Ministerio de Educación, Ciencia y Tecnología
Universidad Nacional de San Luis
FACULTAD DE ING. CS. EC. Y SOC.

ANEXO II

PROGRAMA DEL CURSO: Máquinas Térmicas

DEPARTAMENTO DE:   INGENIERIA
AREA: Mecánica AplicadaAÑO: 2002 (Id: 1681)
Estado: En tramite de Aprobación

 

I - OFERTA ACADÉMICA

CARRERAS PARA LAS QUE SE OFRECE EL MISMO CURSO

PLAN DE ESTUDIOS
ORD. Nº

CRÉDITO HORARIO

   

SEM.

TOTAL

INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA8/98690
INGENIERÍA INDUSTRIAL9/98690

II - EQUIPO DOCENTE

Funciones

Apellido y Nombre

Total hs en
este curso

Cargo y Dedic.

Carácter

Responsable

SANJURJO, WALDO MANUEL12  hs.PROFESOR TITULAR EXC.Efectivo
Jefe Trab. Prác.MERCURI, LUIS ROBERTO10  hs.JEFE DE TRABAJOS PRAC. EXC.Efectivo
Auxiliar de 1ºTORRES, ALDO HUGO 10  hs.AYUDANTE DE 1RA. SEMI. Efectivo

III - CARACTERÍSTICAS DEL CURSO

CREDITO HORARIO SEMANAL
MODALIDAD
REGIMEN

Teórico/

Práctico

Teóricas

Prácticas de

Aula

Práct. de lab/ camp/

Resid/ PIP, etc.

1b
6 Hs.
 Hs.
 Hs.
 Hs.
Asignatura
Otro: 
Duración: 15 semanas
Período del 12/08/02 al 15/11/02

IV.- FUNDAMENTACION

La asignatura Máquinas Térmicas se cursa en el 4º año de las carreras de Ingeniería Electromecánica e Ingeniería Industrial (a partir del 2002) y para ello debe contarse con sólidos conocimientos de Matemática, Física y Termodinámica que son indispensables para la compresión y el estudio de las máquinas térmicas.
Luego del cursado, el alumno estára en condiciones seleccionar, instalar y operar motores de combustión interna, generadores de vapor, intercambiadores de calor, equipo de aire acondicionado y refrigeración de uso corriente en la industria.


V.- OBJETIVOS

- Conocer el por qué y cómo funcionan los motores de combustión interna.
- Conocer las diferencias entre los motores alternativos de 2 y 4 tiempos, ya sean con encendido por chispa (nafteros o a gas) o con encendido por compresión (Diesel).
- Conocer el funcionamiento de los motores rotativos: turbinas de gas y turbinas de vapor e interpretación de sus parámetros termodinámicos.
- Interpretación de fórmulas y cálculos de los diferentes parámetros que definen a los motores.
- Conocimiento de los fluidos más usados en la industria (agua, aire, vapor y gases).
- Aplicación de los mismos en la industria (máquinas herramientas, máquinas motrices, acondicionamiento de aire).
- Realizar el estudio termodinámico necesario para determinar posibilidades energéticas de los fluidos y calcular las instalaciones, llegando a la selección de los elementos que las componen.
- Diseñar instalaciones frigoríficas por compresión, cámaras frigoríficas y aire acondicionado.

 


VI. - CONTENIDOS

Unidad I

1. Introducción al estudio de los motores alternativos. 1.1. Conceptos fundamentales, clasificación. 1.2. Ciclo operativo de 4 tiempos. 1.3. Ciclo operativo de 2 tiempos 1.4. Clasificación de los motores alternativos. 1.5. El motor encendido por chispa. 1.6. El motor encendido por compresión. 1.7. Las principales diferencias entre los motores encendido por chispa y encendido por compresión.


