ENGINYERIA TÈRMICA I DE FLUIDS
ENGINYERIA TÈRMICA I DE FLUIDS
ENGINYERIA TÈRMICA I DE FLUIDS
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
<strong>ENGINYERIA</strong> INDUSTRIAL<br />
<strong>ENGINYERIA</strong><br />
<strong>TÈRMICA</strong> I <strong>DE</strong><br />
<strong>FLUIDS</strong><br />
Guia de l’assignatura
<strong>ENGINYERIA</strong> INDUSTRIAL<br />
25026 Enginyeria Tèrmica i de Fluids. Guia de l’assignatura<br />
Aprovada en C.A.A de data 8/06/05<br />
Modificada en CAA de data 28/05/08 1<br />
Crèdits: 6 ( 3T + 1,5 pràctiques + 1.5 Laboratori)<br />
Crèdits ECTS: 4,8<br />
Tipus: Troncal<br />
Coordinadors: Manel Quera (MMT) / Salvador de las Heras (MF)<br />
Altres Professors: Òscar Ribé, Albert Puig (MMT) / Hipòlit Moreno, Xavier Gámez-Montero (MF)<br />
Departament: Màquines i Motors Tèrmics / Mecànica de Fluids<br />
Presentació<br />
Coneixements previs<br />
Mecànica de fluids. Termodinàmica. Transferència de calor<br />
Camps professionals<br />
Enginyeria tèrmica: Principis i tecnologia bàsica de motors tèrmics i sistemes de producció de fred.<br />
Enginyeria de fluids: Disseny d’equips i instal·lacions hidràuliques i de ventilació. Manteniment.<br />
Relació amb altres assignatures<br />
Assignatura pretecnològica d’enllaç entre assignatures científiques prèvies (mecànica de fluids,<br />
termodinàmica, transferència de calor) i assignatures tecnològiques d’especialització posteriors dins<br />
del camp de l’enginyeria tèrmica (motors tèrmics alternatius, combustió i turbomàquines, refrigeració i<br />
condicionament d’aire) i del camp de l’enginyeria de fluids (màquines hidràuliques)<br />
Objectius generals<br />
Estudi dels principis operatius, tecnologia bàsica i aplicacions de les màquines tèrmiques i de les<br />
màquines hidràuliques. Aquests equips permeten obtenir energia mecànica, a partir del contingut<br />
energètic d’un fluid (màquines generadores d’energia mecànica) o cedir energia mecànica a un fluid<br />
per tal d’incrementar el seu nivell energètic (màquines consumidores d’energia mecànica).<br />
Les màquines tèrmiques se centren en els fluids compressibles (usualment gasos) i les màquines<br />
hidràuliques en els fluids incompressibles (líquids) o que es comporten pràcticament com a<br />
incompressibles (gasos sotmesos a poca variació de pressió).<br />
L’assignatura està estructurada en dos blocs o mòduls docents diferenciats : màquines tèrmiques (3<br />
cr) i màquines hidràuliques (3 cr).
<strong>ENGINYERIA</strong> INDUSTRIAL<br />
25026 Enginyeria Tèrmica i de Fluids. Guia de l’assignatura<br />
Aprovada en C.A.A de data 8/06/05<br />
Modificada en CAA de data 28/05/08 2<br />
Temari<br />
Mòdul 1: Màquines hidràuliques 30 hores<br />
1. Conceptes i classificació general.` (1 hores)<br />
2. Turbomàquines: bombes i ventiladors. Corbes característiques.<br />
Selecció. Àmbits d'aplicació. (3 hores)<br />
3. Teories uni i bidimensional. Triangles de Euler. Grau de reacció. (1 hores)<br />
4. Instal·lacions amb turbomàquines. Punt de funcionament. (2 hores)<br />
5. Teoria de models. Grups adimensionals i semblança. (2 hores)<br />
6. Sistemes de regulació. Vàlvules de control. Selecció. Tipologia. (4 hores)<br />
7. Funcionament inestable. Cop d'ariet. Estimació del temps d’aturada. Cavitació. (3 hores)<br />
8. Soroll en Turbomàquines. (1 hores)<br />
9. Bombes i compressors volumètrics. Àmbits d’aplicació.<br />
Corbes i gràfics característiques. Dimensionament i selecció. (6 hores)<br />
10. Laboratori (7 hores)<br />
Mòdul 2 : Màquines tèrmiques 30 hores<br />
1. Introducció a les màquines tèrmiques (4 hores)<br />
2. Bescanviadors de calor (2 hores)<br />
3. Combustibles i combustió (4 hores)<br />
4. Motors alternatius de combustió interna (4 hores)<br />
5. Màquines frigorífiques (5 hores)<br />
6. Turbines de vapor (3 hores)<br />
7. Turbines de gas (2 hores)<br />
8. Laboratori (6 hores)<br />
Objectius específics dels mòduls<br />
Mòdul 1 : Màquines hidràuliques<br />
Donar als alumnes els coneixements bàsics sobre:<br />
- el funcionament de les turbomàquines més usuals, com bombes i ventiladors, i també de les<br />
màquines volumètriques, la seva selecció i el seu àmbit d'aplicació.<br />
- els criteris per al disseny d'una instal·lació..<br />
- els sistemes de control i regulació d’instal·lacions amb turbomàquines.<br />
- els problemes més freqüents que esdevenen de l’explotació normal d’una instal·lació:<br />
cavitació, cop d’ariet o soroll.<br />
Mòdul 2 : Màquines tèrmiques<br />
Estudi dels dos tipus principals de màquines tèrmiques :<br />
- Màquines tèrmiques motores o directes (motor tèrmic): Generadores d’energia mecànica, a<br />
partir d’energia tèrmica (calor)<br />
- Màquines tèrmiques generadores o inverses : Consumidores d’energia mecànica.
