Fichas de asignaturas 2012-13
![]() |
TERMODINÁMICA APLICADA Y TURBOMÁQUINAS TÉRMICAS |
![]() ![]() ![]() |
|
Asignatura |
![]() |
| |
Profesores |
![]() |
| |
Competencias |
![]() |
| |
Resultados Aprendizaje |
![]() |
| |
Actividades Formativas |
![]() |
| |
Sistemas de Evaluación |
![]() |
| |
Contenidos |
![]() |
| |
Bibliografía |
![]() |
Código | Nombre | |||
Asignatura | 41413028 | TERMODINÁMICA APLICADA Y TURBOMÁQUINAS TÉRMICAS | Créditos Teóricos | 4,38 |
Título | 41413 | GRADO EN INGENIERÍA MARINA | Créditos Prácticos | 6,88 |
Curso | 3 | Tipo | Obligatoria | |
Créd. ECTS | 9 | |||
Departamento | C147 | MAQUINAS Y MOTORES TERMICOS |
Requisitos previos
Haber superado las materias correspondientes de Termodinámica y Mecánica de Fluidos y Sistemas Auxiliares del Buque.
Profesores
Nombre | Apellido 1 | Apellido 2 | C.C.E. | Coordinador | |
Ramón | de Cózar | Sievert | N | ||
Antonio | Fraidías | Becerra | S |
![]() |
|
Gabriel María | Navarro | García | N |
Competencias
Se relacionan aquí las competencias de la Materia/módulo o título a que pertenece la asignatura, entre las que el profesor podrá indicar las relacionadas con la asignatura.
Identificador | Competencia | Tipo |
E1 | Capacidad para el aprendizaje de nuevos métodos y teorías, que le doten de una gran versatilidad para adaptarse a nuevas situaciones | ESPECÍFICA |
E10 | Capacidad para planificar, gestionar, operar, explotar y supervisar instalaciones energéticas marinas. | ESPECÍFICA |
E12 | Capacidad para la realización de las actividades inspectoras relacionadas con el cumplimiento de los convenios internacionales de obligado cumplimiento, en todo lo referido a buques en servicio | ESPECÍFICA |
E13 | Capacidad para la gestión, dirección, control, organización y planificación de industrias o explotaciones relacionadas con las actividades de la náutica y el transporte marítimo | ESPECÍFICA |
E17 | Conocimientos y capacidad para aplicar y calcular los principios de la termodinámica aplicada y transmisión de calor | ESPECÍFICA |
E18 | Conocimientos y capacidad para aplicar y calcular los principios de la mecánica de fluidos. | ESPECÍFICA |
E24 | Conocimientos y capacidad para aplicar y calcular los fundamentos de los sistemas y máquinas fluidomecánicas. Motores de combustión interna. Turbinas de vapor y de gas. Generadores de vapor. Frío y climatización | ESPECÍFICA |
E25 | Conocimientos y capacidad para aplicar y calcular los principios de la regulación y control de máquinas y sistemas marinos | ESPECÍFICA |
E29 | Conocimientos y capacidad para aplicar y calcular los principios del diseño y gestión de sistemas de optimización energética aplicados a instalaciones marinas | ESPECÍFICA |
E3 | Capacidad para la realización de inspecciones, mediciones, valoraciones, tasaciones, peritaciones, estudios, informes, planos de labores y certificaciones en las instalaciones del ámbito de su especialidad | ESPECÍFICA |
E30 | Conocimientos y capacidad para aplicar y calcular propulsores marinos: cálculo, selección, montaje y mantenimiento | ESPECÍFICA |
E4 | Capacidad para la dirección gestión y organización de las actividades objeto de las instalaciones del ámbito de su especialidad | ESPECÍFICA |
E5 | Capacidad para el manejo de especificaciones, reglamentos y normas de obligado cumplimiento | ESPECÍFICA |
E9 | Conocimientos y capacidad para la realización de auditorías energéticas. | ESPECÍFICA |
W17 | Conocimiento para mantener la seguridad de los equipos, sistemas y servicios de la maquinaria a bordo | ESPECÍFICA |
W26 | Conocimiento para elaborar planes de emergencias y de control de averías, y actuar eficazmente en tales situaciones. | ESPECÍFICA |
W31 | Conocimiento para la tomar precauciones para prevenir la contaminación del medio marino | ESPECÍFICA |
W4 | Habilidad para realizar una guardia de máquinas segura | ESPECÍFICA |
W6 | Conocimiento para la optimización de las operaciones de la maquinaria principal y auxiliar y los sistemas de control correspondientes | ESPECÍFICA |
Resultados Aprendizaje
Identificador | Resultado |
Se alcanzarán al adquirir las competencias indicadas: Conocimiento de los ciclos termodinámicos. Conocimiento para la realización de auditorias energéticas. Familiarización con los principios de funcionamiento de las turbomáquinas. |
Actividades formativas
Actividad | Detalle | Horas | Grupo | Competencias a desarrollar |