Unidad II

2. Ciclos teóricos de los motores alternativos. 2.1. Ciclos teóricos y ciclo real. 2.2. Análisis de un ciclo y su rendimiento térmico. 2.3. El ciclo Otto teórico. 2.4. Ciclo Diesel teórico. 2.5. Ciclo mixto de Sabathé. 2.6. Comparación entre los ciclos teóricos. 2.7. Presión media de un ciclo. 2.8. Valores del exponente n para los politrópicos. 2.9. Ciclos reales diagramas de las presiones. 2.10. Ciclo indicado y presión media indicada. 2.11. Diferencia entre ciclo Otto real y teórico y entre ciclo Diesel real y teórico. 2.12. Estudio del diagrama indicado. 2.13. Diagrama de las presiones en función de desplazamientos angulares del eje para un motor de cuatro tiempos. 2.14. Diagrama indicado en función de los ángulos de manivela para un motor de dos tiempos. 2.15. Turbinas de gas. 2.16. Criterios de campos de aplicación más importantes de las turbinas de gas. 2.17. Ciclo abierto de Brayton. Ideal y real. 2.18. Esquemas múltiples de realización. 2.19. Ciclos de las turbinas de gas. 2.20 Ciclo regenerativo de Brayton. Ideal y real. 2.21. Ciclos cerrados de las turbinas de gas.


Unidad III

3. Los combustibles, generalidades. 3.1. Los componentes de los combustibles derivados del petróleo. 3.2. Poder antidetonante de los carburantes, el numero de octano. 3.3. Aditivos antidetonación. 3.4. Naftas y gasóleos, numero de cetano. 3.5. Volatilidad, tensión de vapor y calor de evaporación. 3.6. Densidad y poder calorífico.


Unidad IV

4. El fluido de trabajo y las exigencias del motor. 4.1. El aire atmosférico. 4.2. Cantidad de aire necesaria para la combustión, razón estequiométrica. 4.3. La disociación. 4.4. Calor total desarrollado por la combustión y tonalidad térmica. 4.5. Formación de la mezcla aire combustible.4.6. Las exigencias de los motores encendidos por chispa y por compresión.


Unidad V

5. Cálculo de potencia, rendimientos y balance térmico. 5.1. Potencia indicada. 5.2. Potencia efectiva o potencia al freno. 5.3. La velocidad y la carga. 5.4. Potencia absorbida por las resistencias pasivas y rendimiento mecánico. 5.5. La presión media efectiva. 5.6. rendimientos, termodinámico, mecánico, total y volumétrico. 5.7. Balance térmico.


Unidad VI

6. Las prestaciones del motor y factores que la influencian. 6.1.Curvas características. 6.2. Rendimiento volumétrico. 6.2. Influencia de la velocidad de los gases y de los tiempos de apertura de las válvulas sobre la curva de potencia. 6.3. Pérdidas de potencias debidas a las resistencias pasivas. 6.4. El consumo específico de los motores de cuatro tiempos encendido por chispa. 6.5. El consumo específico de los motores de cuatro tiempos encendido por compresión. 6.6 Relación entre la potencia y las condiciones atmosféricas. 6.7. Velocidad media del pistón. 6.8 Relación carrera diámetro. 6.9 Dimensiones del cilindro. 6.10. Número de revoluciones. 6.11. Número y disposición de los cilindros. 6.12. Estabilidad de funcionamiento del motor. 6.13. Regulación y reguladores.


Unidad VII

7. La refrigeración. 7.1. Función de la refrigeración. 7.2. Cálculo de la cantidad de calor a extraer. 7.3. Refrigeración por líquidos, sistemas usados. 7.4. Circulación forzada y por termosifón. 7.5. Refrigeración por aire. 7.6. Torres de enfriamiento. 7.7. Regulación de la refrigeración.


Unidad VIII

8. Equilibrado. 8.1. Acciones internas en el bloque del motor. Momento de rotación. 8.2.Vibraciones del grupo motor. 8.3. Equilibrado del cigüeñal. 8.4. Equilibrado de las fuerzas alternativas de 1º orden, fuerzas alternativas de 2º orden. 8.5. Orden de encendido. 8.6. Estudio del equilibrado del motor para casos particulares.


