateixos coneixements i competències que s’especifiquen en aquest pla docent.

El Tecnocampus posarà a l’abast del professorat i l’alumnat les eines digitals necessàries per poder dur a terme l’assignatura, així com guies i recomanacions que facilitin l’adaptació a la modalitat no presencial.

A nivell general, aquesta assignatura contribueix a assolir els següents resultats d'aprenentatge especificats per a la matèria a la qual pertany:

- Resoldre problemes tèrmics.

- Identificar i avaluar les variables que caracteritzen els sistemes tèrmics.

- Resoldre problemes de transmissió de calor de diferents nivells de dificultat.

- Utilitzar programari específic per al càlcul de transmissió de calor.

- Resoldre i dissenyar bescanviadors de calor.

- Descriure el funcionament de les màquines tèrmiques.

- Redactar informes de càlcul i assaigs justificant els resultats i extreure conclusions.

A un nivell més concret, en acabar l’assignatura l’estudiant o estudianta ha de ser capaç de:

• RA1. Resoldre problemes tèrmics.
• RA2. Analitzar i interpretar sistemes tèrmics.
• RA3. Resoldre i disenyar bescanviadors de calor.
• RA4. Realitzar anàlisis experimentals per a avaluar pressions i temperatures en equips tèrmics.

L'assignatura consta de 4 hores a la setmana de classes presencials a l'aula (grup gran), on es desenvoluparà la matèria teòrica. Seran sesions teòriques expositives i participatives, consistents en l'exposició i desenvolupament dels fonaments teòrics amb nombrosos exemples i exercicis i de 20 hores (10 sessions) de pràctiques de laboratori (grup petit).

Les sessions teòriques seran d'assistència obligatòria. Durant les classes els estudiants poden seguir les explicacions del professor a través d'una aplicació Nearpod. Es suggereix als estudiants que assisteixin a les classes amb un dispositiu amb accès a internet i que disposi d'una pantalla suficientment gran com per a observar transparències amb text i dibuixos complexes.

Durant les classes el professor resoldrà i explicarà un gran nombre d'exercicis. Els estudiants també tindrán accès a un document que conté diversos exercicis sense resolució completa, però amb el valor del resultat final com a ajuda per a preparar l'examen.

Les sessions de pràctiques seran d'assistència obligatòria i es realitzaran en grups reduïts. L'objectiu de les pràctiques és realitzar treballs aplicats en situacions reals, però sempre utilitzant i espandint el coneixement après durant les classes teòriques. Les pràctiques estan guiades amb activitats concretes, però els estudiants han de realitzar les activitats i preparar un informe que expliqui la realitat del treball realitzat de forma independent.

Els estudiants disposaran de tota la informació necessària per seguir les explicacions del professor. Las transparències, els exercicis sense ressolució, les guies de les pràctiques i un formulari amb totes les fòrmules i taules necessaris estaran a disposició dels estudiants.

1. Termodinàmica i transmissió de calor

• Resum de termodinàmica
• Introducció a l'enginyeria tèrmica
• Transmissió de calor per conducció, convecció i radiació,

2. Bescanviadors de calor

• Tipología i funcionament dels bescanviadors de calor
• Mètodes de disseny de bescanviadors de calor

3. Simulació numérica de transmissió de calor i bescanviadors de calor

4. Màquines tèrmiques

• Classificació i definició de les màquines tèrmiques
• Cicles termodinàmics aplicats a les màquinas tèrmicas
• Turbina de gas
• Turbina de vapor
• Motors de combustió interna, motor Stirling

5. Aplicació de l'energia tèrmica

• Centrals tèrmiques
• Centrals nuclears
• Altres tipus d'aplicació de l'energia tèrmica

Les activitats d'aprenentatge són principalment activitats pràctiques que permeten als estudiats aplicar la teoria a problemes reals. La majoria de les activitats són obligatories i seràn avaluades amb una nota sobre 10. Aquestes activitats o una part d'aquestes activitats es duran a terme sota la supervisió del professor.  Les pràctiques requereixen que els estudiants continuin el treball realitzat a classe de forma individual i entreguin un informe que reflexi el resultat del seu treball.

