Última revisión realizada: 30/05/2022

Presentación

Mediante esta asignatura se pretende que el alumno adquiera una visión general práctica de esta ciencia con un enfoque hacia la ingeniería energética. Para ello, se repasarán prolegómenos de física termodinámica necesarios para la construcción del corpus termodinámico.

Posteriormente, se hará una introducción a esta ciencia, en la que se abordarán cuestiones como las magnitudes termodinámicas, los sistemas termodinámicos (y sus tipos), las fronteras de los sistemas termodinámicos, se definirán los conceptos de superficie y volumen de control, etc.

Además, se presentarán las diversas formas de caracterización de sustancias termodinámicas: ecuaciones de estado (principalmente, la ecuación de los gases ideales), las tablas termodinámicas, y los gráficos de sustancias. Se explicarán los mecanismos principales de transmisión de calor (conducción, convección, radiación). Se hará una explicación de los procesos termodinámicos: definición de proceso, y procesos isotermo, isóbaro, isócoro, isoentálpico, isoentrópico, adiabáctico, politrópico. Para cada proceso, se ofrecerán las ecuaciones oportunas.

Naturalmente, se formularán los principios de la termodinámica (ley cero, primer y segundo principio). En consonancia con la filosofía de enfoque práctico pretendida para esta asignatura, se explicarán las máquinas térmicas (clasificación, máquina térmica motora y generadora) y el ciclo de Carnot, de tanta importancia en este tema.

Asimismo, se hará una explicación extensa de los motores de combustión interna alternativos, tan importantes en la ingeniería industrial. Posteriormente, se ofrecerá una visión general de los ciclos de producción de potencia (principalmente: ciclo de Rankine y ciclo de Brayton), con sus posteriores modificaciones con el fin de aumentar el rendimiento de los mismos. Se explicarán, desde el punto de vista termodinámico, los distintos elementos de las plantas de producción de potencia (combustibles, calderas, cámaras de combustión, condensador, bombas, válvulas, etc).

Se abordará, asimismo, la cogeneración y los métodos de producción de frío industrial. Por último, se explicarán los fundamentos de la psicrometría, en orden a proporcionar los conocimientos básicos de la climatización de eficios.

En conclusión: se trata de una asignatura de sumo interés, amplia, y que cubre de forma general y rigurosa los principales campos de la termodinámica energética.

Competencias

Competencias básicas

• CB1. Que los estudiantes hayan demostrado poseer y comprender conocimientos en un área de estudio que parte de la base de la educación secundaria general, y se suele encontrar a un nivel que, si bien se apoya en libros de texto avanzados, incluye también algunos aspectos que implican conocimientos procedentes de la vanguardia de su campo de estudio.
• CB2. Que los estudiantes sepan aplicar sus conocimientos a su trabajo o vocación de una forma profesional y posean las competencias que suelen demostrarse por medio de la elaboración y defensa de argumentos y la resolución de problemas dentro de su área de estudio.
• CB3. Que los estudiantes tengan la capacidad de reunir e interpretar datos relevantes (normalmente dentro de su área de estudio) para emitir juicios que incluyan una reflexión sobre temas relevantes de índole social, científica o ética.
• CB4. Que los estudiantes puedan transmitir información, ideas, problemas y soluciones a un público tanto especializado como no especializado.
• CB5. Que los estudiantes hayan desarrollado aquellas habilidades de aprendizaje necesarias para emprender estudios posteriores con un alto grado de autonomía.
  

Competencias generales

• CG1. Capacidad para orientarse e involucrarse activamente hacia la obtención de resultados asumiendo la responsabilidad en el cumplimiento de las tareas encomendadas.
• CG2. Motivación y capacidad para dedicarse a un aprendizaje a lo largo de la vida.
• CG3. Capacidad para comunicarse efectivamente.
• CG4. Capacidad para operar en equipos multidisciplinares y multiculturales.