01. Teoría | Bloque I - Termodinámica 1. Análisis exergético 1.1 Introducción y definición de exergía 1.2 Balance de exergía para un sistema cerrado 1.3 Balance de exergía para volúmenes de control 1.4 Eficiencia exérgetica 1.5 Termoeconomía 2. Ciclos de potencia con vapor de agua 2.1 Ciclo Rankine 2.2 Sobrecalentamiento y recalentamiento 2.3 Ciclo regenerativo 2.4 Balance exergético 3. Motores de combustión interna 3.1 Ciclo Otto de aire-estándar 3.2 Ciclo diesel de aire-estándar 3.3 Ciclo dual de aire-estándar 4. Ciclos de potencia de turbinas de gas 4.1 Ciclo Brayton de aire-estándar 4.2 Turbinas de gas regenerativas 4.3 Turbinas de gas regenerativas con recalentamiento y refrigeración 4.4 Ciclo combinado turbina de gas-ciclo de vapor 4.5 Ciclos Ericsson y Stirling 5. Flujo compresible 5.1 Flujo unidimensional estacionario en toberas y difusores 5.2 Flujo de gases ideales con calores específicos constantes en toberas y difusores Bloque II - Turbinas de vapor Tema 1 - ELEMENTOS CONSTRUCTIVOS. Paletas, tipos y afirmado. Obturadores, tipos y disposición. Reguladores de velocidad y relés de aceite. Cojinetes. Lubricación. Protecciones de la máquina. Toberas y diafragmas. Rotores. Estatores.Levantamiento de turbinas. Montaje de los diversos elementos. Reductoras de velocidad.Regulación de potencia. Pistones de equilibrio. Tema 2 - LA PLANTA PROPULSORA DE TURBINAS. La instalación básica y el ciclo de Rankine. Sistema de agua de alimentación. La in stalación de vapor completa. Bombas de circulación y extracción. Calentadores desaireadores. Calentadores de superficie de alta y baja presión. Condensadores. Eyectores. Turbogeneradores. Turbobombas de alimentación. Disposición de las turbinas marinas y terrestres. Tema 3 - PALETAS. Finalidad de las paletas. Paletas de acción: fijas y móviles. Forma elemental de las paletas: impulso y acción. Rendimiento de paleta. Paletas de acción: representación gráfica de las velocidades. Paleta real: triángulos de velocidades. Paletas de acción simétricas y asimétricas. Tema 4 - TURBINAS DE ACCIÓN. Definición. Turbinas simples (De Laval). Triángulos de velocidades de entrada y salida. Turbinas de múltiple salto de presión; determinación de la velocidad periférica. Turbina de múltiple salto de velocidad y simple de presión; cálculo de la velocidad periférica. Turbina de múltiple salto de velocidad y múltiple salto de presión; determinación de su velocidad periférica. Inyección parcial. Tema 5 - TURBINAS DE ACCIÓN-REACCIÓN. Definición. Triángulos de velocidades. Grado de reacción; en función de las entalpías y en función de las velocidades. Cálculo de la velocidad periférica. Disposición orgánica. Características más importantes de las turbinas de acción y las de acción-reacción. La ecuación de Euler: dos formas de la ecuación fundamental de las turbomáquinas térmicas. Tema 5 - POTENCIA PERIFÉRICA Y RENDIMIENTOS. Potencia periférica para paleta real e ideal. Relación cinemática. Rendimiento periférico para el caso ideal. Rendimiento periférico máximo. Causas de pérdida de rendimiento; pérdidas internas y externas. Rendimientos interno, efectivo y mecánico. Rendimiento global y potencia en las turbinas. Consumos específicos de vapor y de combustible. Rendimiento de la instalación. Tema 6 - REGULACIÓN DE POTENCIA. Necesidad de la regulación y métodos. Regulación cuantitativa de potencia. Regulación cualitativa de potencia. Tema 7 - SIMULADOR DE CÁMARA DE MÁQUINAS. Puesta en marcha de la instalación propulsora de un V.L.C.C. de turbinas. Levantamiento de la planta. Maniobra y protección de la instalación. Funcionamiento en la mar. Emergencias en la operación de una planta propulsora de turbinas de vapor. Fallos y averías. BLOQUE III - Turbinas de Combustión Interna 1.- Turbinas de combustión interna; antecedentes históricos, definiciones generales y estudio descriptivo. 2.- Diagramas aplicables al estudio de la combustión de las turbinas de combustión interna, de Clapeyron, curvas de Rayleigh y de Fanno. 3.- Cinemática de la combustión, parámetros de estado y ecuaciones fundamentales. 4.- Turbinas de ciclos especiales. 5.- Estructura mecánica de las turbinas de combustión interna; cámaras de combustión, rotores, compresores y regulación de la potencia en la turbina. 6.- Estado actual y tendencias de la aplicación de las turbinas de combustión interna en la marina. |
35 | E1 E10 E12 E13 E17 E18 E24 E25 E29 E3 E30 E4 E5 E9 W17 W26 W31 W4 W6 | |
02. Prácticas, seminarios y problemas | 35 | E1 E10 E12 E13 E17 E18 E24 E25 E29 E3 E30 E4 E5 E9 W17 W26 W31 W4 W6 | ||
04. Prácticas de laboratorio | 20 | |||
10. Actividades formativas no presenciales | 135 |
Evaluación
Criterios Generales de Evaluación
La adquisición de competencias se valorará a través de un examen final con cuestiones sobre los contenidos teóricos y prácticos, pudiéndose sustituir por la superación de la evaluación continua. Dicha evaluación continua comprenderá exámenes parciales, actividades dirigidasn como elaboración de trabajos. Tutorias presenciales voluntarias. Actividades presenciales en clases teóricas, de problemas y prácticas de taller y Simulador. Se completará con actividades no presenciales mediante realización de actividades académicamente dirigidas, a través del aula virtual.
