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Grado en Marina

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Termodinámica Aplicada y Mecánica de Fluidos

Código asignatura
GIMARI01-3-007
Curso
Tercero
Temporalidad
Primer Semestre
Materia
Termodinámica y Mecánica de Fluidos
Carácter
Obligatoria
Créditos
9
Pertenece al itinerario Bilingüe
No
Actividades
  • Tutorías Grupales (3 Hours)
  • Prácticas de Laboratorio (21 Hours)
  • Prácticas de Aula/Semina (10.5 Hours)
  • Clases Expositivas (52.5 Hours)
Guía docente

NOMBRE

Termodinámica Aplicada y Mecánica de Fluidos

CÓDIGO

GIMARI01-3-007

TITULACIÓN

Grado en Marina

CENTRO

E.S. de la Marina Civil

TIPO

Obligatoria

Nº TOTAL DE CRÉDITOS

9

PERIODO

Semestral

IDIOMA

Español

COORDINADOR/ES

TELÉFONO /EMAIL

UBICACIÓN

Pedro García Regodeseves

Andrés Meana Fernández

985182104/garciarpedro@uniovi.es

985182668/andresmf@uniovi.es

E.S. de la Marina Civil / E. Politécnica de Ingeniería de Gijón

PROFESORADO

TELÉFONO /EMAIL

UBICACIÓN

Pedro García Regodeseves

Raúl Barrio Perotti

Andrés Meana Fernández

985182104/garciarpedro@uniovi.es

985182284/ barrioraul@uniovi.es

985182668/andresmf@uniovi.es

E.S. de la Marina Civil / E. Politécnica de Ingeniería de Gijón

La asignatura Termodinámica Aplicada y Mecánica de Fluidos pertenece al módulo específico de Marina del grado de Marina, dentro de la materia Termodinámica y Mecánica de Fluidos. Su carácter es obligatorio, ya que en ella se presentan conceptos y competencias imprescindibles para la formación del graduado/a en Marina, tanto para el estudio de asignaturas posteriores, como para su ejercicio profesional.

En este sentido, la asignatura resulta indispensable para lograr una base sólida tanto teórica como experimental en el estudiantado, de manera que sus experiencias analíticas y de laboratorio resulten atractivas para su futuro puesto de trabajo. Los conocimientos y competencias adquiridos en la parte de Termodinámica Aplicada son fundamentales en materias tales como plantas de propulsión de buques, calor y frío, ingeniería ambiental, fuentes alternativas de energía. Respecto de la parte de Mecánica de Fluidos, los conocimientos y competencias fundamentales son conocer las propiedades específicas de los fluidos: viscosidad, compresibilidad y tensión superficial; así como su estado tensional a través de las ecuaciones de constitución; aplicar los principios de conservación en mecánica de fluidos a la resolución de problemas en el campo de la ingeniería marina; interpretar las distintas variables del campo fluido y analizar el estado de procesos fluidomecánicos a partir de los valores de dichas variables; y diseñar, calcular, modelar, analizar e interpretar la operación de sistemas fluidomecánicos.

La asignatura, de 9 créditos ECTS, comprende 225 horas de trabajo personal del estudiantado, de las cuales aproximadamente un 40% se corresponden con sesiones presenciales (clases expositivas, prácticas, seminarios, uso del Campus Virtual y sesiones de evaluación) y un 60% con trabajo no presencial (uso del Campus Virtual y trabajo personal).

Los contenidos de la asignatura se estructuran en dos bloques diferenciados: Termodinámica Aplicada y Mecánica de Fluidos; en las que confluyen aspectos básicos relativos a los fundamentos físicos y matemáticos que rigen los procesos térmicos y de fluidos y, por otra, aspectos de materia tecnológica de aplicación directa en la práctica marina:

Bloque I: Termodinámica Aplicada

Aplicación de los principios de la Termodinámica a máquinas y motores térmicos. Ciclos de vapor. Ciclos de gas. Ciclos frigoríficos. Fuentes de energía. Fuentes de energía renovables.

Bloque II: Mecánica de Fluidos

Estática de fluidos. Cinemática y dinámica de fluidos: análisis diferencial, análisis integral. Análisis dimensional. Flujo viscoso y flujo compresible.

Para cursar esta asignatura es muy recomendable que el estudiantado haya superado la asignatura Mecánica y Termodinámica, y tenga asimilados los conocimientos básicos de Cálculo, Álgebra Lineal y Ampliación de Matemáticas de los cursos anteriores.