Unidad IX

9. La distribución. 9.1. Funcionamiento de las válvulas, disposiciones y esquemas de mandos.9.2. Levas, empujadores, balancines. 9.3. la distribución en los motores de dos tiempos. 9.4. El barrido en los motores de dos tiempos. Motores encendidos por chispa: 9.5.La combustión en los motores encendido por chispa. 9.6. Combustión normal.9.7. Velocidad de propagación de la llama. 9.8.Combustiones anormales.9.9. La detonación.9.10. Avance al encendido. 9.11. La cámara de combustión.
9.12. Inyección, carburación y encendido. 9.13. Circuitos de aire combustibles, filtros, bombas. 9.14.El carburador. 9.15. Regulación automática de la razón de mezcla. 9.16. Inyección electrónica de combustible. 9.17Inyeccion L-Jetronic.. 9.18 La inyección mono – Jetronic. 9.20 El sistema Monotronic. 9.21 Técnica de control de los gases de escape. El encendido. 9.22. Sistemas de encendido.9.23. Encendido electrónico a batería.
Motores encendidos por compresión: 9.24. El proceso de combustión en el motor . 9.25 El golpeteo. 9.26 Variables que influyen en el retraso del encendido. 9.27. La cámara de combustión y sus características principales. 9.28. Inyección y regulación. 9.29. Inyección electrónica en el motor diesel.
Motores de dos tiempos. 9.30 Consideraciones sobre los motores de dos tiempos. 9.31. Ciclo. 9.32 El motor de dos tiempos a inyección de gasolina


Unidad X

10. Calderas, generalidades, clasificación. 10.1. Combustión, superficie de calefacción, sobrecalentadores, economizadores y chimeneas. 10.2. Conducción de vapor. Cálculo de pérdidas de presión. 10.4. Velocidad critica. 10.5. Toberas. 10.6 Componentes de la instalación. 10.7 Condensadores. 10.9 Teoría general de las turbomáquinas. 10.10 Ecuación de Euler. 10.11 Turbina de acción. 10.12 Turbina de reacción. 10.13 Turbinas de vapor. 10.14 Regulación. 10.15 Turbomáquinas industriales de ciclo abierto. 10.16 Turbomáquinas industriales de ciclo cerrado.


Unidad XI

11.1 Instalaciones frigoríficas. 11.2 Ciclo de la instalación. 11.3 Cálculo de la necesidad de frigorías. 11.4 Selección del fluido refigerante. 11.5 Cantidad necesaria de fluido refrigerante. 11.6 Desplazamiento volumétrico del compresor. 11.7 Dimensionamiento del condensador. 11.8 Válvula de expansión. 11.9 Dimensionamiento del evaporador. 11.10 Instalaciones de absorción. 11.11 Cámaras frigoríficas. 11.12 Acondicionamiento de ambientes.


VII. - PLAN DE TRABAJOS PRÁCTICOS

TRABAJO PRÁCTICO No 1

Cálculo del ciclo de un motor altenativo. Cálculo del calor aportado, rendimiento térmico, trabajo útil, potencia, presión media efectiva, cupla motriz y consumo específico.

TRABAJO PRÁCTICO No 2

Equilibrado del cigüeñal. Equilibrado de las fuerzas alternativas de 1º orden y de 2º orden. Orden de encendido.


TRABAJO PRÁCTICO No 3

Ensayo de motores. Medición de parámetros de funcionamiento. Determinación de potencia, cupla motríz y consumo de combustible. Trazado e interpretación de curvas características.

TRABAJO PRÁCTICO No 4

Para una producción de vapor establecida, con valores de presión y temperatura conocidos. Cálculo de necesidad de calor, cantidad de combustible necesaria, cantidad de aire necesaria, entalpía de los gases quemados, caudal de gases quemados.

TRABAJO PRÁCTICO No 5

Para una determinada turbomáquina (compresor ó turbina). Contruir los triángulos de velocidades aplicando la fórmula de Euler y calcular potencia y cupla motriz.

TRABAJO PRÁCTICO No 6

Dada una necesidad industrial de enfriamiento de alimentos. Calcular la necesidad de frigorías, el desplazamiento volumétrico del compresor, la potencia del compresor y la potencia necesaria para accionarlo. Cálculo de la cámara frigorífica. Cálculo y selección un dispositivo de aire acondicionado para una instalación dada.