Competencias específicas

• CCRI4. Conocer la termodinámica aplicada y transmisión de calor. Conocer sus principios básicos y su aplicación a la resolución de problemas de ingeniería.
• CCRI5. Adquirir conocimientos de los fundamentos de ciencia, tecnología y química de materiales. Comprender la relación entre la micro estructura, la síntesis o procesado y las propiedades de los materiales.
• CCRI6. Adquirir conocimientos de los fundamentos de la teoría de máquinas. Conocer y aplicar los fundamentos de los sistemas y máquinas fluidodinámicas.

Contenidos

Tema 1. Prolegómenos de termodinámica
Definición de termodinámica y aplicaciones prácticas
Masa, densidad y volumen específico
Formas de expresar magnitudes
Presión y tTemperatura
Trabajo, energía y potencia mecánica
El calor
Entalpía
El sistema termodinámico

Tema 2. Determinación del estado termodinámico
Introducción
Tablas termodinámicas
Diagramas termodinámicos
Ecuaciones de estado

Tema 3. Primer principio de la termodinámica
Introducción
El principio cero de la termodinámica
El primer principio de la termodinámica en sistemas cerrados
El primer principio de la termodinámica en sistemas abiertos Entalpía
El primer principio de la termodinámica en procesos cíclicos

Tema 4. Procesos termodinámicos
El proceso termodinámico
El proceso isotermo
El proceso isóbaro
El proceso isócoro
El proceso adiabático
El proceso isoentrópico
El proceso politrópico

Tema 5. El segundo principio de la termodinámica
Introducción
Formulaciones de Clausius y Kelvin-Planc del segundo principio de la termodinámica
Procesos reversibles e irreversibles
Formulación cuántica del segundo principio de la termodinámica
Entropía y calor
El diagrama T-s

Tema 6. Máquinas térmicas
Definición de máquina térmica
Definición de motor térmico
Tipos de motores térmicos
Tipos de máquinas térmicas
Balance energético de una máquina térmica
Rendimiento de una máquina térmica motora
Rendimiento de una máquina térmica generadora
El ciclo de Carnot
La máquina de Carnot

Tema 7. Motores de combustión interna alternativos
Motores de combustión interna alternativos (MCIA)
Elementos de un MCIA
Tipos de MCIA
El motor de cuatro tiempos
El motor de dos tiempos
Diferencias entre MEP y MEC
Mecánica de los MCIA
Contaminación de los MCIA

Tema 8. Ciclos de producción de potencia
Introducción
Algunos ciclos de potencia
Ciclo de Otto
Ciclo de Rankine
El ciclo Brayton

Tema 9. Elementos de las plantas de producción de potencia
Introducción
Estudio de los elementos de un ciclo de Rankine
Estudio de los elementos de un ciclo Brayton

Tema 10. Cogeneración
Introducción
Ventajas de la cogeneración
Tipos de cogeneración
Cogeneración convencional
Trigeneración

Tema 11. La producción de frío industrial
Introducción
Frío mediante un ciclo de compresión
Frío mediante un ciclo de absorción

Tema 12. Psicrometría
Definición
Definición de psicometría y aire
Composición del aire seco
Humedad del aire
Presión de saturación del aire
Punto de rocío del aire
Calor sensible
Calor latente
Temperaturas del aire húmedo
Procesos básicos del aire húmedo
Diagrama psicrométrico
Climatización

Metodología

Las actividades formativas de la asignatura se han elaborado con el objetivo de adaptar el proceso de aprendizaje a las diferentes capacidades, necesidades e intereses de los alumnos.

