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