Profesorado

GABRIEL GONZÁLEZ SILES
PALOMO ROCIO CUBILLAS FERNÁNDEZ
JUAN ANTONIO VISO PÉREZ

Situación

Prerrequisitos

Fundamentos Físicos de la Ingeniería, Fundamentos Matemáticos de la Ingeniería.

Contexto dentro de la titulación

La asignatura de Ingeniería Térmica desarrolla conceptos básicos necesarios
para la formación de un ingeniero técnico industrial en la especialidad de
mecánica, tanto para el estudio de asignaturas posteriores como para su
ejercicio profesional como titulado. En este sentido, la asignatura resulta
indispensable para la producción de graduados con una sólida base teórica y
experimental, cuyas experiencias analíticas, de diseño y de laboratorio los
haga atractivos a la industria. Los conocimientos adquiridos son de utilidad
en el estudio de materias tales como plantas de potencia, máquinas y  motores
térmicos, calor y frío industrial, ingeniería medioambiental, fuentes
alternativas de energía, mantenimiento industrial, etc.

Recomendaciones

Haber cursado las asignaturas correspondientes a Fundamentos Físicos de la
Ingeniería y de Fundamentos Matemáticos de la Ingeniería.

Competencias

Competencias transversales/genéricas

Aprender a analizar, sintetizar y comunicar.  Conocimientos de Informática.
Resolución de problemas. Razonamiento crítico. Innovación y creatividad.
Iniciativa y espíritu emprendedor. Aprendizaje autónomo. Sensibilidad por la
sostenibilidad. Capacidad de aplicar los conocimientos en la práctica.
Motivación por la calidad y mejora continua.  Conocimientos básicos del a
profesión. Aprender a trabajar juntos. Usar la tecnología para aprender.
Responsabilidad social.

Competencias específicas

• Cognitivas(Saber):

  Física. Matemáticas. Química. Conocimiento de tecnología,
  componentes y materiales.

• Procedimentales/Instrumentales(Saber hacer):

  Evaluación energética de sistemas y dispositivos. Redacción e
  interpretación de documentación técnica. Capacidad de planear y
  ejecutar experimentos estructurados, analizar e interpretar datos.
  Habilidad para seleccionar y utilizar herramientas y técnicas
  informáticas requeridas para la práctica profesional. Estimación y
  programación del trabajo. Conocimiento de tecnología, componentes y
  materiales.

• Actitudinales:

  Aprendizaje permanente y el trabajo en equipo.  Evaluación crítica.
  Toma de decisiones. Responsabilidad social.

Objetivos

Dotar al alumno de la facultad de aplicar los principios de la Termodinámica y
transferencia de calor a sistemas típicos en ingeniería. Proporcionar la
formación necesaria para que el graduado sea capaz de comprender y resolver los
diversos problemas y procesos industriales planteados en el ámbito energético-
tecnológico, así como de asimilar adecuadamente el manejo de equipos y
centrales industriales.

Programa

PARTE I: TERMODINAMICA TÉCNICA

TEMA Nº 1: DEFINICIONES Y CONCEPTOS.

1.1 Introducción.
1.2 Enfoque macroscópico y microscópico.
1.3 Objeto y alcance de la Termodinámica clásica.
1.4 Sistema termodinámico.
1.5 Propiedades y estado de un sistema termodinámico.
1.6 Transformaciones termodinámicas.

TEMA Nº 2:  PRIMER PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA: SISTEMAS CERRADOS.

2.1 Introducción.
2.2 Energía interna.
2.3 Energías de tránsito.
2.3.1 El concepto de trabajo y el proceso adiabático
2.3.2 Calor.
2.3.3 Trabajo de expansión o comprensión cuasiestática.
2.3.4 Otras formas de trabajo cuasiestático.
2.3.5 Trabajo exterior, trabajo interior y trabajo de rozamiento.
2.3.6 Trabajo útil y trabajo efectivo.
2.4 Energía total del sistema.
2.5 Principio de conservación de la energía.
2.6 El postulado de estado y los sistemas simples.
2.7 Enunciado del primer principio para sistemas cerrados.
2.8 Otras propiedades termodinámicas.
2.8.1 Entalpía.
2.8.2 Capacidad calorífica.