Algunes de les activitats són de caràcter optatiu (per exemple els exercicis proposats), és a dir que el professor no verificarà la realització d'aquestes activitats. Aquestes activitats no són obligatòries, però la seva realització és important per l'aprenentatge de l'assignatura.

Las activitats de caràcter no avaluatiu:

• Sessions de classe teòrica
• Sessions de classe per a resoldre exercicis
• Una sessió de pràctiques (la primera) per a repassar l'assignatura de Termodinàmica resolent exercisis

Amb l'objectiu de recollir evidència de l'assoliment dels resultats d'aprenentatge esperats es realitzaran les següents activitats de caràcter avaluatiu:

• Dos examens escrits [Relacionats amb les tres competències específiques i bàsiques]
  • El primer examen parcial serà sobre els dos primers temes reflexats en l'apartat de continguts. Aquest examen pot no realitzar-se en funció del calendari i el ritme de la classe (Evidència dels resultats d'aprenentatge RA1, RA2 i RA3).
  • El segon examen parcial serà sobre els dos darrers temes reflexats en l'apartat de continguts (Evidència dels resultats d'aprenentatge RA1 i RA2), en cas que s'hagi fet un primer examen parcial, o sería sobre els temes 1, 2, 4 i 5, si no haguès hagut examen (Evidència dels resultats d'aprenentatge RA1, RA2 i RA3).
• Nou sessions de pràctiques [Relacionades amb les quatre competències]
  • A la segona pràctica els estudiants realitzen mesures de transferència de calor per conducció i conveccio (Evidència dels resultats d'aprenentatge RA1 i RA4).
  • A la tercera pràctica els estudiants realitzen mesures de transferència de calor per radiació (Evidència dels resultats d'aprenentatge RA1 i RA4).
  • A la quarta pràctica els estudiants preparen i analitzen una simulació numèrica de transferència de calor (Evidència del resultat d'aprenentatge RA2).
  • A la cinquena pràctica els estudiants realitzen mesures d'un bescanviador de calor de tipus carcassa i tub i també apliquen un mètode de disseny d'aquest mateix bescanviador de calor (Evidència dels resultats d'aprenentatge RA1, RA3 i RA4).
  • A la sisena pràctica els estudiants analitzen una simulació numèrica del bescanviador de calor del laboratori (Evidència dels resultats d'aprenentatge RA2 i RA3).
  • A la setena pràctica els estudiants realitzen mesures amb un motor de combustió interna (Evidència dels resultats d'aprenentatge RA1 i RA4).
  • A la vuitena pràctica els estudiants realitzen càlculs i analitzen una turbina de vapor (Evidència del resultat d'aprenentatge RA2).
  • A la novena pràctica els estudiants realitzen càlculs i analitzen una turbina de gas (Evidència del resultat d'aprenentatge RA2).
  • A la desena pràctica els estudiants utilitzen un programa per a simular una central nuclear (Evidència del resultat d'aprenentatge RA2).

Nota: la competència transversal associada a l'assignatura (coneixement tercera llengua) es treballa a partir de les fonts documentals que els estudiants han de consultar.

El professor informarà als estudiants de les condicions i normes especials de cada activitat.

Els exàmens escrits s'han de realitzar de forma individual sense l'ajuda de ningú i esta prohibit utilitzar res més que una calculadora i el formulari preparat pel professor. L'examen tindrà una nota de 0 (suspès) en cas que l'estudiant no compleixi amb aquesta condició d'individualitat.

Després de realitzar les pràctiques 2, 3, 5 i 7 el grup reduït d'estudiants (1 o 2 persones per grup) ha de preparar i entregar un informe escrit de contingut definit a la guía de pràctica corresponent. Els informes s'han d'entregar fins a una data predeterminada (normalment 13 dies desprès de realitzar la pràctica). L'endarreriment es penalitzarà. Un endarreriment d'entre 1 segon i 1 setmana la nota obtinguda es multiplicarà per un factor de 0,8. Un endarreriment d'entre 1 setmana i 1 segon i 2 setmanes la nota obtinguda es multiplicarà per un factor de 0,5. Entregues fora d'aquestes dues setmanes d'endarreriment no seran acceptades.