VIII - RÉGIMEN DE APROBACIÓN

REGULARIZACIÓN DE LA ASIGNATURA

Para lograr la condición de alumno regular en la asignatura MÁQUINAS TÉRMICAS, deberán cumplir los siguientes requisitos:

a) Tener una asistencia a las clases de Trabajos Prácticos de un 80 % de las clases dadas.
b) Tener una asistencia a las clases prácticas en donde se realicen mediciones de laboratorio del 100 %.
c) Haber aprobado todos los trabajos prácticos, a cuyo efecto los alumnos deberán presentar la carpeta con los ejercicios, informes, monografías completas y responder las preguntas que eventualmente se les realicen sobre el tema. La carpeta de trabajos prácticos deberá ser presentada cada vez que la asignatura lo requiera y deberá ser aprobada 48 horas antes de la entrega de la planilla de alumnos regulares.
d) Haber aprobado los exámenes parciales que se tomen durante el cuatrimestre.
e) El alumno que no cumpla con los puntos a), b), c) y d) será considerado como alumno libre.

APROBACION DE LA ASIGNATURA

a) El examen final se rendirá por el último programa en vigencia al día del examen.
b) La aprobación de la asignatura se realizará mediante un examen oral individual, donde se utilizará la siguiente modalidad:

- Programa analítico con extracción de dos bolillas y evaluación del tribunal; el alumno deberá desarrollar una de las bolillas a su elección, posteriormente y si el tribunal considera satisfactorio el primer desarrollo, podrá desarrollar la segunda bolilla.

- Si por alguna razón, el tribunal lo considera necesario, podrá efectuar preguntas de relación o integración con las unidades restantes.

c) Los alumnos que se presenten en condición de libres, rendirán según Ordenanza C.D. 001-91 del 03/07/91:

- El alumno que se presente a rendir en condición de libre, deberá aprobar, previo al examen oral (correspondiente a un alumno regular), una evaluación de carácter práctico, y de modalidad escrita. Este examen escrito se considerará aprobado cuando se responda satisfactoriamente a un 70 % de lo solicitado. La aprobación de esta evaluación práctica sólo tendrá validez para el examen teórico final del turno de exámenes en el cual el alumno se inscribió.

- Para presentarse a rendir el examen final, el alumno libre deberá aprobar previamente un examen de Trabajos Prácticos que será tomado por el equipo de cátedra dentro de los nueve días anteriores a la fecha del examen. Para presentarse a realizar los Trabajos Prácticos, el alumno libre deberá acreditar todas las correlatividades en el plan de estudios para rendir la asignatura.



IX.a - BIBLIOGRAFÍA BÁSICA

1- OBERT, EDWARD:\"Motores de combustión interna\". Editorial CECSA.
2- MARTINEZ DE VEDIA y MARTINEZ:\"Teoría de los motores térmicos\". Editorial EDICIONES TÉCNICAS INTERNACIONALES.
3- GIACOSA, DANTE:\"Motores endotérmicos\". Editorial HOEPLI.
4- MESNY, MARCELO:\"Generación de vapor\". Editorial G. GILLI.
5- RAPIN, P.:\"Instalaciones frigoríficas\". Editorial MARCOMBO.
6- QUADRI, NESTO P.:\"Instalaciones de aire acondicionado y calefacción\". Edictorial ALSINA.



IX b - BIBLIOGRAFÍA COMPLEMENTARIA

1- THRELKEID J.L:\"Energía mediante vapor aire gas\". Editorial PHI.
2- NINCI, MARIO:\"Teoría de los Motores Térmicos\". Editorial TEUCO. Córdoba, Argentina.
3- MATAIX, CLAUDIO:\"Turbomáquinas térmicas\". Editorial DOSSAT.
4- POWELL, SHEPPARD T.:\"Manual de agua para usos industriales\". Editorial CIENCIA TÉCNICA S.A.
5- HAAR, L. Y GALLAGHER J.S.:\"Tablas de vapor\". Editorial INTERAMERICANA.
6- QUADRI, NESTOR P.:\"Manual de cálculo de aire acondicionado y calefacción\". Editorial ALSINA.