TEMA Nº 3: PROPIEDADES Y ESTADOS DE UNA SUSTANCIA SIMPLE Y COMPRESIBLE.

3.1 Introducción.
3.2 El gas ideal.
3.2.1 Ecuación de estado.
3.2.2 Energía interna, entalpía y calores específicos.
3.2.3 Variación de los calores específicos con la temperatura.
3.2.4 Transformaciones de un gas ideal.
3.3 Gases reales.
3.3.1 El factor de compresibilidad y el principio de los estados
correspondientes.
3.3.2 La ecuación de estado de Van der Waals.
3.3.3 Otras ecuaciones de estado.
3.4 Sustancias incomprensibles.
3.5 Superficie P.v.T.
3.5.1 Diagrama Presión Temperatura.
3.5.2 Diagrama Presión Volumen específico: Propiedades de la mezcla.
3.5.3 Tablas de propiedades.
3.6 Análisis de energía en sistemas cerrados.

TEMA Nº 4: PRIMER PRINCIPIO PARA UNA CORRIENTE: SISTEMAS ABIERTOS.

4.1 Introducción.
4.2 El principio de conservación de la masa para un volumen de control en
régimen permanente.
4.3 El principio de conservación de la energía para un volumen de control.
4.4 El principio de conservación de la energía para un volumen de control en
régimen  permanente.
4.5 Dispositivos que operan con corriente fluida estacionaria.
4.6 El principio de conservación de la energía para un volumen de control en
régimen transitorio.
4.7 Carga y descarga de recipientes rígidos.

TEMA Nº 5: SEGUNDO PRINCIPIO DE LA TERMODINAMICA.

5.1 Introducción.
5.2 Procesos reversibles e irreversibles.
5.3 Focos o depósitos de calor.
5.4 Máquinas térmicas y frigoríficas.
5.5 El ciclo de Carnot.
5.6 Teoremas de Carnot.
5.7 Escala termodinámica de temperatura.
5.8 Igualdad de Clausius: Concepto de entropía.
5.9 Desigualdad de Clausius: Principio de aumento de entropía.
5.10 Cambio de entropía de los depósitos térmicos.
5.11 Efectos de la transferencia de calor reversible e irreversible.

TEMA Nº 6: APLICACIONES DEL SEGUNDO PRINCIPIO.

6.1 Combinación del primer y segundo principio.
6.2 Cambios de entropía en las sustancias simples y compresibles.
6.2.1 Diagramas T s. h s.
6.2.2 Cambios de entropía en los gases ideales.
6.2.3 Cambios de entropía en las sustancias incompresibles.
6.3 Flujo y producción de entropía.
6.4 Trabajo Técnico producido por una corriente fluida estable y reversible.
6.5 Procesos isoentrópicos.
6.6 Eficiencia de algunos dispositivos que operan con corriente fluida
estacionaria.

TEMA Nº 7: SEGUNDO PRINCIPIO DE LA TERMODINAMICA: EXERGÍA.

7.1 Introducción.
7.2 Energía disponible y no disponible.
7.3 Disponibilidad de la energía en los sistemas cerrados.
7.4 Disponibilidad de la energía en los sistemas abiertos.
7.5 Consideraciones exergéticas sobre algunos dispositivos que operan con
corriente fluida.
7.6 Parámetros de rendimiento exergético.



PARTE II: TRANSFERENCIA DE CALOR: FUNDAMENTOS Y APLICACIONES


PARTE II: TRANSFERENCIA DE CALOR

TEMA Nº 1:  INTRODUCCIÓN A LA TRANSFERENCIA DE CALOR.

1.  Objetivos de la transferencia de calor.
2.  Termodinámica y transferencia de calor
3.  Mecanismos básicos de transferencia de calor.
3.1.  Introducción.
3.2.  Conducción.
3.3.  Convección.
3.4.  Radiación.
3.5.  Ejemplos de mecanismos
4.  Primer principio de la termodinámica: Conservación de la energía
5.  Metodología de la resolución de problemas

TEMA Nº 2:  FUNDAMENTOS DE LA TRANSFERNICA DE CALOR POR CONDUCCION.