En esta asignatura, además de las competencias básicas indicadas en la Memoria del Título, se pretende que el estudiantado adquiera y desarrolle las siguientes competencias generales:

  • CG01 – Capacidad de análisis y síntesis.
  • CG02 – Capacidad de organización y planificación.
  • CG04 – Resolución de problemas.
  • CG05 – Toma de decisiones.
  • CG09 – Razonamiento crítico.
  • CG11 – Aprendizaje autónomo.
  • CG12 – Adaptación a nuevas situaciones.
  • CG13 – Creatividad.
  • CG16 – Sensibilidad hacia temas medioambientales.

Como competencias específicas de la asignatura, el estudiantado adquirirá las siguientes:

  • CI01 – Conocimiento y capacidad para aplicar y calcular termodinámica aplicada y transmisión de calor.  
  • CI02 – Conocimiento y capacidad para aplicar y calcular mecánica de fluidos. 

Los resultados de aprendizaje que se obtendrán con esta asignatura son:

  • RTM1 – Establecer estados de equilibrio mediante: ecuaciones termodinámicas, tablas termodinámicas y diagramas de equilibrio.
  • RTM2 – Evaluar procesos termodinámicos determinando la energía que se puede obtener de los mismos o que se debe aportar a los mismos.
  • RTM3 – Evaluar procesos consecutivos constituyentes de un ciclo ya sea realizado con un sistema cerrado (motores de combustión), ya sea realizado con sistemas abiertos (turbinas de gas y de vapor); así como evaluar posible adaptación e implantación de energías renovables.
  • RTM4 – Comprender y expresar matemáticamente los principios de que caracterizar la mecánica de fluidos.
  • RTM5 Aplicar los principios de la mecánica de fluidos en la resolución de problemas en el campo de la Marina, valorando y adoptando las simplificaciones razonables en cada caso

BLOQUE I: TERMODINÁMICA APLICADA

Tema 1. Propiedades de sustancias puras

Conceptos básicos. Unidades de medida. Ecuaciones de estado. Sustancias puras: fases y diagramas. Determinación de propiedades termodinámicas mediante tablas y/o ecuaciones de estado. Psicrometría.

Tema 2. Evaluación energética de procesos según el Primer Principio de la Termodinámica

Primer Principio de la Termodinámica. Criterio de signos. Aplicación a sistemas cerrados y abiertos en régimen permanente.

Tema 3. Evaluación de procesos según el Segundo Principio de la Termodinámica

Segundo Principio de la Termodinámica. Entropía. Variación de entropía. Generación de entropía. Rendimiento isentrópico. Estimación de la viabilidad o inviabilidad de procesos según el Segundo Principio. Exergía. Rendimiento exergético. Principios de auditorías energéticas.

Tema 4: Máquinas térmicas

Máquinas térmicas: tipos y eficiencia. Ciclo de Carnot. Viabilidad o inviabilidad de una máquina térmica.

Tema 5: Ciclos con sistemas cerrados: análisis termodinámico y aplicación

Motores térmicos. Análisis y aplicación de los principales ciclos de los motores térmicos.

Tema 6: Ciclos abiertos de gas: análisis termodinámico y aplicación

Ciclos de potencia de gas: análisis y aplicación del ciclo Brayton.

Tema 7: Ciclos abiertos de vapor: análisis termodinámico y aplicación

Ciclos de potencia de vapor: análisis y aplicación del ciclo Rankine. Ciclos combinados.

Tema 8: Ciclos abiertos de refrigeración: análisis termodinámico y aplicación

Ciclos de producción de frío y calor mediante compresión mecánica de vapor: análisis del ciclo Rankine inverso. La bomba de calor y su análisis.

Tema 9.  Fuentes de energía: la combustión y su análisis.

Lección 9: La combustión y su análisis. Combustibles. Reacción de combustión. Poder calorífico de un combustible. Análisis de la combustión.

Tema 10. Fuentes de energía renovables: descripción y aplicación.

Lección 10: Fuentes de energía renovables. Descripción y aplicación. Estimación del potencial energético renovable. Formas de almacenamiento de energía.

BLOQUE II: MECÁNICA DE FLUIDOS

Tema 1: Propiedades de los Fluidos

1.1. Concepto de fluido. Líquidos y gases.

1.2. Modelo estadístico y modelo continuo.

1.3. Propiedades de los fluidos

1.4. Reología. Clasificación de los fluidos: newtonianos y stokesianos.

Tema 2: Estática y Cinemática de Fluidos

2.1. Estática de fluidos

2.2. Cinemática de fluidos

Tema 3: Dinámica de Fluidos

3.1. Análisis Diferencial

3.2. Análisis Integral

3.3. Análisis Dimensional.

Tema 4: Flujo Viscoso en Conductos

4.1. Flujo incompresible en conductos

4.2. Flujo estacionario e incompresible en conductos.

4.3. Flujo no estacionario. Golpe de ariete

4.4. Medida del caudal.

Tema 5: Flujo en Capa límite.

