Nombre: MÁQUINAS MARINAS II
Código: 513103012
Carácter: Obligatoria
ECTS: 4.5
Unidad Temporal: Cuatrimestral
Despliegue Temporal: Curso 3º - Segundo cuatrimestre
Menciones/Especialidades:
Lengua en la que se imparte: Castellano
Carácter: Presencial
Nombre y apellidos: HERNÁNDEZ GRAU, JOSÉ
Área de conocimiento: Máquinas y Motores Térmicos
Departamento: Ingeniería Térmica y Fluidos
Teléfono: 968326579 - 968325988
Correo electrónico: jh.grau@upct.es
Horario de atención y ubicación durante las tutorias:
Titulaciones:
Categoría profesional: Profesor Titular de Escuela Universitaria
Nº de quinquenios: 6
Nº de sexenios: 0
Curriculum Vitae: Perfil Completo
[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
[CG2 ]. Capacidad para la dirección de las actividades objeto de los proyectos de su ámbito.
[EPSB2 ]. Conocimiento de los sistemas diesel marinos, turbinas de gas y plantas de vapor.
[T4 ]. Utilizar con solvencia los recursos de la información
[T6 ]. Aplicar criterios éticos y de sostenibilidad en la toma de decisiones
Después de cursar esta asignatura los alumnos de la Titulación de Graduado en Arquitectura Naval e Ingeniería de Sistemas Marinos serán capaces de:
Clasificar en base parámetros geométricos y de operación los Motores de Combustión Interna Alternativos (MCIAs) de aplicación en los sistemas de propulsión y generación de energía eléctrica de buques.
Conocer los elementos y sistemas que forman parte de un MCIA de alta potencia.
Determinar a partir de ensayos en banco pruebas o en operación en barco, los coeficientes de prestaciones del motor, eficiencia energética y nivel de emisiones contaminantes por la combustión del combustible.
Analizar el ciclo termodinámico de los MCIAs de cuatro y dos tiempos, y el fenómeno de la combustión de motores de encendido por compresión.
Manejar las especificaciones de combustibles para motores con fuelóleo/gasóleo y motores a Gas Natural.
Conocer los equipos auxiliares, y de regulación y control del motor.
Motores de Combustión Interna Alternativos (MCIAs)para aplicaciones marinas.Sistemas y elementos principales de los motores marinos.Ciclos termodinámicos teóricos y reales de los MCIAs. Proceso y cámaras de combustión en motores de encendido por compresión (MEC). Proceso de admisión y escape en motores 4T y 2T. Turbo-sobrealimentación. Combustibles para motores MEC. Control de emisiones de gases contaminantes y partículas.Motores a Gas Natural (GNL). Sistemas de inyección de combustible y regulación del motor. Sistemas auxiliares.<br>
UD 1 Fundamentos de Motores de Combustión Interna Alternativos (MCIA) en aplicaciones marinas.
Tema 1 Introducción al estudio de los Motores de Combustión Interna Alternativos (MCIA).
Generalidades de los MCIAs - Conceptos fundamentales - Esquema y nomenclatura del motor alternativo - Elementos constructivos de los MCIA - Ciclo operativo de 4T y 2T - Clasificación de los MCIAs atendiendo al tipo de encendido, ciclo de combustión, número y disposición de cilindros, etc. - El motor de encendido por compresión (MEC) y de encendido provocado (MEP) - Comparación entre MEC de 4T y 2T - Clasificación de los motores de aplicación a propulsión y generadores eléctricos de buques.
Tema 2 Características geométricas y parámetros de operación de los MCIA.
Relación entre la carrera y el diámetro - Relación entre la longitud de la biela y el radio manivela - Área de sección transversal del cilindro - Volumen de cámara de combustión, cilindrada y relación volumétrica de compresión - Expresión del volumen y área del cilindro en función del ángulo de giro - Potencia, par y presión media efectiva corregida - Consumo especifico de combustible y rendimientos - Especificaciones y curvas características de motores marinos.
Tema 3 Ciclos termodinámicos teóricos y reales de los MCIAs. Diagrama de presiones.
Diagrama de presión cilindro para un motor de 4T y 2T - Ciclo de renovación de la carga - Proceso de compresión y expansión - Calor liberado por la combustión - Ciclos teóricos del proceso de ciclo cerrado - Diferencias entre ciclo Otto teórico y real - Diferencias entre ciclo Diesel teórico y real - Modelo termodinámico para el sistema cilindro-pistón - Parámetros característicos del ciclo termodinámico.