1.  Definiciones y Ley fundamental de la conducción: Ley de Fourier.
2.  Conductividad térmica.
3.  Ecuación diferencial de la conducción del calor.
4.  Casos particulares de la ecuación general.
5.  Resolución de la ecuación general

TEMA Nº 3:  CONDUCCIÓN UNIDIMENSIONAL PERMANENTE.

1.  Introducción
2.  Conducción a través de una pared plana.
2.1.  Distribución de temperatura y flujo de calor.
2.2.  Resistencia térmica.
2.3.  La pared compuesta.
2.4.  Resistencia térmica de contacto.
3.  Conducción a través de una tubería.
3.1.  Distribución de temperatura y flujo de calor.
3.2.  Resistencia térmica.
3.3.  La pared compuesta.
3.4.  Resistencia térmica de contacto.
3.5.  Radio crítico de aislamiento en una tubería.
4.  Conducción a través de una esfera.
5.  Conducción con generación interna de calor.
6.  Conducción con conductividad térmica variable.
6.1.  En la pared plana.
6.2.  En un cilindro.

TEMA Nº 4:  CONDUCCIÓN. SUPERFICIES EXTENDIDAS.

1.  Presentación del problema
2.  Clasificación de superficies extendidas
3.  Ecuación general
4.  Aleta longitudinal de espesor constante
4.1.  Campo de temperatura.
4.2.  Flujo de calor.
5.  Diseño de las aletas: coeficiente de disipación y efectividad de una
aleta.
6.  Curvas de efectividad.
7.  Coeficiente global de transmisión de una tubería aleteada.

TEMA Nº 5:  TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONVECCIÓN.

1.  Introducción a la Convección
2.  Transferencia de Calor y de Masa por Convección
3.  Capas límites en convección
4.  Clasificación de problemas en convección
5.  Flujo Laminar y Turbulento
6.  Ecuaciones para la transferencia por convección
7.  Definición del problema en convección
8.  Números adimensionales
9.  Procedimiento de resolución

TEMA Nº 6:  TRANSFERENICA DE CALOR POR RADIACIÓN.

1.  Radiación. Introducción
2.  Definiciones
3.  Leyes
3.1.  Cuerpo Negro
3.2.  Ley de Planck.
3.3.  Ley de Wien.
3.4.  Ley de Stefan-Boltzman.
4.  Propiedades radiantes superficiales
4.1.  Propiedades radiativas.
4.2.  Leyes de Kirchoff.
4.3.  Superficie gris.
5.   Intercambio radiante entre dos superficies
5.1.  Radiación que abandona una superficie y llega a otra
5.2.  Factor de forma

TEMA Nº 7:  INTERCAMBIADORES DE CALOR.

1.  Introducción.
2.  Tipos de intercambiadores
3.  Distribución de temperatura en el interior de intercambiadores de calor.
4.  Coeficiente global de transmisión de calor.
4.1.  Análisis de intercambiadores: método de la diferencia de temperatura
logarítmica media (L.M.T.D.)
4.2.  Disposición en equicorriente.
4.3.  Disposición en contracorriente.
4.4.  Intercambiadores de pasos múltiples y flujo cruzado.
5.  Análisis de intercambiadores: método N.T.U.
5.1.  Definiciones.
5.2.  Relaciones entre efectividad-N.T.U.
6.  Metodología para el cálculo de intercambiadores.
7.  Intercambiadores de flujo cruzado

Metodología

Criterios seguidos para la elaboración del programa:
•  Establecer una secuencia que facilite el seguimiento del curso.
•  Establecer varios niveles de desarrollo a los que se pueda adaptar cada
alumno.
•  Coordinar el desarrollo de la asignatura con el de otras materias de la
propia titulación con las que exista una relación más inmediata.
Metodología:
Los desarrollos teóricos se realizan siguiendo un orden marcado por los
ejercicios y problemas de las relaciones de actividades. Habitualmente éstos se
resuelven de forma general, y queda como trabajo complementario del alumno la
comprobación o el cálculo íntegro de las soluciones concretas, excepto en los
casos en que la interpretación física de las soluciones supongan una parte
esencial del problema, en los cuales el desarrollo será completo.