5.1. Concepto de capa límite.

5.2. Capa límite sin gradiente de presión.

5.3. Capa límite con gradiente de presión: Desprendimiento.

5.4. Fuerzas en flujo externo: arrastre y sustentación.

Tema 6: Flujo compresible

6.1. Compresibilidad: número de Mach

6.2. Flujo isentrópico unidimensional

6.3. Flujos con fricción (Fanno) y transferencia de calor (Rayleigh)

6.4. Ondas de choque: relaciones de Rankine – Hugoniot

6.5. Principios de acústica

Tema 7: Máquinas de Fluidos

7.1. Máquinas de fluidos: definición, clasificación y aplicaciones

7.2. Turbomáquinas.

7.3. Aplicaciones Marinas: instalaciones de ventilación y bombeo.

7.4. Propulsores Marinos: Hélices y chorros de agua (“water jet”)

La metodología docente de la asignatura incluye 90 horas de trabajo presencial del estudiantado y 135 horas de trabajo no presencial.

Las sesiones presenciales se desarrollan en:

  1. Clases expositivas y seminarios, en los que se presenta una visión general de los contenidos de cada lección, complementados con la resolución de problemas (49,5 horas de clases expositivas y 10,5 horas de seminarios).
  2. Prácticas de laboratorio. Cada estudiante realizará un total de 21 horas de prácticas de laboratorio, formando parte de la evaluación continua. Para la realización de las mismas es necesario que el estudiantado lleve en papel o soporte electrónico que permita la anotación el guion de la práctica que corresponda y que estará disponible en el Campus Virtual.
  3. Tutorías grupales, durante un total de 3 horas, que se impartirán al final del cuatrimestre, formarán parte de la evaluación continua y se dedicarán a la resolución de dudas y/o realización de actividades complementarias relacionadas con los temas tratados durante el curso.

Adicionalmente, el estudiantado debe dedicar horas de trabajo no presencial a mejorar su comprensión de cada lección. Este trabajo incluye tanto actividades en el Campus Virtual (lectura de fundamentos teóricos, resolución de cuestionarios, participación en foros de debate, visionado de materiales, etc.) como otras actividades de trabajo autónomo. En las tablas adjuntas se recoge el número estimado de horas que el estudiantado debe dedicar al estudio de cada parte de la asignatura, así como los porcentajes de presencialidad y no presencialidad sobre las horas totales. Al finalizar el curso, cada estudiante deberá haber dedicado un total de 225 horas a la preparación de la asignatura.

Temas

Horas totales

Clase Expositiva

Prácticas de aula /Seminarios/ Talleres

Prácticas de laboratorio /campo /aula de  informática/ aula de idiomas

Prácticas clínicas  hospitalarias

Tutorías grupales

Prácticas  Externas

Sesiones de Evaluación

Total

Trabajo grupo

Trabajo autónomo

Total

BLOQUE I: Termodinámica Aplicada

TRABAJO PRESENCIAL

TRABAJO NO PRESENCIAL

1

13

3

1

1

5

2

6

8

2

11

2

0,5

1

0,5

4

2

5

7

3

12,5

3

0,5

1

4,5

2

6

8

4

10,5

2

0,5

1

3,5

2

5

7

5

14

3

0,5

2

0,5

6

2

6

8

6

11,5

2,5

0,5

1

4

2,5

5

7,5

7

12,5

3

0,5

1

4,5

2

6

8

8

11,5

3

0,5

1

4,5

2

5

7

9

12,5

3

0,5

2

5,5

2

5

7

10

13

3

0,5

1

0,5

3

2

6

8

1-10

3

3

3

Total Bloque I

125

27,5

5,5

12

1,5

3

49,5

20,5

55

75,5

BLOQUE II: Mecánica de Fluidos

TRABAJO PRESENCIAL

TRABAJO NO PRESENCIAL

1

11

3

1

4

2

5

7

2

10,5

3

0,5

3,5

2

5

7

3

10,5

3

1

0,5

4,5

1

5

6

4

11,5

3

0,5

2

5,5

1

5

6

5

14

3

0,5

3

0,5

7

2

5

7

6

11,5

4

0,5

4,5

2

5

7

7

28

3

1

4

0,5

8,5

8

11,5

19,5

1-7

3

3

3

Total Bloque II

100

22

5

9

1,5

3

40,5

18

41,5

59,5

TOTAL ASIGNATURA

225

49,5

10,5

21

3

6

90

38,5

96,5

135

MODALIDADES

Horas

Bloque I

Bloque II

%

Totales

Presencial

Clases Expositivas

49,5

27,5

22

22%

90

Práctica de aula / Seminarios / Talleres

10,5

5,5

5

4,7%

Prácticas de laboratorio / campo / aula de informática / aula de idiomas

21

12

9

9,3%

Prácticas clínicas hospitalarias

Tutorías grupales

3

1,5

1,5

1,3%

Prácticas Externas

Sesiones de evaluación

6

3

3

2,7%

No presencial

Trabajo en Grupo

38,5

20,5

18

17,1%

135

Trabajo Individual

96,5

55

41,5

42,9%

Total

225

125

100

225

Convocatorias ordinarias “evaluación continua”: la calificación final de cada bloque es una media ponderada entre la calificación del examen presencial escrito y la calificación obtenida en las actividades realizadas a lo largo del curso.