COMPLEMENTO DE DIVULGACION


OBJETIVOS DEL CURSO

- Conocer el por qué y cómo funcionan los motores de combustión interna.
- Conocer las diferencias entre los motores alternativos de 2 y 4 tiempos, ya sean con encendido por chispa (nafteros o a gas) o con encendido por compresión (Diesel).
- Conocer el funcionamiento de los motores rotativos: turbinas de gas y turbinas de vapor e interpretación de sus parámetros termodinámicos.
- Interpretación de fórmulas y cálculos de los diferentes parámetros que definen a los motores.
- Conocimiento de los fluidos más usados en la industria (agua, aire, vapor y gases).
- Aplicación de los mismos en la industria (máquinas herramientas, máquinas motrices, acondicionamiento de aire).
- Realizar el estudio termodinámico necesario para determinar posibilidades energéticas de los fluidos y calcular las instalaciones, llegando a la selección de los elementos que las componen.
- Diseñar instalaciones frigoríficas por compresión, cámaras frigoríficas y aire acondicionado.

 

 

PROGRAMA SINTETICO

Unidad I

1. Introducción al estudio de los motores alternativos. 1.1. Conceptos fundamentales, clasificación. 1.2. Ciclo operativo de 4 tiempos. 1.3. Ciclo operativo de 2 tiempos 1.4. Clasificación de los motores alternativos. 1.5. El motor encendido por chispa. 1.6. El motor encendido por compresión. 1.7. Las principales diferencias entre los motores encendido por chispa y encendido por compresión.


Unidad II

2. Ciclos teóricos de los motores alternativos. 2.1. Ciclos teóricos y ciclo real. 2.2. Análisis de un ciclo y su rendimiento térmico. 2.3. El ciclo Otto teórico. 2.4. Ciclo Diesel teórico. 2.5. Ciclo mixto de Sabathé. 2.6. Comparación entre los ciclos teóricos. 2.7. Presión media de un ciclo. 2.8. Valores del exponente n para los politrópicos. 2.9. Ciclos reales diagramas de las presiones. 2.10. Ciclo indicado y presión media indicada. 2.11. Diferencia entre ciclo Otto real y teórico y entre ciclo Diesel real y teórico. 2.12. Estudio del diagrama indicado. 2.13. Diagrama de las presiones en función de desplazamientos angulares del eje para un motor de cuatro tiempos. 2.14. Diagrama indicado en función de los ángulos de manivela para un motor de dos tiempos. 2.15. Turbinas de gas. 2.16. Criterios de campos de aplicación más importantes de las turbinas de gas. 2.17. Ciclo abierto de Brayton. Ideal y real. 2.18. Esquemas múltiples de realización. 2.19. Ciclos de las turbinas de gas. 2.20 Ciclo regenerativo de Brayton. Ideal y real. 2.21. Ciclos cerrados de las turbinas de gas.


Unidad III

3. Los combustibles, generalidades. 3.1. Los componentes de los combustibles derivados del petróleo. 3.2. Poder antidetonante de los carburantes, el numero de octano. 3.3. Aditivos antidetonación. 3.4. Naftas y gasóleos, numero de cetano. 3.5. Volatilidad, tensión de vapor y calor de evaporación. 3.6. Densidad y poder calorífico.


Unidad IV

4. El fluido de trabajo y las exigencias del motor. 4.1. El aire atmosférico. 4.2. Cantidad de aire necesaria para la combustión, razón estequiométrica. 4.3. La disociación. 4.4. Calor total desarrollado por la combustión y tonalidad térmica. 4.5. Formación de la mezcla aire combustible.4.6. Las exigencias de los motores encendidos por chispa y por compresión.


Unidad V

5. Cálculo de potencia, rendimientos y balance térmico. 5.1. Potencia indicada. 5.2. Potencia efectiva o potencia al freno. 5.3. La velocidad y la carga. 5.4. Potencia absorbida por las resistencias pasivas y rendimiento mecánico. 5.5. La presión media efectiva. 5.6. rendimientos, termodinámico, mecánico, total y volumétrico. 5.7. Balance térmico.