Las actividades formativas de esta asignatura son las siguientes:

• Trabajos y Lecturas. Se trata de actividades de diferentes tipos: reflexión, análisis de casos, prácticas, etc. Además de análisis de textos relacionados con diferentes temas de la asignatura.
• Participación en eventos. Son eventos programados todas las semanas del cuatrimestre: sesiones presenciales virtuales, foros de debate, test.
• Laboratorios. Actividad práctica que se realiza en tiempo real e interactuando con otros alumnos. En el laboratorio los estudiantes tendrán que desarrollar los ejercicios propuestos en un entorno de simulación online. Los estudiantes contarán en todo momento con el apoyo de un tutor de laboratorio, que ayudará al alumno a desarrollar su actividad. El tutor de laboratorio podrá asignar grupos de alumnos para que, de forma colaborativa, alcancen los resultados solicitados. Este tipo de actividad posee un peso considerable en la evaluación continua del alumno, por lo que, a pesar de no ser obligatoria su realización, se recomienda firmemente la participación en los mismos.
• Laboratorios presenciales. A lo largo del cuatrimestre tendrán lugar laboratorios presenciales donde se realizarán prácticas de laboratorio.
• Laboratorios presenciales obligatorios. A lo largo del cuatrimestre tendrán lugar laboratorios presenciales, donde se realizarán prácticas de laboratorio y que son de asistencia obligatoria. Estos se desarrollarán en Madrid en fin de semana.

En la programación semanal puedes consultar cuáles son las actividades concretas que tienes que realizar en esta asignatura.

Estas actividades formativas prácticas se completan, por supuesto, con estas otras:

• Estudio personal
• Tutorías. Las tutorías se pueden articular a través de diversas herramientas y medios. Durante el desarrollo de la asignatura, el profesor programa tutorías en días concretos para la resolución de dudas de índole estrictamente académico a través de las denominadas “sesiones de consultas”. Como complemento de estas sesiones se dispone también del foro “Pregúntale al profesor de la asignatura” a través del cual se articulan algunas preguntas de alumnos y las correspondientes respuestas en el que se tratan aspectos generales de la asignatura. Por la propia naturaleza de los medios de comunicación empleados, no existen horarios a los que deba ajustarse el alumno.
• Examen final presencial u online

Las horas de dedicación a cada actividad se detallan en la siguiente tabla:

Recomendaciones técnicas

Para la correcta participación de los alumnos en las diferentes actividades propuestas en la asignatura se recomienda disponer de un ordenador con las siguientes especificaciones mínimas recomendadas:

• 4 GB de RAM
• Conexión a Internet superior a 6 Mbit/s
• Cámara web
• Micrófono
• Altavoces o auriculares
• Sistema operativo Windows o Mac OS (algunas actividades pueden presentar dificultades sobre Linux. En esta circunstancia se recomienda consultar con el profesor de la asignatura)
• Acceso de administrador al sistema (es necesario la instalación de programas, emuladores, compiladores…)
• Navegador web Netscape, Chrome, Safari o Firefox actualizado (versiones no actualizadas pueden presentar problemas funcionales y/o de seguridad)

Bibliografía

Bibliografía básica

• Sanz, A. (2015). Termodinámica aplicada a la ingeniería energética.
• Todos los intervalos necesarios para el estudio de la asignatura están disponbiles en el aula virtual (licencia Cedro).

Bibliografía complementaria

Agüera, J. (1999). Termodinámica lógica y motores térmicos. Madrid: Editorial Ciencia 3.

Çengel, Y. (2009). Termodinámica. México: McGraw Hill.

Jiménez, J. A., Gutiérrez Torres, C. C. (2014). Termodinámica. México: Editorial Patria.

Serway, R. A. y Jeweet, J. W. (2018). Física para ciencias e ingeniería con Física Moderna, 2. Editorial: Cengage Learning Editores, S.A.

Young, H. D. y Freedman, R. A. (2018). Física Universitaria, 1. Editorial: Addison Wesley.

Young, H. D. y Freedman, R. A. (2018). Física Universitaria, 2. Editorial: Addison Wesley.