UD2 La combustión, combustibles y emisione de gases contaminantes de motores MEC y MEP marinos.
Tema 4 Estequiometría y aspectos energéticos de la combustión.
Combustibles y aire de combustión - Reacción estequiométrica de la combustión - Procesos de combustión de referencia. Exceso de aire (lambda) y combustión incompleta - Aire y gases en combustión de combustibles con composición definida de forma elemental o como hidrocarburo equivalente - Cálculo de la relación aire-combustible a partir del análisis de los gases de escape - Emisiones específicas de contaminantes por el escape - Balances de energía para sistemas con procesos de combustión - Poder calorífico del combustible - Energía en los gases de combustión - Control estequiométrico de la combustión en motores.
Tema 5 La combustión en MEP y MEC.
Posibles procesos de combustión en MCIA - Fases del proceso de combustión normal de MEP - Dispersión cíclica - Ángulo de combustión y avance del encendido - Autoinflamación o combustión detonante - Combustión por encendido superficial - Combustión de mezclas pobres y estratificadas en MEP - Cámaras de combustión de motores MEP - Particularidades del proceso de combustión en MEC respecto al proceso en MEP - Proceso de inyección y evaporación del combustible en MEC - Fases de la combustión en MEC: tiempo de retraso, combustión premezcla y combustión por difusión - Influencia de las condiciones de funcionamiento del MEC en la combustión - Cámaras de combustión abierta y dividida - Comparación de los motores de inyección directa e indirecta.
Tema 6 Combustibles para motores MEP y MEC.
Características físico-químicas de los combustibles líquidos MEP: volatilidad y número de octano - Especificaciones y aditivos de las gasolinas ¿ Características de los combustibles gaseosos: composición, poder calorífico y número de metano - Características físicas de interés en combustibles para MEC: densidad, viscosidad, punto de inflamación, manejabilidad en frío y número de cetano - Características químicas: contenido de azufre, residuo carbonoso y contenido de agua y sedimento - Especificaciones y aditivos de los gasóleos y fuelóleos.
Tema 7 Emisiones de gases contaminantes y partículas.
Formación de contaminantes gaseosos y partículas - Emisiones en función del exceso de aire (motores MEP y MEC) y en función del grado de carga -Límites de emisiones en Europa y EPA para motores de embarcaciones - Límites IMO de emisiones de NOx en motores marinos - Estrategias de control de las emisiones que afectan al proceso de formación - Control de emisiones por post-tratamiento de los gases de escape - Actuaciones sobre el combustible.
Tema 8 Combustibles gaseosos factibles que con cumplen con limitación de emiones de SOx.
Gas natural licuaod o comprimido (GNL/GNC) y gases licuados del petróleo (GLP) - Motor a gas de encendido por chispa (motor dedicado) - Motor a gas de encendido por inyección de gasóleo (motor dual-fuel) - Motores dual fuel 4T y 2T.
UD 3 Proceso de renovación de la carga y turbo-sobrealimentación.
Tema 9 Proceso de admisión y escape en motores 4T y 2T
Proceso de admisión y escape en motores en motores 4T - Rendimiento volumétrico - Descripción del proceso de barrido y tipos de barrido en motores 2T - Rendimiento del barrido en motores de 2T - Factores de operación que afectan al rendimiento volumétrico - Factores de diseño que afectan al rendimiento volumétrico.
Tema 10 Turbo-sobrealimentación.
Finalidades de la sobrealimentación y tipos - Compresor y turbina de grupos de turbo-sobrealimentación - Análisis termodinámico del grupo turbo-sobrealimentación - Mapas característicos de turbina y compresor de turbo-sobrealimentación - Pulso turbo-sobrealimentación o a presión constante - Enfriamiento del aire a la salida del compresor - Determinación del punto de funcionamiento del compresor y turbina - Control de la turbo-sobrealimentación con válvulas de by-pass y de waste-gate - Turbina de geometría variable - Sobrealimentación en motores de 2T - Sobrealimentación de dos etapas y motores de baja relación de compresión.
UD 4 Sistemas auxiliares, instrumentación y mantenimiento.
Tema 11 Servicios auxiliares.
Refrigeración - Cálculo del calor a extraer - Elementos, sistemas y circuitos de refrigeración - Circulación forzada refrigerantes -Lubricación - Funciones de la lubricación - Características y clasificación de los lubricantes - Sistemas de lubricación - Grupos de lubricación - Grupos de arranque - Órganos para la inversión de la marcha.