Distribución de horas de trabajo del alumno/a

Nº de Horas (indicar total): 196

• Clases Teóricas: 32  
• Clases Prácticas: 32  
• Exposiciones y Seminarios: 2  
• Tutorías Especializadas (presenciales o virtuales):
  • Colectivas: 24  
  • Individules: 1  
• Realización de Actividades Académicas Dirigidas:
  • Con presencia del profesorado: 1  
  • Sin presencia del profesorado: 8  
• Otro Trabajo Personal Autónomo:
  • Horas de estudio: 60  
  • Preparación de Trabajo Personal: 30  
  • ...
     
• Realización de Exámenes:
  • Examen escrito: 5.5  
  • Exámenes orales (control del Trabajo Personal): 0.5  

Técnicas Docentes

Aprendizaje baso en problemas
DESARROLLO Y JUSTIFICACIÓN:
La estrategia de enseñanza-aprendizaje que se pondrá en
práctica en las tutorías especializadas colectivas será el
aprendizaje basado en problemas. Se realizarán grupos
reducidos de alumnos, con la facilitación del profesor,
analizarán y resolverán un problema seleccionado o
diseñado especialmente para el logro de ciertos objetivos
de aprendizaje. Trabajan juntos, se comprometen y estimula
el aprendizaje.

Criterios y Sistemas de Evaluación

Se propondrá al alumno la realización de problemas concretos, la realización de
las tareas en los plazos previstos serán evaluados de forma positiva.  Se
evaluarán los conocimientos teóricos de la asignatura, así como, la capacidad
de resolución de problemas. Se realizarán exámenes independientes para las dos
partes principales que componen la asignatura, que son termodinámica y
transferencia de calor. Ambas partes habrá que aprobarlas por separado.

•  Realización de exámenes parciales.
•  Realización de Trabajos, individuales o en grupos de hasta 3 alumnos.
•  Realización de Memorias de Prácticas de Laboratorio.
•  Realización de exámenes finales.

Criterios de Evaluación del programa:
•  Que el alumno dispone de una información previa completa sobre todos
los aspectos de la asignatura, y especialmente que sabe con precisión cuáles
son los objetivos del curso y cuáles las actividades que debe realizar para
alcanzarlos.
•  Que el alumno puede enjuiciar su propio progreso en cada momento del
desarrollo del curso.
•  Que la evaluación potencia la dedicación del alumno a la asignatura.
•  Que el nivel de exigencia académica se ajusta a las posibilidades
reales del conjunto medio de los alumnos.

Sistema de evaluación y calificación:
1.  La asignatura se evaluará mediante las puntuaciones que se obtengan en
las siguientes actividades que puede realizar el alumno:
•  Exámenes parciales, que corresponderán a cada una de las unidades en
las que se divide el temario del curso: la puntuación máxima de todos los
exámenes que se realicen de cada parte no superará los 80 puntos. Hasta un 20%
de la calificación del examen parcial se podrá evaluar mediante actividades
realizadas en las clases que correspondan a esa unidad.
•  Hasta 10 puntos por la realización de trabajos propuestos realizados
individualmente o en grupos de un máximo de tres alumnos, y que se calificarán
con un máximo de 5 puntos cada uno.
•  Memorias de prácticas de laboratorio: hasta 10 puntos.
•  Examen final  en febrero, junio o septiembre, considerándose, hasta 80
puntos.


Al inicio del curso los alumnos dispondrán de un calendario donde se indicará
en qué momento está prevista la realización de cada actividad, excepto las
prácticas de laboratorio, para las que se establecerá un calendario específico
de acuerdo con la disponibilidad del Laboratorio.

