Descripción y contextualización de la asignatura

Durante muchos años, el análisis de las plantas de energía o de procesos industriales se ha venido haciendo únicamente, atendiendo a criterios energéticos, basados en el primer principio de la Termodinámica. Ese planteamiento, aun siendo interesante, resulta insuficiente, ya que no distingue entre las diferentes calidades de la energía. Resulta necesario el uso de un enfoque más amplio, basado en la combinación del primer y segundo principio de la Termodinámica, es decir, basado en la variable termodinámica exergía.



La ventaja fundamental de estos análisis exergéticos, radica en que la exergía constituye una referencia común a todo tipo de energías, permitiendo diferenciar su calidad e identificar aquellos equipos, procesos, o sistemas menos eficientes, donde se producen las mayores irreversibilidades (destrucciones de exergía). Esa identificación se puede lograr de manera muy sencilla, mediante la definición de unos costes exergéticos, que permitan “valorar” cada flujo en una planta. Traduciendo esos costes exergéticos a costes termoeconómicos, se dispone de una herramienta muy útil para el diseño y optimización de procesos, facilitando asimismo la toma de decisiones ante una nueva inversión. La disciplina que aborda todos estos aspectos es la Termoeconomía.



Por ello, en la asignatura TERMOECONOMIA se desarrollan todos los aspectos relativos al análisis exergético, el cálculo de los costes exergéticos y termoeconómicos, y su relación con el medio ambiente, como posible indicador de la sostenibilidad de un proceso o planta.



Para esta asignatura, se parte de la idea de que el alumnado ha adquirido durante el grado una base sólida en Termodinámica y Mecánica de Fluidos (ambas de 2º curso) y de Ingeniería Térmica (de 4º curso). Igualmente, resulta conveniente haber aprobado las asignaturas de primer curso del Master: Motores e Instalaciones Térmicas y Motores térmicos basados en turbomáquinas.

Esta asignatura, permite abordar con un enfoque completo las asignaturas del segundo curso en la especialidad Ingeniería Termoenergética: Centrales termoeléctricas, Plantas de Cogeneración, Instalaciones de refrigeración e Instalaciones de Climatización y Ventilación.

Convocatoria ordinaria: orientaciones y renuncia

El sistema de evaluación es mixto correspondiendo un 65% de la nota final a la evaluación continuada (Entrega y exposición del caso práctico + entrega de problemas).



NOTA FINAL:

- PRUEBA ESCRITA (35%)

- ENTREGA DE PROBLEMAS (15%)

- ENTREGAS DEL CASO PRÁCTICO (40%)

- PRESENTACIÓN DEL CASO PRÁCTICO (10 %)



- REQUISITO MÍNIMO: Para aprobar la asignatura en la prueba escrita a desarrollar habrá que obtener un mínimo del 40%. En actas aparecerá la nota de la prueba escrita en caso de no llegar al mínimo requerido.



- RÚBRICA: El alumnado que no entregue la rúbrica para evaluar el trabajo en grupo, tendrá una penalización de 0,5 puntos. Así mismo, tendrá una penalización en la nota de grupo en base a la puntuación obtenida en dicha rúbrica:

· No se le penalizará si obtiene más de un 5.

· Se le restará 0,5 puntos si obtiene entre un 3 y un 5 (ambos inclusive)

· Se le restará 1 punto si obtiene menos de un 3.



- RENUNCIA: Para renunciar a la convocatoria de evaluación mixta bastará con no presentarse a la prueba escrita.



EVALUACIÓN FINAL: La persona que se quiera acoger al sistema de evaluación final renunciando así al sistema de evaluación continua, debe notificarlo por escrito a la persona coordinadora de la asignatura antes de que hayan transcurrido 2 semanas desde el inicio de la asignatura. En este sistema el formato de prueba escrita (35% de la nota final) es igual al de la convocatoria ordinaria. Además, se añade la entrega de una serie de problemas resueltos por parte del alumno/a (15% de la nota final) y la realización de un informe (40% de la nota final) sobre el análisis termoeconómico de una planta real, que deberá ser expuesto oralmente (10% de la nota final). Las fechas de entrega de los problemas, del informe y de la exposición oral serán decididas por el equipo docente de la asignatura.



CRITERIOS DE EVALUACIÓN:



PRUEBA ESCRITA

- Aplicación de los conceptos básicos

- Escribir correctamente las fórmulas

- Desarrollos matemáticos y obtención de resultados (valor numérico y unidades)

- Evaluación crítica de los resultados obtenidos



ENTREGA DE PROBLEMAS RESUELTOS CON EL EES

- Planteamiento de las ecuaciones en el entorno del programa EES

- Obtención de resultados numéricos correctos



CASO PRÁCTICO:

- Plazos de entrega y formato adecuados

- Correcta realización de los balances de masa, energía y exergía en los diferentes equipos.

- Determinación de los rendimientos energéticos y exergéticos de la planta.

- Correcta aplicación de las premisas de la termoeconomía y determinación de los costes unitarios.

- Propuestas de mejoras y conclusiones adecuadas en el informe.



PRESENTACIÓN DEL PROYECTO:

- Formato y duración de la presentación

- Aspecto de la presentación

- Contenido de la presentación

- Exposición oral de la presentación



ACTIVIDADES EN GRUPO:

- Contribución y participación en los trabajos

- Actitud colaborativa positiva

- Asistencia y puntualidad a las reuniones

Convocatoria extraordinaria: orientaciones y renuncia

Las condiciones son las mismas que en la convocatoria ordinaria, pero la convocatoria extraordinaria consta sólo de la prueba escrita. Para obtener la nota final de la asignatura, a la calificación de la prueba escrita se le suman las calificaciones obtenidas con la entrega de problemas resueltos, la entrega del informe del caso práctico y de la exposición. Las notas de la entrega de problemas resueltos, la entrega del informe del caso práctico y de la exposición se guardarán durante el curso pero en ningún caso para el curso siguiente.