Tema 12 Instrumentación de motores marinos, matenimiento y mecanismos de deterioro.
Parámetros operacionales estándar - Sensores y válvulas de seguridad - Velocidad de turbocompresores - Presión cilindro - Emisiones contaminantes - Programas de mantenimiento - Mantenimiento basado en la condición del motor - Análisis de diagrma indicador, vibraciones y ultrasonidos.
Práctica Laboratorio Elementos y órganos principales de los motores marinos.
Sistemas principales en los rápidos, semi-rápidos y lentos - Estructuras en los grandes motores lentos, (bancada, bloque, cilindro camisa y culata) - Mecanismo biela-manivela en los grandes motores lentos, (pistones, vástago y cruceta, biela, cigüeñal y cojinetes - Elementos de distribución en los grandes motores lentos (válvulas, accionamientos, bombas y válvulas de barrido - Deteriores por depósitos en camisa y pistón, corrosión y erosión.
Práctica de laboratorio Prueba en bancos de ensayos de un motor diésel marino.
Tipos de ensayos - Normativa de aplicación: - Servicios del bancos de ensayos - Tipos de freno dinamométricos - Sistema de suministro, control y medida de consumo de combustible - Medida de las condiciones ambientales - Medida de parámetros motor. Temperaturas y presiones en aire, gases, refrigerante y lubricante - Analizadores de gases de escape - Medida de opacidad de humos y de emisión de partículas - Programa de ensayos y adquisición de datos.
Práctica de informática Informe de prestaciones y emisiones a partir de datos de ensayo del motor.
Cálculo de la potencia y presión media efectiva corregida según ISO 3046/1 - Consumo específico y eficiencia energética del motor - Cálculo de la relación aire-combustible - Rendimiento volumétrico y puntos de funcionamiento del compresor - Emisiones específicas según ISO 8178/1 - Balance energético del motor.
Práctica de informática Análisis de los datos del registro de presión-volumen en un cilindro.
Presión máxima - Gradiente de presión - Presión media indicada - Politrópicos y ángulos de combustión - Ley de liberación de calor.
Práctica Laboratorio Sistemas de Inyección y regulación.
Función y requisitos del sistema de inyección de combustible - Sistemas de inyección mecánica - Sistemas de dosificación de combustible - Bomba con regulación por embolo rotante - Inyector bomba - Sistemas de ángulo inyección variable. VIT - Sistemas de inyección electrónica - Sistemas common-rail - Sistemas de regulación automática del motor.
Práctica de laboratorio Sistema de renovación de la carga y servicios auxiliares del motor.
Filtro de aire - Conjunto de grupos de compresor/turbina - Enfriadores de aire - Plenum y colectores de aire de admisión y de gases de escape - Intercambiadores del sistema de refrigeración del refrigerante motor, lubricante y combustible - Circuito de lubricación - Circuito de combustible - Arrancador del motor.
La Universidad Politécnica de Cartagena considera como uno de sus principios básicos y objetivos fundamentales la promoción de la mejora continua de las condiciones de trabajo y estudio de toda la Comunidad Universitaria. Este compromiso con la prevención y las responsabilidades que se derivan atañe a todos los niveles que integran la Universidad: órganos de gobierno, equipo de dirección, personal docente e investigador, personal de administración y servicios y estudiantes. El Servicio de Prevención de Riesgos Laborales de la UPCT ha elaborado un "Manual de acogida al estudiante en materia de prevención de riesgos" que puedes encontrar en el Aula Virtual, y en el que encontraras instrucciones y recomendaciones acerca de cómo actuar de forma correcta, desde el punto de vista de la prevención (seguridad, ergonomía, etc.), cuando desarrolles cualquier tipo de actividad en la Universidad. También encontrarás recomendaciones sobre cómo proceder en caso de emergencia o que se produzca algún incidente. En especial, cuando realices prácticas docentes en laboratorios, talleres o trabajo de campo, debes seguir todas las instrucciones del profesorado, que es la persona responsable de tu seguridad y salud durante su realización. Consúltale todas las dudas que te surjan y no pongas en riesgo tu seguridad ni la de tus compañeros.
UD 1 Fundamentals of alternative Internal Combustion Engines (ICE) in marine applications.
Unit 1 Introduction to the study of Internal Combustion Engines (ICE). Four Stroke (4S) / two Stroke (2S) engines and Spark Ignition (SI) and Compression Ignition (CI) engines.