<strong>ENGINYERIA</strong> INDUSTRIAL<br />
25026 Enginyeria Tèrmica i de Fluids. Guia de l’assignatura<br />
Aprovada en C.A.A de data 8/06/05<br />
Modificada en CAA de data 28/05/08 3<br />
En el cas dels motors tèrmics, es pretén donar una visió global dels diferents tipus de màquines<br />
existents, incidint posteriorment, i amb més profunditat, en els equips de major importància històrica o<br />
actual : màquina de vapor, motors alternatius de combustió interna (Otto, Diesel), cicles de turbines<br />
de vapor i cicles de turbines de gas.<br />
Per aquests equips de major importància, s’incidirà especialment en característiques constructives i<br />
operatives, aplicacions i predicció de prestacions i rendiment.<br />
En el cas de les màquines tèrmiques inverses, es tracten fonamentalment les màquines frigorífiques<br />
o de generació de fred, com a una de les aplicacions més destacables per a aquests tipus de<br />
màquines.<br />
En el tractament dels diferents temes, s’incidirà en l’avaluació de l’impacte ambiental de les màquines<br />
tèrmiques.<br />
Objectius de l’alumne<br />
Mòdul 1 : Màquines hidràuliques<br />
L’alumne ha de conèixer els tipus de màquines estudiades, el seu funcionament, els criteris<br />
bàsics de selecció emprats a l’enginyeria i el seu àmbit d'aplicació. També ha de dominar la<br />
interrelació de la màquina amb el sistema en el que es connecta i com actuar per modificar el<br />
punt de funcionament. Finalment, ha de ser conscient dels problemes més freqüents que<br />
esdevenen de l’explotació normal d’una instal·lació i com evitar-los.<br />
Mòdul 2 : Màquines tèrmiques<br />
L’alumne ha de conèixer els principis operatius, tecnologia bàsica i evolució històrica dels<br />
principals tipus de motors tèrmics i equips de generació de fred. Ha de saber realitzar balanços i<br />
determinar el rendiment i prestacions dels equips estudiats. Així mateix ha de saber delimitar els<br />
tipus d’aplicacions i limitacions d’utilització de cada equip, incidint especialment en l’impacte<br />
mediambiental que la seva explotació pot suposar.<br />
Metodologia de treball<br />
El treball serà presencial, tant pel que fa al seguiment de l’assignatura a les classes de teoria com a<br />
les pràctiques de laboratori. L’assignatura està estructurada en dos blocs temàtics diferenciats, amb<br />
programes de contingut, pràctiques i avaluacions específics per a cada bloc : màquines hidràuliques<br />
(3 cr) i màquines tèrmiques (3 cr).<br />
En les classes de teoria s’hi inclouen petites aplicacions en format de problemes. Las pràctiques són<br />
un pilar fonamental per l’assignatura pel que es farà un control de assistència. Al final del curs s’ha de<br />
presentar una memòria de les practiques realitzades que serà una eina de avaluació.<br />
Sessions teoria, problemes<br />
Màquines hidràuliques : 1 Sessió presencial Teoria+Problemes / setmana de 2 Hores<br />
Màquines tèrmiques : 1 Sessió presencial Teoria+Problemes / setmana de 2 Hores<br />
Pràctiques, laboratoris<br />
Mòdul 1: Màquines hidràuliques
<strong>ENGINYERIA</strong> INDUSTRIAL<br />
25026 Enginyeria Tèrmica i de Fluids. Guia de l’assignatura<br />
Aprovada en C.A.A de data 8/06/05<br />
Modificada en CAA de data 28/05/08 4<br />
Activitats previstes : 5 pràctiques de laboratori i una sessió de simulació amb ordinador.<br />
Les pràctiques es realitzen en el Laboratori de Mecànica de Fluids (Edifici TR4/Planta 0)<br />
Pràctica 1: Determinació de les corbes característiques d’una bomba centrífuga..<br />
Pràctica 2: Determinació de les corbes característiques d’un ventilador. Validació de les lleis<br />
de semblança..<br />
Pràctica 3: Identificació de les característiques de flux d’una vàlvula motoritzada. Corbes<br />
inherent i instal·lada i coeficient de cabal.<br />
Pràctica 4: Estudi del cop d’ariet i de les oscil·lacions en massa en una instal·lació real amb<br />