Si algún estudiante no ha superado la parte de evaluación continua (menos del 50 % en la nota de entrega de problemas resueltos + entrega del caso práctico + exposición), y quisiera repetir esa parte, deberá ponerse en contacto con el coordinador de la asignatura con al menos 2 semanas de antelación sobre la fecha de la prueba escrita de la convocatoria extraordinaria. En tal caso, la parte de la evaluación continua consistirá en la entrega de una serie de problemas resueltos por parte del alumno/a (15% de la nota final) y la realización de un informe (40% de la nota final) sobre el análisis termoeconómico de una planta real, que deberá ser expuesto oralmente (10% de la nota final). Las fechas de entrega de los problemas, del informe y de la exposición oral serán decididas por el equipo docente de la asignatura.

Temario

En esta asignatura se utilizan diversas metodologías, dependiendo de la modalidad de enseñanza:



En las clases Magistrales, mediante una presentación en PowerPoint se explica al alumnado el contenido teórico de cada uno de los temas, planteando diferentes cuestiones sobre el tema en cuestión. Para asimilar el contenido teórico, en las prácticas de aula se realizan 2-3 ejercicios que pueden ser resueltos por parte del docente, de algún estudiante que salga a la pizarra o incluso trabajando en grupos reducidos.

Además, se proponen dos entregables de ejercicios a lo largo del curso para que el alumnado trabaje de manera autónoma o cooperativa y así amplíe la colección de problemas resueltos. El alumnado recibirá feedback de la primera entrega de problemas antes de la fecha de entrega de la siguiente. Para la resolución de estos problemas, el alumnado utilizará el programa informático EES y/o las tablas de propiedades termodinámicas.



El estudiante deberá demostrar que ha alcanzado los resultados de aprendizaje previstos mediante las siguientes tareas planteadas:



TAREA 1: El alumnado en grupos de 3-4 personas constituye una ingeniería que compite con el resto de grupos de la clase por la adjudicación de un concurso de una planta de energía. Partiendo de las restricciones de diseño y los criterios de valoración del concurso (disponibles en eGELA), cada grupo realiza el diseño y caracterización del modo de funcionamiento (potencia, rendimiento y costes de inversión) de la planta mediante el programa EES.

TAREA 2: Partiendo del diseño de la planta realizado en la Tarea 1, cada grupo determina con el programa EES los costes exergéticos y termoeconómicos de su planta. A partir del análisis de los resultados obtenidos, cada grupo elaborará un informe donde deberá identificar los equipos donde se producen las mayores ineficiencias y plantear la mejora del diseño inicial (calculando el nuevo rendimiento y los nuevos costes de inversión).

TAREA 3: De manera grupal, se hará una exposición oral apoyándose en una presentación PowerPoint sobre el caso analizado en las Tareas 1 y 2.

TAREA 4: Resolver de manera grupal (3-4 personas) una serie de problemas mediante el programa EES. El profesorado facilitará los enunciados a través de eGELA y habilitará 2 entregas parciales, distribuidas a lo largo del periodo lectivo de la asignatura.

TAREA 5: Desarrollar de forma individual los problemas de la prueba escrita relacionados con el análisis exergético y la Termoeconomía.

TAREA 6: Rellenar una rúbrica para evaluar el trabajo y la actitud del resto de integrantes del grupo en las diferentes actividades grupales realizadas.



El planteamiento de la asignatura de TERMOECONOMIA se ha llevado a cabo basándose en el siguiente temario:



TEMA 1. - INTRODUCCIÓN

TEMA 2. – EXERGÍA QUÍMICA

TEMA 3. - ANÁLISIS FUNCIONAL DE EQUIPOS

TEMA 4. - TEORÍA DEL COSTE EXERGÉTICO

TEMA 5. - COSTES TERMOECONÓMICOS

Bibliografía

Materiales de uso obligatorio

- Materiales que se publicarán a lo largo del curso en la plataforma virtual eGELA (power points, ejercicios, enunciados, informes, rúbricas, ...)







- EES Engineering Equation Solver. Estará disponible para su descarga en eGELA e instalado en los centros de cálculo de la escuela.

Bibliografía básica

1. Kotas T.J. The Exergy Method of Thermal Plant Analysis, Butterworth, 1985.

2. Szargut J. et al, Exergy Analysis if Thermal, Chemical and Metallurgical Processess, Hemisphere.

3. Lozano M.A., Valero A., Apuntes de Termoeconomía, Área de Máquinas y Motores Térmicos, Universidad de Zaragoza, 1990.

4. J M Sala, Termodinámica de Fluidos y el Método de Análisis Exergético, Universidad del País Vasco, 1987.

5. Bejan A., Advanced Engineering Thermodynamics, J Wiley, 1988.

6. Papalambros P.Y. Wilde D.J., Principles of Optimal Design-Modeling and Computation, Cambridge University Press, 1988.

7. Bejan A., Tsatsaronis G., Moran M., Thermal Design and Optimization, J Wiley, 1996.

Revistas

1. International Journal of Exergy



2. Energy



3. Energy Policy



4. Energy Conversion and management



5. Applied Energy



6. International Journal of Thermodynamics



7. Energy and Buildings



8. International Journal of Energy Research

Enlaces

American Center for Life Cycle Assessment (ACLCA): www.aclca.org



American Society of Heating, Refrigeration and Air Conditioning: www.ashrae.org



International Energy Agency: http://www.iea.org