2.  Calificación global de la asignatura:
La calificación final de la asignatura, se obtendrá de la suma ponderada de las
puntuaciones en las actividades señaladas en el apartado anterior (70% parte I,
30% parte II), que el alumno hubiera realizado, de acuerdo con la siguiente
escala:
Aprobado……… 60 puntos o más.
Notable ………… a partir de 70 puntos.
Sobresaliente ……a partir de 85 puntos.
Matrícula de Honor: se añadirá la mención de Matrícula de Honor a los alumnos
que superen 95 puntos, hasta el número de matrículas legalmente permitido.
La calificación numérica se corresponderá con el número de puntos obtenidos
dividido por 10, hasta un máximo de 10.

3.  Características de las actividades de evaluación:
•  Exámenes parciales (2 horas)
Se realizarán tres, siempre que sea posible en horas de clase y en la fecha que
se indique en el Calendario de la asignatura.
Constarán de   Desarrollo o cuestiones teóricas......................
40%
Problemas ....................................................      60%
todo sobre el contenido de las relaciones de actividades.

•  Trabajos:
En las relaciones de actividades de los capítulos de la asignatura, se
propondrán varios trabajos propuestos, con un plazo de entrega de una semana a
partir de la fecha que allí se indique.

•  Prácticas de laboratorio:
•  Las prácticas se realizarán en grupos de 2 alumnos.
•  Con objeto de que los alumnos puedan planificar adecuadamente el
trabajo, dispondrán de un guión de prácticas con las instrucciones necesarias
para desarrollar cada actividad concreta.
•  Con al menos una semana de antelación, salvo situaciones especiales, se
comunicará a cada grupo qué prácticas debe realizar, y el día y hora que se le
asigna para ello.
•  La Memoria de Resultados de cada práctica se realiza y entrega en cada
sesión de laboratorio.

•  Examen final: (4 horas)
Se realizarán en las fechas y lugares que establezca la organización docente
del Centro.
Constarán de   Desarrollo o cuestiones teóricas......................  40%
Problemas ...................................................       60%
todo sobre el contenido de las relaciones de actividades.

Resumen del Sistema de Evaluación:
Actividad  Puntuación máxima  ¿Cuándo?
Exámenes Parciales  80       Horario de clase, en la fecha que indique
el Calendario de la asignatura
Trabajos          10  Una semana de plazo desde el momento que
indique el Calendario de la asignatura.
Memorias de prácticas  10  En sesiones en el laboratorio que se convocarán
de forma específica para cada grupo.
Examen Final             80*
En las fechas reservadas en la Organización Docente del Centro
Oferta total de puntos                 100
Escala de calificación
(La nota numérica se obtendrá de Puntuación/10)  Aprobado ……     ≥ 50
Notable ………      > 70
Sobresaliente …  > 85
MH ………… ……       > 95

(*) Si ha superado los 50 puntos en las actividades anteriores, se tendrá en
cuenta la mayor nota de los exámenes para la puntuación total.

Recursos Bibliográficos

GENERAL
I.- TERMODINAMICA BASICA Y APLICADA:
- MORAN, M.J.; SHAPIRO, H.N. Fundamentos de Termodinámica Técnica. Tomo 1, Tomo
2. E. Reverté, S.A., 1993.
- WARK K. Termodinámica. McGraw-Hill, 1991.

II.- TRANSFERENCIA DE CALOR:
- CHAPMAN A.J. Transmisión de calor. (3ª Edición), Bellisco, 1990.
- INCROPERA, F.P.; De WITT, D.P. Fundamentos de Transferencia de Calor y Masa.
John Wiley & Sons.


ESPECÍFICA (con remisiones concretas, en lo posible)
I.- TERMODINAMICA BASICA Y APLICADA:
- MATAIX C. Termodinámica Técnica y Máquinas Térmicas. Ediciones ICAI, 1978.
- SEGURA J. Termodinámica Técnica. E. Reverté, 1988.
- LACALLE, J.M. y otros. Problemas de Termodinámica. E.T.S.I.I. de Madrid. 1988.
- ÇENGEL, YUNUS A. Michael A. Boles.  Termodinámica. McGraw-HillII.
- J. AGÜERA SORIANO. Termodinámica Lógica y Motores Térmicos. (Ciencia 3, 1993).


II.- TRANSFERENCIA DE CALOR:
- HOLMAN, J.P. Transferencia de calor. CECSA, 1991.