xemeneia d’equilibri. L’equip està monitoritzat per ordinador amb un sistema de tractament i<br />
visualització de dades.<br />
Pràctica 5. Treball amb sistemes pneumàtics convencionals.<br />
Pràctica 6. Estudi d’una sala de compressors: components, funcionament i límits funcionals.<br />
Mòdul 2 : Màquines tèrmiques<br />
Activitats previstes : 3 pràctiques de laboratori i una sessió de vídeo.<br />
Les pràctiques es realitzen en el Laboratori de Motors Tèrmics i Automòbils (Edifici TR4/Planta 1)<br />
Pràctica 1: Característiques constructives i d’operació dels bescanviadors de calor<br />
Pràctica 2: Característiques constructives i d’operació del motor Otto 4 temps i del motor<br />
Diesel 4 temps<br />
Pràctica 3: Característiques constructives i d’operació del motor Otto 2 temps i del motor<br />
rotatiu Wankel<br />
Sessió de vídeo : Tecnologia de motors tèrmics<br />
Organització en mòduls i temps de dedicació de l’estudiant<br />
Mòdul<br />
Temps de<br />
Classe<br />
Temps<br />
d’estudi<br />
Temps<br />
total<br />
Mòdul 1: Màquines hidràuliques 30 30 60<br />
Mòdul 2: Màquines tèrmiques 30 30 60<br />
TOTAL ASSIGNATURA 60 60 120<br />
Importància i dificultat dels mòduls<br />
Els mòduls són independents i complementaris entre sí, però amb una estructura docent similar. Es<br />
planteja la introducció teòrica necessària complementada amb el treball de laboratori. Ambdós mòduls<br />
presenten el mateix nivell d’importància i dificultat.<br />
Bibliografia bàsica Mòdul 1 (Màquines hidràuliques)<br />
Stepanoff Centrifugal and axial flow pumps , John Wiley and Sons<br />
Balje Turbomachines. A guide to design, selection and theory , MIT Press , 1984.<br />
Wallis Axial Flow Fans and Ducts , John Wiley and Sons , 1983.<br />
Turton Rotodynamic Pump Design , Cambridge University Press , 1994.<br />
Hutchinson ISA Handbook of Control Valves , ISA , 1976.
<strong>ENGINYERIA</strong> INDUSTRIAL<br />
25026 Enginyeria Tèrmica i de Fluids. Guia de l’assignatura<br />
Aprovada en C.A.A de data 8/06/05<br />
Modificada en CAA de data 28/05/08 5<br />
Bibliografia complementaria Mòdul 1 (Màquines hidràuliques)<br />
De las Heras, S. Màquines hidràuliques. Reprografia ETSEIAT.<br />
Lamit, G. Piping Systems. Drafting and Design , Prentice Hall<br />
Osborne Fans , Pergamon Press ISBN 0 08 021725 7 , 1977.<br />
Sulzer Centrifugal Pump Handbook , Elseiver Applied Science- ISBN 1 85166 442 4 , 1989.<br />
Whitfield, B. Design of Radial Turbomachines , Longman Scientific and Technical , 1990.<br />
Stepanoff Turboblowers , Ed. John Wiley and Sons<br />
Wilson The Design of High-Efficiency Turbomachinery and Gas turbines , Ed. MIT Press , 1984.<br />
Bibliografia bàsica Mòdul 2 (Màquines tèrmiques)<br />
Carreras, R., Quera, M., Ribé, O. Màquines Tèrmiques. Reprografia ETSEIT.<br />
Kays, W.M., London, A.L. Compact heat exchangers. McGraw-Hill (1984)<br />
Stone, R., Introduction to Internal Combustion Engines. MacMillan.(1985).<br />
Pita, E.G., Principios y sistemas de refrigeración. Limusa (1991)<br />
Polo Encinas, M., Turbomáquinas de fluido compressible. Limusa (1984)<br />
Bibliografia complementaria Mòdul 2 (Màquines tèrmiques)<br />
Heywood, J.B., Internal Combustion Engines Fundamentals. McGraw-Hill (1988).<br />
Bathie, W.W., Fundamentals of Gas Turbines. John Wiley&Sons (1996).<br />
Sauer, H.J., Howell, R.H., Heat Pump Systems. Krieger Publishing Company (1991)<br />
Avaluació<br />
El sistema d’avaluació segueix la fórmula que s’indica, què és mitja ponderada de les qualificacions<br />
obtingudes per l’alumne en cadascun dels mòduls de l’assignatura, incloses les pràctiques de<br />
laboratori.<br />
Nf = (1/2)(0,4*N11m+0,4*N12m+0,2*N1p)+ (1/2) (0,4*N21m+0,4*N22m+0,2*N2p)<br />
Nf : Nota final<br />
N11m : Nota 1er examen 1r mòdul<br />
N21m : Nota 1er examen 2on mòdul<br />
N12m : Nota 2on examen 1r mòdul<br />
N22m : Nota 2on examen 2on mòdul<br />
N1p : Nota pràctiques 1er mòdul<br />
N2p : Nota pràctiques 2on mòdul