  1. El examen presencial escrito de cada bloque será de 2-3 horas de duración. El peso en la calificación final del bloque es del 70%. La evaluación se corresponde con los resultados de aprendizaje RTM1 a RTM5. No se permite el uso de calculadoras programables, ni la alteración del material disponible en el Campus Virtual que puede llevarse al examen.
  2. Las actividades realizadas a lo largo del curso tendrán un peso en la calificación final del bloque del 30%, representando las prácticas de laboratorio un 20% y el resto de actividades (realización de cuestionarios, participación en foros de discusión, visionado o lectura de material adicional, resolución o entrega de ejercicios y trabajos propuestos, etc) un 10%. La evaluación de estas actividades también se corresponde con los resultados de aprendizaje RTM1 a RTM5.

La calificación final de la asignatura será la media aritmética de las calificaciones obtenidas en los dos bloques de la asignatura. Dentro de cada bloque, la puntuación mínima en el examen escrito para hacer media con la parte de actividades realizadas a lo largo del curso será de 3,5 puntos sobre 10. En caso de no alcanzar esta puntuación mínima, la calificación final del bloque será la obtenida en el examen escrito.

La calificación mínima que se debe alcanzar en cada bloque es de 3,5 puntos sobre 10. En caso de no alcanzar esta puntuación mínima en uno de ellos, la calificación final de la asignatura será la obtenida en dicho bloque.

La calificación obtenida en un bloque será válida para las convocatorias del curso académico en el que se haya obtenido (enero, mayo y junio).

Convocatorias extraordinarias:

El estudiantado que no haya superado la asignatura mediante el proceso ordinario de evaluación tendrá derecho a realizar la convocatoria extraordinaria. La convocatoria extraordinaria consistirá en un examen escrito de 2-3 horas de duración por cada uno de los bloques. El peso del examen escrito en la calificación final de cada bloque es del 70%. La calificación obtenida en las actividades realizadas a lo largo del curso tendrá un peso del 30%. La evaluación se corresponde con los resultados de aprendizaje RTM1 a RTM5. No se permite el uso de calculadoras programables, ni la alteración del material disponible en el Campus Virtual que puede llevarse al examen.

La calificación final de la asignatura será la media aritmética de las calificaciones obtenidas en los dos bloques de la asignatura. Dentro de cada bloque, la puntuación mínima en el examen escrito para hacer media con la parte de actividades realizadas a lo largo del curso será de 3,5 puntos sobre 10. En caso de no alcanzar esta puntuación mínima, la calificación final del bloque será la obtenida en el examen escrito.

La calificación mínima que se debe alcanzar en cada bloque es de 3,5 puntos sobre 10. En caso de no alcanzar esta puntuación mínima en uno de ellos, la calificación final de la asignatura será la obtenida en dicho bloque.

Evaluación diferenciada:

La evaluación diferenciada en la asignatura consistirá en las siguientes pruebas:

  1. Un examen final escrito que se realizará en la fecha oficial programada para el resto del estudiantado de la asignatura, con un peso del 70% en la calificación final de la asignatura.
  2. Un examen final de prácticas que sustituye a la evaluación continua. Se realizará en la misma fecha que el examen final escrito oficial y tendrá una duración de 1-2 horas, con un peso del 30% en la calificación final de la asignatura.

Actividad

Fecha

% de competencias cubiertas

Examen final escrito

Misma fecha que en convocatoria oficial

70

Examen final de prácticas

Misma fecha que en convocatoria oficial

30

BLOQUE I: TERMODINÁMICA APLICADA

  • Moran, Shapiro; Fundamentos de Termodinámica Técnica; Ed. Reverté.
  • Cengel, Boles; Termodinámica; Ed. Mc Graw-Hill.

BLOQUE II: MECÁNICA DE FLUIDOS

  • White F.M., “Mecánica de Fluidos”, McGraw–Hill Interamericana, Madrid, 2004.
  • González J, Argüelles KM, Ballesteros R, Barrio R, Fernández JM, Principios de Mecánica de Fluidos, Servicio de Publicaciones de la Universidad de Oviedo, 2010.
  • Pérez Gómez G., González-Adalid, J. “Detailed Design of Ship Propellers”, Fondo Editorial de Ingeniería Naval (Colegio Oficial de Ingenieros Navales), Madrid 1998