Universidad de Jaén

Sistemas de generación. Turbinas hidráulicas. Turbinas térmicas. Presas, calderas y reactores nucleares.

• Conocer los principios básicos de la Termodinámica y de la Mecánica de Fluidos.
• Conocer las instalaciones generadoras de energía eléctrica así como su análisis y diseño.
• Conocer las Centrales hidráulicas: tipos y elementos que las componen
• Conocer las Centrales Térmicas: elementos que las componen, rendimiento y características que lo mejoran.
• Proporcionar al alumno un conocimiento de las nuevas tecnologías y tendencias de producción de energía eléctrica.
• Dotar al alumno de los conocimientos necesarios para el control y regulación de los sistemas de generación eléctrica.
• Trabajar en equipo.
• Desarrollar el aprendizaje autónomo.
• Fomentar el razonamiento crítico así como la capacidad de análisis y síntesis.

BLOQUE 1.- CENTRALES HIDROELÉCTRICAS

TEMA 1: ENERGÍA HIDRÁULICA 1.1.- Energía primaria. Introducción, 1.2.- Energía hidráulica, 1.3.- El ciclo del agua, 1.4.- El salto sus clases, 1.5.- La precipitación, 1.6.- Aforo de los ríos, 1.6.1.- Vertederos de pared delgada, 1.6.2.- Molinetes, 1.6.3.- Medidores de codo, 1.6.4.- Método de la sal, 1.7.- Curvas características de un río.

TEMA 2: PRESAS.-2.1.- Estudio de la central, 2.2.- Emplazamiento, 2.3.- La presa tipo de presas, 2.3.1.- Presas de tierra, 2.3.2.- Presas de arco de bóveda, 2.3.3.- Presas de gravedad, 2.3.4.- Presas de escollera, 2.4.- Aliviaderos, 2.4.1.- Control de nivel, 2.4.2.- Chimeneas de equilibrio, 2.4.3.- Sala de máquinas, 2.5.- Fuerzas hidráulicas sobre superficies planas sumergidas, 2.6.- Fuerzas hidráulicas sobre superficies curvas, 2.7.- Empuje en la base de la presa, 2.7.1.- Estabilidad de la presa (deslizamiento y vuelco).

TEMA 3: CLASIFICACIÓN DE LAS CENTRALES HIDRÁULICAS.- 3.1.- Tipos de centrales, 3.1.1.- Centrales de agua fluyente, 3.1.2.- Centrales de agua embalsada, 3.1.3.- Centrales de acumulación por bombeo, 3.2.- Clasificación de las centrales según la potencia, 3.2.1.- Micro centrales, 3.2.2.- Centrales de pequeña y media potencia, 3.2.3.- Centrales de gran potencia, 3.3.- Clasificación según la altura de salto, 3.3.1.- Altura de salto aprovechable, 3.3.2.- Potencia de un salto.

TEMA 4: ESTUDIO DE LA INSTALACIÓN HIDRÁULICA.- 4.1.- Tuberías forzadas o cerradas, 4.1.1.- Clases de tuberías forzadas, 4.2.- Dispositivos de cierre, de seguridad y accesorios, 4.2.1.- Dispositivos de cierre, 4.2.2.- Sistemas de protección, 4.2.3.- Accesorios, 4.3.- Pérdidas de carga en los tramos rectos, y locales en los accesorios, 4.3.1.- Pérdidas primarias y secundarias, 4.3.2.- Cálculo de las pérdidas de carga primarias, 4.3.3.- Cálculo de las pérdidas secundarias, 4.4.- Tuberías abiertas (canales) - Formula de Chezy, 4.4.1.- Formulas de Bazin, Kutter y Manning, 4.5.- Golpe de ariete, 4.5.1.- Golpe de ariete en cierre rápido o tubería larga, 4.5.2.- Golpe de ariete en cierre lento o tubería corta, 4.5.3.- Atenuación del golpe de ariete. Chimeneas de equilibrio.

TEMA 5: TURBO MÁQUINAS HIDRÁULICAS.- 5.1.- Introducción, 5.2.- Turbinas hidráulicas, 5.2.1.- Turbinas de acción, 5.2.2.- Turbinas de reacción, 5.2.3.- Clasificación según la dirección del flujo en el rodete, 5.3.- Teoría de las turbo máquinas, 5.4.- Ecuaciones de Euler, 5.5.- Triángulos de velocidades: Otra forma de la ecuación de Euler, 5.6.- Grado de reacción, 5.7.- Pérdidas, 5.7.1.- Pérdidas hidráulicas y rendimiento hidráulico, 5.7.2.- Pérdidas intersticiales, 5.7.3.- Pérdidas mecánicas, 5.8.- Potencias y rendimientos, 5.8.1.- Potencias, 5.8.2.- Rendimientos, 5.9.- Semejanza en turbo máquinas 5.9.1.- Relaciones de semejanza en turbomáquinas, 5.9.2.- Relaciones de semejanza en caudales, alturas y potencias en bombas, 5.10.- Velocidad específica.