Procedimiento de Evaluación
Tarea/Actividades | Medios, Técnicas e Instrumentos | Evaluador/es | Competencias a evaluar |
Examen de teoría al final del bloque I, II y III | Prueba presencial individual tipo preguntas a desarrollar, donde se pueden incluir diagramas a explicar, y problemas en su caso. |
|
|
Examen final | Examen conjunto de los tres bloques: 10 puntos. (Prueba escrita, con resolución de problemas). |
|
|
Prácticas en los Talleres. |
|
||
Trabajos escritos. | Se podrán realizar en pareja. Posibilidad de defensa oral. |
|
Procedimiento de calificación
Se realizarán tres pruebas parciales independientes (una por cada bloque) y será necesario llegar a 6 puntos en cada una de ellas para aprobar la asignatura por curso.
Descripcion de los Contenidos
Contenido | Competencias relacionadas | Resultados de aprendizaje relacionados |
Bloque I - Termodinámica 1. Análisis exergético 1.1 Introducción y definición de exergía 1.2 Balance de exergía para un sistema cerrado 1.3 Balance de exergía para volúmenes de control 1.4 Eficiencia exérgetica 1.5 Termoeconomía 2. Ciclos de potencia con vapor de agua 2.1 Ciclo Rankine 2.2 Sobrecalentamiento y recalentamiento 2.3 Ciclo regenerativo 2.4 Balance exergético 3. Motores de combustión interna 3.1 Ciclo Otto de aire-estándar 3.2 Ciclo diesel de aire-estándar 3.3 Ciclo dual de aire-estándar 4. Ciclos de potencia de turbinas de gas 4.1 Ciclo Brayton de aire-estándar 4.2 Turbinas de gas regenerativas 4.3 Turbinas de gas regenerativas con recalentamiento y refrigeración 4.4 Ciclo combinado turbina de gas-ciclo de vapor 4.5 Ciclos Ericsson y Stirling 5. Flujo compresible 5.1 Flujo unidimensional estacionario en toberas y difusores 5.2 Flujo de gases ideales con calores específicos constantes en toberas y difusores Bloque II - Turbinas de vapor Tema 1 - ELEMENTOS CONSTRUCTIVOS. Paletas, tipos y afirmado. Obturadores, tipos y disposición. Reguladores de velocidad y relés de aceite. Cojinetes. Lubricación. Protecciones de la máquina. Toberas y diafragmas. Rotores. Estatores.Levantamiento de turbinas. Montaje de los diversos elementos. Reductoras de velocidad.Regulación de potencia. Pistones de equilibrio. Tema 2 - LA PLANTA PROPULSORA DE TURBINAS. La instalación básica y el ciclo de Rankine. Sistema de agua de alimentación. La in stalación de vapor completa. Bombas de circulación y extracción. Calentadores desaireadores. Calentadores de superficie de alta y baja presión. Condensadores. Eyectores. Turbogeneradores. Turbobombas de alimentación. Disposición de las turbinas marinas y terrestres. Tema 3 - PALETAS. Finalidad de las paletas. Paletas de acción: fijas y móviles. Forma elemental de las paletas: impulso y acción. Rendimiento de paleta. Paletas de acción: representación gráfica de las velocidades. Paleta real: triángulos de velocidades. Paletas de acción simétricas y asimétricas. Tema 4 - TURBINAS DE ACCIÓN. Definición. Turbinas simples (De Laval). Triángulos de velocidades de entrada y salida. Turbinas de múltiple salto de presión; determinación de la velocidad periférica. Turbina de múltiple salto de velocidad y simple de presión; cálculo de la velocidad periférica. Turbina de múltiple salto de velocidad y múltiple salto de presión; determinación de su velocidad periférica. Inyección parcial. Tema 5 - TURBINAS DE ACCIÓN-REACCIÓN. Definición. Triángulos de velocidades. Grado de reacción; en función de las entalpías y en función de las velocidades. Cálculo de la velocidad