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Fichas de asignaturas 2013-14


TERMODINÁMICA APLICADA Y TURBOMÁQUINAS TÉRMICAS

Asignaturas
 

  Código Nombre    
Asignatura 41413028 TERMODINÁMICA APLICADA Y TURBOMÁQUINAS TÉRMICAS Créditos Teóricos 4,38
Título 41413 GRADO EN INGENIERÍA MARINA Créditos Prácticos 6,87
Curso   3 Tipo Obligatoria
Créd. ECTS   9    
Departamento C147 MAQUINAS Y MOTORES TERMICOS    

 

Requisitos previos

Haber superado o estar cursando las materias correspondientes de Termodinámica y
Mecánica de Fluidos y Sistemas Auxiliares del Buque.

 

Profesorado

Nombre Apellido 1 Apellido 2 C.C.E. Coordinador  
Antonio Fraidías Becerra S
Gabriel María Navarro García N  

 

Competencias

Se relacionan aquí las competencias de la materia/módulo o título al que pertenece la asignatura, entre las que el profesorado 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.
  • Profesor/a
Examen final Examen conjunto de los tres bloques: 10 puntos. (Prueba escrita, con resolución de problemas).
  • Profesor/a
Prácticas en los Talleres.
  • Profesor/a
Trabajos escritos. Se podrán realizar en pareja. Posibilidad de defensa oral.
  • Profesor/a

 

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. En aplicación de la Ley 3/2007, de 22 de marzo, para la igualdad efectiva de mujeres y hombres, así como la Ley 12/2007, de 26 de noviembre, para la promoción de la igualdad de género en Andalucía, toda alusión a personas o colectivos incluida en este documento estará haciendo referencia al género gramatical neutro, incluyendo por lo tanto la posibilidad de referirse tanto a mujeres como a hombres.