Unit 2 Geometric characteristics and operating parameters of ICEs.
Unit 3 Theoretical and real thermodynamic cycles of the ICEs. Pressure-volume cylinder diagrams.
UD2 Combustion, fuels and emissions of pollutant gases from CI and SI marine engines.
Unit 4 Stoichiometry and energy balance of the combustion process. Energy balance of the engine.
Unit 5 Combustion in SI and CI engines.
Unit 6 Fuels for SI and CI engines. Natural gas dual-fuel engines.
Unit 7 Emissions of pollutant gases and particles in exhaust gases.
Unit 8 Engines with feasible gaseous fuels for comply with SOx limitation.
UD 3 Intake and exhaust systems and turbocharging.
Unit 9 Intake and exhaust process in 4T and 2T engines.
Unit 10 Turbocharging systems.
UD 4 Auxiliary systems, instrumentation and maintenance.
Unit 11 Auxiliary services.
Unit 12 Instrumentation, maintenance and deterioration mechanisms of marine engines.
Clase en aula convencional: teoría, problemas, casos prácticos, seminarios, etc
Clase expositiva empleando el método de la lección. Resolución de dudas planteadas por los estudiantes.
Se resolverán problemas tipo y se analizarán casos prácticos. Se enfatizará tanto en el método de resolución como en el resultado y el sentido físico de éste. Se plantearán problemas y/o casos prácticos similares para que los resuelvan en casa.
28
100
Clase en laboratorio: prácticas
Se realizaran prácticas de laboratorio para conocer los elementos y sistemas que forman parte de un MCIA de alta potencia. de aplicación marina. También se realizará prácticas en en banco pruebas o en operación en barco, para determinar los prestaciones, eficiencia energética y nivel de emisiones contaminantes en un motores marinos.
4
100
Clase en campo o aula abierta (visitas técnicas, conferencias, etc.). En general, actividades que requieren de unos recursos o de una planificación especiales
Se realizaran prácticas de laboratorio para conocer los elementos y sistemas que forman parte de un MCIA de alta potencia. de aplicación marina. También se realizará prácticas en en banco pruebas o en operación en barco, para determinar los prestaciones, eficiencia energética y nivel de emisiones contaminantes en un motores marinos.
0
100
Clase en aula de informática: prácticas
Mediante las sesiones de aula de informática se pretende que los alumnos adquieran habilidades básicas computacionales y manejen programas y herramientas de cálculo y simulación profesionales.
8
100
Actividades de evaluación (sistema de evaluación continua)
1er. Parcial y 2do. Parcial. con cuestiones aplicadas que incluyen cálculos y problemas referidos a los contenidos de cada parcial.
5
100
Actividades de evaluación (sistema de evaluación final)
Se realizará una prueba escrita de tipo individual
4
100
Tutorías
Las tutorías serán individuales o de grupo con objeto de realizar un seguimiento individualizado y/o grupal del aprendizaje.
0
50
Trabajo del estudiante: estudio o realización de trabajos individuales o en grupo
El alumno deberá entregar las informes de las prácticas que cada alumno de forma individual debe realizar con las características y plazo establecido por Aula Virtual. Los informes a entregar de prácticas son: elaboración de informes de especificaciones de motores diésel marinos y análisis del diagrama de indicador de un cilindro de un motor.
Estudio de la materia. Resolución de ejercicios propuestos por el profesor
86
0
Prueba oficial individual
Prueba escrita individual, examen final, que consta de dos partes.
- Cuestiones teóricas y/o teórico-prácticas. Cuestiones teóricas o acompañadas de una aplicación que conlleva un cálculo numérico. Se evalúan los conocimientos teóricos y representa el 50 % de la nota del examen.
- Problemas. Problemas de media o larga extensión. Se evalúa principalmente la capacidad de aplicar conocimientos a la práctica y la capacidad de análisis y representa el 50 % de la nota del examen.
Para sumar cada parte del examen escrito se deberá alcanzar una nota mínima 1.5 puntos en cuestiones y 1.5 puntos en problemas siendo ambas puntuaciones sobre 10, una vez sumadas las dos parte del examen escrito, y solo en ese caso, se promediará con la calificación obtenida en las actividades de prácticas.
70 %
Evaluación de prácticas, visitas y seminarios a partir de las memorias e informes correspondientes
Se evalúan las informes de las prácticas que cada alumno de forma individual deben entregar en el plazo establecido por Aula Virtual.