periférica. Disposición orgánica. Características más importantes de las turbinas de acción y las de acción-reacción. La ecuación de Euler: dos formas de la ecuación fundamental de las turbomáquinas térmicas. Tema 5 - POTENCIA PERIFÉRICA Y RENDIMIENTOS. Potencia periférica para paleta real e ideal. Relación cinemática. Rendimiento periférico para el caso ideal. Rendimiento periférico máximo. Causas de pérdida de rendimiento; pérdidas internas y externas. Rendimientos interno, efectivo y mecánico. Rendimiento global y potencia en las turbinas. Consumos específicos de vapor y de combustible. Rendimiento de la instalación. Tema 6 - REGULACIÓN DE POTENCIA. Necesidad de la regulación y métodos. Regulación cuantitativa de potencia. Regulación cualitativa de potencia. Tema 7 - SIMULADOR DE CÁMARA DE MÁQUINAS. Puesta en marcha de la instalación propulsora de un V.L.C.C. de turbinas. Levantamiento de la planta. Maniobra y protección de la instalación. Funcionamiento en la mar. Emergencias en la operación de una planta propulsora de turbinas de vapor. Fallos y averías. BLOQUE III - Turbinas de Combustión Interna 1.- Turbinas de combustión interna; antecedentes históricos, definiciones generales y estudio descriptivo. 2.- Diagramas aplicables al estudio de la combustión de las turbinas de combustión interna, de Clapeyron, curvas de Rayleigh y de Fanno. 3.- Cinemática de la combustión, parámetros de estado y ecuaciones fundamentales. 4.- Turbinas de ciclos especiales. 5.- Estructura mecánica de las turbinas de combustión interna; cámaras de combustión, rotores, compresores y regulación de la potencia en la turbina. 6.- Estado actual y tendencias de la aplicación de las turbinas de combustión interna en la marina. |
E1 E10 E12 E13 E17 E18 E24 E25 E29 E3 E30 E4 E5 E9 W17 W26 W31 W4 W6 |
Bibliografía
Bibliografía Básica
Bloque I - Termodinámica.
M. J. MORAN y H. N. SHAPIRO, Fundamentos de Termodinámica Técnica, Ed.Reverté, Barcelona, 2004.
J. SEGURA CLAVELL, Termodinámica Técnica, Ed. Reverté, Barcelona, 1988
J. AGUERA SORIANO, Termodinámica Lógica y Motores Térmicos, Ed. Ciencia Tres, Madrid, 1999
Bloque II - Turbinas de vapor.
– Agüera Soriano, José, Termodinámica Lógica y Motores Térmicos , 6ª edic., Editorial Ciencia 3, S.A.,
Madrid, 1999.
– Church, Edwin F., Turbinas de vapor, Librería y Editorial Alsina, Buenos Aires, 1955.
– Lucini, M., Turbomáquinas de vapor y de gas. Su cálculo y construcción , 3ª ed., 2ª reimp., Editorial L abor,
S.A., Barcelona, 1964.
– Mataix, Claudio, Termodinámica técnica y Máquinas Térmicas , Ediciones ICAI, Madrid, 1978.
– Segura Clavell, José, Termodinámica técnica, Editorial AC, Madrid, 1980.
Bloque III - Turbinas de C.I.
* Charles Fayette Taylor, INTERNAL COMBUSTION ENGINE IN THEORY AND
PRACTICE, MASSACHUSETTS INSTITUTE OF TECNOLOGY CAMBRIDGE, 1985
* Casanova Rivas E. Máquinas para la Propulsión de buques. Universidad de la Coruña.ISBN 84-95322-96-X
* John B. Woodward, Marine Gas Turbines, Wiley Interscience Publication, 1975
* John B. Heywood. INTERNAL COMBUSTION ENGINES FUNDAMENTALS. McGraw-Hill, 1988.
* Claudio Mataix, TURBOMÁQUINAS TÉRMICAS, DOSSAT. S.A.
* Giuliano Salvi, LA COMBUSTION. TEORIA Y APLICACIONES Ed. DOSSAT S.A.
* José Segura Clavell, TERMODINAMICA TECNICA Ed. AC, MADRID, 1980
* Frederick and Capper. MATERIALS FOR MARINE MACHINERY. Institute of Marine Engineers 1980.
El presente documento es propiedad de la Universidad de Cádiz y forma parte de su Sistema de Gestión de Calidad Docente.