Al final de las pràctiques 4, 6, 8, 9 i 10 el grup ha d'entregar una prova de realització de la pràctica (pot ser una imatge, un número o una resposta a una pregunta concreta). Aquesta prova s'ha d'entregar a la finalització de la pràctica. Entregues amb posterioritat a la finalització de la pràctica no seran acceptaces i s'evaluaren amb una nota d'un 0 (suspès) sense possibilitat de millora.

Cada grup ha de preparar els informes i les proves de forma individual. Qualsevol copia esta estrictament prohibida (copiar el treball d'altres grups, copiar d'internet o llibres, encara que s'hagi traduit d'una altra llengua esta prohibit). En cas que un grup copïi el treball en las seva totalitat o parcialment d'un altre grup, ambdos grups seran penalitzats. Qualsevol copia (encara que només sigui una frase) resultarà en un treball amb una nota de 0 (suspès) sense possibilitat de millora o d'avaluació sense tenir en compte la part copiada. El profesor utilitzarà un programa especial amb tots els treballs lliurats per a detactar plagi.

Les pràctiques són de presència obligatoria. En el cas d'absència, l'informe de l'estudiant s'avaluarà amb un 0 (sense possibilitat de millora).

Qualsevol activitat no lliurada es considerarà puntuada amb nota 0 (suspès).

Tots els documents s'han de lliurar a través del moodle.

El pes avaluatiu dels diferents conceptes que intervenen en la qualificació de l'assignatura són:

- E1: Examen del primer parcial (30%)

- E2: Examen del segon parcial (30%)

- P2, P3, P5, y P7: Informes de pràctiques (4 x 6,25% = 25%)

- P4, P5, P8, P9 y P10: Proves de pràctiques (5 x 3% = 15%)

Nota de pràctica (PR) = 0,625 x (P2+P3+P5+P7)/4 + 0,375 x (P4+P6+P8+P9+P10)/5

Cada estudiant ha d'obtenir un mínim del 40% de la nota màxima de l'exàmen i un mínim del 40% de tots els informes i proves de pràctica:

• Si E1 < 4 y/o E2 < 4: Nota final = Minimum(E1, E2, PR)
• Si PR < 4: Nota final = 0,3 x E1 + 0,3 x E2
• Si E1 > 4, E2 > 4 y PR > 4: Nota final = 0,3 x E1 + 0,3 x E2 + 0,4 x PR

Recuperació

Las pràctiques no són recuperables.

Al final del semestre s'ofereix un exàmen de recuperació sempre que així ho indiqui la Direcció d’Estudis de l’Escola. La recuperació es farà en la data i lloc que fixi la Direcció d’Estudis de l’Escola. Durant l'examen de recuperació la nota máxima que es pot obtener és un 5 i es càlcula amb la següent fòrmula on ER és la nota de l'examen de recuperació. La nota màxima serà en tot cas un 5:

• Si PR < 4: Nota final = Minimum(ER, [0,6 x ER + 0,4 x PR])
• Si ER > 4 y PR > 4: Nota final = Maximum(ER, [0,6 x ER + 0,4 x PR])

Y.A. Çengel. Transferencia de calor. McGraw Hill, 2004.

Caludio Mataix, Turbomáquinas Térmicas, Tercara Edición

Marta Munoz, Máquinas térmicas

http://cfd.direct/openfoam/user-guide/

https://www.paraview.org/paraview-downloads/download.php?submit=Download&version=v5.3&type=data&os=all&downloadFile=ParaViewGuide-5.3.0.pdf

T. Sánchez Lencero, A. Muñoz Blanco - Turbomáquinas Térmicas

Ferziger, Computational methods for fluid dynamics, 3rd edition

Kuppan Thulukkanam, Heat exchanger design handbook

Stirling egnine design manual, NASA

http://www.salome-platform.org/user-section/documentation/current-release