Topic outline
Profesorado *
Profesor Coordinador:
Ignacio Zabalza Bribián
Profesores Participantes:
Luis Miguel Romeo Giménez
Begoña Peña Pellicer
Eva Mª Llera Sastresa
Sergio Usón Gil
* EINA - Escuela de Ingeniería y Arquitectura. Departamento de Ingeniería Mecánica. Área de Máquinas y Motores Térmicos.
Tema 0. Video Tutorial de la aplicación Engineering Equation Solver (EES)
Resumen del contenido:
En este tema se presenta el funcionamiento y uso básico de la aplicación Engineering Equation Solver (EES) que resulta de gran ayuda para el cálculo de propiedades termodinámicas y representación gráfica de estados, procesos y ciclos termodinámicos.
El primer vídeo explica cómo iniciar la aplicación EES y cómo utilizar este programa para resolver sistemas de ecuaciones. Por medio de ejemplos prácticos, se plantea la forma de calcular propiedades termodinámicas de sustancias y de definir el sistema de unidades adecuadamente.
En el segundo vídeo se enseña a trabajar con tablas paramétricas y vectores.
En el tercer vídeo se explica cómo realizar diversos tipos de representaciones gráficas sencillas.
Tema 1. Cálculo de propiedades de las sustancias puras
Resumen del contenido:
En este tema se enseña a calcular las propiedades de un sistema termodinámico formado por una sustancia pura simple mediante tablas y modelos sencillos.
El primer vídeo comienza presentando unas definiciones básicas y explicando las diferentes fases de una sustancia pura y sus características. Seguidamente se expone el comportamiento de las sustancias puras reales cuando se les suministra calor a presión constante a través de un diagrama de temperatura frente a calor absorbido.
En el segundo vídeo se explica la relación que existe entre las propiedades presión, temperatura y volumen específico para una sustancia pura. Se comienza con una breve introducción con algunos conceptos y definiciones, para seguir con la presentación de la superficie Presión-Volumen específico-Temperatura, y la explicación de sus proyecciones: el diagrama de fase, el diagrama P-v y el diagrama T-v. Para finalizar se hace un resumen de los contenidos tratados en el vídeo.
El objetivo del tercer vídeo es aprender a utilizar las tablas de sustancia real para el cálculo de propiedades termodinámicas. El vídeo recoge diversos ejemplos de cálculo para el caso del agua, si bien el procedimiento expuesto es válido para cualquier sustancia real.
En el cuarto vídeo se explica como calcular las propiedades termodinámicas de una sustancia real cuando se encuentra como líquido subenfriado. El vídeo recoge diversos ejemplos de cálculo utilizando tablas y modelos simplificados, como la aproximación a líquido saturado y el modelo de sustancia incompresible.
Finalmente el quinto y sexto vídeo se centran en el modelo de gas ideal, presentado la ecuación térmica de estado y explicando la validez del modelo para el cálculo de propiedades de una sustancia pura.
Tema 2. Primer Principio de la Termodinámica aplicado a sistemas cerrados
Resumen del contenido:
En este tema se presenta el primer principio de la termodinámica aplicado a sistemas cerrados. En el vídeo docente se presenta en primer lugar la ecuación de conservación de la energía en un sistema cerrado. Seguidamente se plantean dos sencillos ejemplos prácticos de uso del balance de energía en un sistema cerrado, finalizando con un breve resumen del tema.
Tema 3. Primer Principio de la Termodinámica aplicado a sistemas abiertos
Resumen del contenido:
En este tema se presenta el primer principio de la termodinámica aplicado a sistemas abiertos.
En el primer vídeo se explican los conceptos de flujo másico y flujo volumétrico. Seguidamente se deduce la ecuación de conservación de la masa en un volumen de control y se plantean dos sencillos ejemplos prácticos de uso de esta ecuación, finalizando con un breve resumen.
En el segundo vídeo se presenta el primer principio de la termodinámica aplicado a sistemas abiertos. En primer lugar se deduce la ecuación de conservación de la energía en un volumen de control. Seguidamente se plantea un sencillo ejemplo práctico de uso de esta ecuación, finalizando con un breve resumen del tema.
Tema 4. Ciclos de turbina de gas
Resumen del contenido:
En este tema se analiza el funcionamiento de las instalaciones de turbina de gas simples. tras una breve introducción de los equipos que forman una turbina de gas, el vídeo docente plantea los balances energéticos y se definen sus principales parámetros de funcionamiento. Tras ello, se efectúa su análisis partiendo del ciclo Brayton simplificado hasta aproximarse a las transformaciones que ocurren realmente. Se presentan asimismo las mejoras que pueden obtenerse en el rendimiento y el trabajo neto mediante la modificación de dichos ciclos incorporando regeneradores o etapas intermedias de transferencia de calor tanto en las turbinas como en los compresores.