Evaluación y calificación

El sistema de calificación se basa en la siguiente escala numérica:

La calificación se compone de dos partes principales:

El examen se realiza al final del cuatrimestre y es de carácter PRESENCIAL u ONLINE y OBLIGATORIO. Supone el 60% de la calificación final y para que la nota obtenida en este examen se sume a la nota final, es obligatorio APROBARLO.

La evaluación continua supone el 40% de la calificación final. Este 40% de la nota final se compone de las calificaciones obtenidas en las diferentes actividades formativas llevadas a cabo durante el cuatrimestre.

Ten en cuenta que la suma de las puntuaciones de las actividades de la evaluación continua permite que realices las que prefieras hasta conseguir el máximo puntuable mencionado en la programación semanal. En ella se detalla la calificación máxima de cada actividad o evento concreto puntuables.

Para aprobar la asignatura será necesario aprobar cada una de las partes.

El sistema de evaluación de la asignatura es el siguiente:

Profesorado

Javier Sánchez Prieto

Formación: Ingeniero Químico por la Universidad Complutense de Madrid y Doctor en Ingeniería Mecánica por la Universidad Carlos III de Madrid. Máster en Formación del Profesorado de Educación Secundaria por la Universidad Complutense de Madrid.

Experiencia: 7 años de experiencia docente e investigadora en la Universidad Carlos III de Madrid. Autor de 10 artículos científicos JCR. Acreditado por ANECA en la figura de Profesor Contratado Doctor.

Líneas de investigación: Autor de 11 artículos científicos recogidos en el JCR, además de diversos congresos internacionales. Investigador en los campos de la fluidización, la gasificación de biomasa, el análisis de señal y el mezclado y segregación. Colaborador del grupo de investigación ISE de la UC3M y miembro del grupo de investigación InES de UNIR.

Orientaciones para el estudio

Obviamente, al tratarse de formación on-line puedes organizar tu tiempo de estudio como desees, siempre y cuando vayas cumpliendo las fechas de entrega de actividades, trabajos y exámenes. Nosotros, para ayudarte, te proponemos los siguientes pasos:

1. Desde el Campus virtual podrás acceder al aula virtual de cada asignatura en la que estés matriculado y, además, al aula virtual de Lo que necesitas saber antes de empezar. Aquí podrás consultar la documentación disponible sobre cómo se utilizan las herramientas del aula virtual y sobre cómo se organiza una asignatura en la UNIR y también podrás organizar tu plan de trabajo personal con tu profesor-tutor.
2. Observa la programación semanal. Allí te indicamos qué parte del temario debes trabajar cada semana.
3. Ya sabes qué trabajo tienes que hacer durante la semana. Accede ahora a la sección Temas del aula virtual. Allí encontrarás el material teórico y práctico del tema correspondiente a esa semana.
4. Comienza con la lectura de las Ideas clave del tema. Este resumen te ayudará a hacerte una idea del contenido más importante del tema y de cuáles son los aspectos fundamentales en los que te tendrás que fijar al estudiar el material básico. Lee siempre el primer apartado, ¿Cómo estudiar este tema?, porque allí te especificamos qué material tienes que estudiar. Consulta, además, las secciones del tema que contienen material complementario (Lo + recomendado y + Información).
5. Dedica tiempo al trabajo práctico (sección Actividades y Test). En la programación semanal te detallamos cuáles son las actividades correspondientes a cada semana y qué calificación máxima puedes obtener con cada una de ellas.
6. Te recomendamos que participes en los eventos del curso (sesiones presenciales virtuales, foros de debate…). Para conocer la fecha concreta de celebración de los eventos debes consultar las herramientas de comunicación del aula vitual. Tu profesor y tu profesor-tutor te informarán de las novedades de la asignatura.

Recuerda que en el aula virtual de Lo que necesitas saber antes de empezar puedes consultar el funcionamiento de las distintas herramientas del aula virtual: Correo, Foro, Sesiones presenciales virtuales, Envío de actividades, etc.