Unidad VI

6. Las prestaciones del motor y factores que la influencian. 6.1.Curvas características. 6.2. Rendimiento volumétrico. 6.2. Influencia de la velocidad de los gases y de los tiempos de apertura de las válvulas sobre la curva de potencia. 6.3. Pérdidas de potencias debidas a las resistencias pasivas. 6.4. El consumo específico de los motores de cuatro tiempos encendido por chispa. 6.5. El consumo específico de los motores de cuatro tiempos encendido por compresión. 6.6 Relación entre la potencia y las condiciones atmosféricas. 6.7. Velocidad media del pistón. 6.8 Relación carrera diámetro. 6.9 Dimensiones del cilindro. 6.10. Número de revoluciones. 6.11. Número y disposición de los cilindros. 6.12. Estabilidad de funcionamiento del motor. 6.13. Regulación y reguladores.


Unidad VII

7. La refrigeración. 7.1. Función de la refrigeración. 7.2. Cálculo de la cantidad de calor a extraer. 7.3. Refrigeración por líquidos, sistemas usados. 7.4. Circulación forzada y por termosifón. 7.5. Refrigeración por aire. 7.6. Torres de enfriamiento. 7.7. Regulación de la refrigeración.


Unidad VIII

8. Equilibrado. 8.1. Acciones internas en el bloque del motor. Momento de rotación. 8.2.Vibraciones del grupo motor. 8.3. Equilibrado del cigüeñal. 8.4. Equilibrado de las fuerzas alternativas de 1º orden, fuerzas alternativas de 2º orden. 8.5. Orden de encendido. 8.6. Estudio del equilibrado del motor para casos particulares.


Unidad IX

9. La distribución. 9.1. Funcionamiento de las válvulas, disposiciones y esquemas de mandos.9.2. Levas, empujadores, balancines. 9.3. la distribución en los motores de dos tiempos. 9.4. El barrido en los motores de dos tiempos. Motores encendidos por chispa: 9.5.La combustión en los motores encendido por chispa. 9.6. Combustión normal.9.7. Velocidad de propagación de la llama. 9.8.Combustiones anormales.9.9. La detonación.9.10. Avance al encendido. 9.11. La cámara de combustión.
9.12. Inyección, carburación y encendido. 9.13. Circuitos de aire combustibles, filtros, bombas. 9.14.El carburador. 9.15. Regulación automática de la razón de mezcla. 9.16. Inyección electrónica de combustible. 9.17Inyeccion L-Jetronic.. 9.18 La inyección mono – Jetronic. 9.20 El sistema Monotronic. 9.21 Técnica de control de los gases de escape. El encendido. 9.22. Sistemas de encendido.9.23. Encendido electrónico a batería.
Motores encendidos por compresión: 9.24. El proceso de combustión en el motor . 9.25 El golpeteo. 9.26 Variables que influyen en el retraso del encendido. 9.27. La cámara de combustión y sus características principales. 9.28. Inyección y regulación. 9.29. Inyección electrónica en el motor diesel.
Motores de dos tiempos. 9.30 Consideraciones sobre los motores de dos tiempos. 9.31. Ciclo. 9.32 El motor de dos tiempos a inyección de gasolina


Unidad X

10. Calderas, generalidades, clasificación. 10.1. Combustión, superficie de calefacción, sobrecalentadores, economizadores y chimeneas. 10.2. Conducción de vapor. Cálculo de pérdidas de presión. 10.4. Velocidad critica. 10.5. Toberas. 10.6 Componentes de la instalación. 10.7 Condensadores. 10.9 Teoría general de las turbomáquinas. 10.10 Ecuación de Euler. 10.11 Turbina de acción. 10.12 Turbina de reacción. 10.13 Turbinas de vapor. 10.14 Regulación. 10.15 Turbomáquinas industriales de ciclo abierto. 10.16 Turbomáquinas industriales de ciclo cerrado.


Unidad XI

11.1 Instalaciones frigoríficas. 11.2 Ciclo de la instalación. 11.3 Cálculo de la necesidad de frigorías. 11.4 Selección del fluido refigerante. 11.5 Cantidad necesaria de fluido refrigerante. 11.6 Desplazamiento volumétrico del compresor. 11.7 Dimensionamiento del condensador. 11.8 Válvula de expansión. 11.9 Dimensionamiento del evaporador. 11.10 Instalaciones de absorción. 11.11 Cámaras frigoríficas. 11.12 Acondicionamiento de ambientes.

 


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