Tema 5. Ciclos de turbina de vapor
Resumen del contenido:
En este tema se presentan los fundamentos básicos de los ciclos de potencia con turbina de vapor, en los que el fluido de trabajo es el agua.
En el primer vídeo se recuerda el ciclo de Carnot de potencia, y se explican las modificaciones sobre este ciclo que dan lugar al ciclo Rankine ideal, planteando los balances de energía en cada equipo del ciclo y el cálculo de las principales prestaciones del ciclo.
En el segundo vídeo se exponen las principales irreversibilidades y pérdidas que se encuentran en el ciclo Rankine real, y se analizan posteriormente las variables que afectan al rendimiento del ciclo Rankine, presentando dos soluciones prácticas para la mejora del funcionamiento de los ciclos, como son el recalentamiento y/o la regeneración.
Tema 6. Ciclos de refrigeración
Resumen del contenido:
En este tema se presenta el funcionamiento de los ciclos termodinámicos de refrigeración.
En el primer vídeo se exponen los fundamentos básicos de los ciclos de refrigeración de vapor por compresión, en los que el fluido de trabajo es una sustancia refrigerante con baja temperatura de saturación. En primer lugar se recuerda el ciclo de Carnot inverso. A continuación se explican las modificaciones sobre este ciclo que dan lugar al ciclo ideal de refrigeración por compresión de vapor. Finalmente se exponen las principales irreversibilidades y pérdidas que se encuentran en un ciclo real de refrigeración por compresión de vapor.
En el segundo vídeo se plantea y se analiza el funcionamiento básico de un frigorífico doméstico. Se comienza mostrando un esquema con los componentes del ciclo de refrigeración que tiene lugar en el frigorífico y seguidamente se presentan los principales equipos y procesos del ciclo, incluyendo el compresor, el condensador, el tubo capilar, el intercambiador de calor regenerativo, el evaporador y el filtro deshidratador.
Tema 7. Psicrometría
Resumen del contenido:
En este tema se presentan algunos aspectos básicos de psicrometría.
El objetivo del primer vídeo es aprender a utilizar el diagrama psicrométrico para la obtención de propiedades del aire húmedo. Para ello, se comienza con algunas definiciones necesarias para comprender los apartados siguientes. Seguidamente se presenta el diagrama psicrométrico y las isolíneas representadas en él. A continuación se plantean y se resuelven varios ejemplos de uso del diagrama y, finalmente, se hace un resumen de los contenidos tratados en este vídeo.
En el segundo vídeo se describe el funcionamiento de un enfriador evaporativo y se propone una práctica sobre el análisis del funcionamiento del mismo. En primer lugar, se presenta la instalación y la instrumentación a utilizar. Seguidamente, se explica cómo realizar la práctica. A continuación se presenta el cálculo de propiedades y la determinación de flujos másicos. Finalmente, se plantean los balances de materia y energía.
Diseño experimental: Prof. Mariano Muñoz Rodríguez y Prof. Francisco Moreno Gómez. Universidad de Zaragoza: Dpto. Ing. Mecánica - Área Máquinas y Motores Térmicos.
Tema 8. Transferencia de calor por convección forzada exterior
Resumen del contenido:
En este tema se explica cómo ajustar correlaciones de convección forzada exterior para dos geometrías típicas como son un cilindro aislado y un banco de tubos en flujo cruzado, a partir de medidas experimentales. El vídeo docente comienza con una descripción de la instalación experimental y posteriormente describe el proceso de toma de datos y la obtención de resultados en cada una de las geometrías analizadas.
Diseño experimental: Prof. Carlos Monne Bailo. Universidad de Zaragoza: Dpto. Ing. Mecánica - Área Máquinas y Motores Térmicos.
Tema 9. Intercambiadores de calor
Resumen del contenido:
En este tema se presentan los fundamentos básicos para el análisis y diseño de intercambiadores de calor.
Los objetivos que se plantean en el primer video son: en primer lugar conocer los tipos básicos de intercambiadores de calor; en segundo lugar, saber realizar el balance de energía en los intercambiadores de calor. Esto permitirá conocer el calor intercambiado, alguna temperatura desconocida o evaluar el funcionamiento del equipo.
Los objetivos que se plantean en el segundo video son: saber resolver problemas de dimensionamiento y análisis de intercambiadores de calor. Esto permitirá diseñar y conocer el tamaño requerido de un equipo o bien conocer si su funcionamiento es el correcto en unas condiciones dadas.