Los informes a entregar de prácticas son: elaboración de un informe de especificaiones de un motor diesel marino rápido o de media velocidad (datos MSExcel en inglés y asignados por grupos de prácticas), cálculo de parámetros operacionales del motor a ensayar en banco de pruebas (datos registrados por el alumno en el programa de pruebas del motor) y análisis del diagrama p-theta de un cilindro de un motor (datos MSExcel asignados a cada grupo de prácticas).
30 %
Prueba oficial individual
Prueba escrita individual, examen final, que consta de dos partes.
- Cuestiones teóricas y/o teórico-prácticas. Cuestiones teóricas o acompañadas de una aplicación que conlleva un cálculo numérico. Se evalúan los conocimientos teóricos y representa el 50 % de la nota del examen.
- Problemas. Problemas de media o larga extensión. Se evalúa principalmente la capacidad de aplicar conocimientos a la práctica y la capacidad de análisis y representa el 50 % de la nota del examen.
Para sumar cada parte del examen escrito se deberá alcanzar una nota mínima 1.5 puntos en cuestiones y 1.5 puntos en problemas siendo ambas puntuaciones sobre 10, una vez sumadas las dos parte del examen escrito, y solo en ese caso, se promediará con la calificación obtenida en las actividades de prácticas.
70 %
Evaluación de prácticas, visitas y seminarios a partir de las memorias e informes correspondientes
Se evalúan las informes de las prácticas que cada alumno de forma individual deben entregar en el plazo establecid por Aula Virtual.
Los informes a entregar de prácticas son: elaboración de un informe de especificaiones de un motor diesel marino rápido o de media velocidad (datos MSExcel en inglés y asignados por grupos de prácticas), cálculo de parámetros operacionales del motor a ensayar en banco de pruebas (datos registrados por el alumno en el programa de pruebas del motor) y análisis del diagrama p-theta de un cilindro de un motor (datos MSExcel asignado a cada grupo de prácticas).
30 %
Prueba escrita individual, examen final, de contenidos teoricos y su aplicación práctica.
Trabajo de Laboratorio y aula de informática. Se evalúan las ejecuciones y el trabajo en equipo, así como las destrezas y habilidades para el manejo de instalaciones, equipos y ejecución de cálculos con programas informáticos. El alumno deberán cumplir con las criterios de calidad previamente establecidos.
Los alumnos que falten a dos o más sesiones de prácticas se examinarán de esa parte mediante un examen de prácticas a realizar el mismo día que el examen de la asignatura. Es condición necesaria superar el examen de prácticas para aprobar la asignatura. La nota obtenida de esta forma será considerada para la calificación final en las condiciones indicadas en el sistema de evaluación.
Autor: Stone, Richard
Título: Introduction to internal combustion engines
Editorial: MacMillan Press
Fecha Publicación: 1999
ISBN: 0333740130
Autor: Grau Castelló, V.
Título: Maquinas marinas
Editorial: Escuela Técnica Superior de Ingenieros Navales, Sección de Publicaciones
Fecha Publicación: 1995
ISBN:
Autor: Payri González, Francisco,, Desantes Fernández, José María,
Título: Motores de combustión interna alternativos /
Editorial: Reverté ; , Valencia : , UPV,
Fecha Publicación: 2011
ISBN: 9788483637050
Autor: Griffiths, Denis
Título: Marine medium speed diesel engines
Editorial: Institute of Marine Engineers
Fecha Publicación: 1999
ISBN: 1902536185
Autor: Casanova Rivas, Enrique
Título: Principios de máquinas marinas para la propulsión de buques
Editorial: Tórculo
Fecha Publicación: 1999
ISBN: 8484081087
Autor: Atkins, Richard D.
Título: An introduction to engine testing and development
Editorial: SAE International,
Fecha Publicación: 2009
ISBN: 9780768020991
Autor: Griffiths, Denis
Título: Marine Low Speed Diesel Engines
Editorial: Institute of Marine Engineers
Fecha Publicación: 2001
ISBN: 9781902536330
Autor: Basshuysen, Richard van, Schäfer, Fred
Título: Internal combustion engine handbook
Editorial: SAE
Fecha Publicación: 2004
ISBN: 0768011396
Autor: Malcolm Latarche
Título: Pounder's Marine Diesel Engines and Gas Turbines
Editorial: Elsevier Science & Technology
Fecha Publicación: 2020
ISBN: 0081027486, 9780081027486