TEMA 6: TURBO MÁQUINAS HIDRÁULICAS, TURBINA PELTON.- 6.1.- Tipos mas usuales de turbinas, 6.2.- Turbinas de acción Pelton, 6.2.1.- Triángulos de velocidades, 6.2.2.- Rendimiento hidráulico, 6.3.- Potencia, par motor y rendimiento, 6.3.1.- Valores teóricos, 6.3.2.- Valores reales, 6.4.- Proyecto de una turbina Pelton.

TEMA 7: TURBO MÁQUINAS HIDRÁULICAS, TURBINA FRANCIS.- 7.1.- Introducción, 7.1.1.- Distribuidor, 7.1.2.- Rodete, 7.1.3.- Tubo de descarga: Cavitación, 7.1.4.- Golpe de ariete. orificio compensador, 7.2.- Triangulo de velocidades, 7.2.1.- Velocidad absoluta de entrada (c ₁), 7.2.2.- Velocidad tangencial de entrada (u ₁), 7.2.3.- Velocidad relativa de entrada (w ₁), 7.2.4.- Velocidad absoluta de salida (c ₂), 7.2.5.- Velocidad tangencial y relativa de salida (u ₂, w ₂), 7.3.- Rendimiento hidráulico: Condiciones de diseño, 7.4.- Turbinas rápidas, 7.4.1.- Turbinas de hélice, 7.4.2.- Turbinas Kaplan, 7.4.3.- Turbinas bulbo, 7.4.4.- Turbinas bomba.

TEMA 8: REGULACIÓN DE LAS TURBINAS HIDRÁULICAS.- 8.1.- Introducción, 8.2.- Regulación taquimétrica, 8.2.1.- Regulación directa, 8.2.2.- Regulación indirecta con amplificación y sin retroalimentación, 8.2.3.- Reg. ind. con amplificación y retroalimentación (servomecanismos), 8.3.- Regulación de las turbina de acción y de reacción, 8.3.1.- Regulación de las turbinas de acción, 8.3.2.- Regulación de una turbina de reacción.

TEMA 9: BOMBAS HIDRÁULICAS (I).- 9.1.- Introducción,  9.1.1.- Tipos de bombas, 9.2.- Bombas centrífugas. Funcionamiento, 9.2.1.- Funcionamiento de la bomba centrífuga, 9.2.2.- Transformaciones de energía en las bombas centrífugas, 9.2.3.- Cebado de la bomba, 9.3.- Ecuaciones de Euler en las bombas centrífugas, 9.4.- Curvas características, 9.4.1.- Curvas teóricas altura caudal, 9.4.2.- Curva real altura caudal, 9.4.3.- Curvas de potencia y rendimientos, 9.5.- Características para diferentes velocidades de giro, 9.6.- Velocidad específica y rendimiento de las bombas.

TEMA 10: BOMBAS HIDRÁULICAS (II).- 10.1.- Aspiración de las bombas centrífugas. Cavitación, 10.1.1.- Altura neta requerida (NPSH _req), 10.1.2.- Altura neta disponible (NPSH _d), 10.1.3.- Altura de aspiración ( H _a), 10.2.- Punto de funcionamiento de una bomba centrífuga, 10.3.- Acoplamiento de bombas a la red, 10.3.1.- Bombas combinadas en paralelo, 10.3.2.- Bombas acopladas en serie.

BLOQUE 2.- CENTRALES TERMICAS CONVENCIONALES.

TEMA1.- INTRODUCCIÓN A LA TERMODINÁMICA, 1er Y 2º PRINCIPIOS EN SISTEMAS CERRADOS.- 1.1.- Noción de sistema    , 1.1.1.- Equilibrio térmico y mecánico de los sistemas, 1.2.- Clasificación de los sistemas, 1.2.1.- Sistemas cerrados, 1.2.2.- Sistemas abiertos, 1.3.- Propiedades de un sistema, 1.4.- Estados de equilibrio, transformaciones y procesos, 1.4.1.- Clases de procesos, 1.4.1.1.- Procesos reversibles, 1.4.1.2.- Procesos irreversibles, 1.4.1.3.- Tipos de irreversibilidades, 1.5.- Concepto de calor y de energía interna, 1.5.1.- Criterio de signos para el calor y el trabajo, 1.6.- Primer Principio en los sistemas cerrados, 1.6.1.- Trabajo en un sistema cerrado, 1.6.2.- Entalpía, 1.6.3.- Concepto de trabajo útil y efectivo, 1.7.- Concepto de máquina térmica, 1.8.- La máquina de Carnot, 1.8.1.- Rendimiento del ciclo de Carnot, 1.9.- Segundo Principio de la Termodinámica, 1.9.1.- Principio de crecimiento de la entropía.

TEMA 2: ESTUDIO DE VAPORES.- 2.1.- Cambios de fase en los sistemas de un componente, 2.2.- Vapor húmedo, vapor seco y vapor saturado.

TEMA 3: DIAGRAMA ENTRÓPICO T-s Y ENTÁLPICO h-s.- 3.1.- Diagrama T-s, 3.2.- Estudio de las transformaciones en el diagrama T-s, 3.3.- Ciclo de Carnot en el diagrama T-s, 3.4.- Ciclo de máximo rendimiento, 3.5.- Rendimiento térmico en ciclos reversibles, 3.6.- Diagrama T-s para el vapor de agua, 3.7.- Diagrama h-s para el vapor de agua,

TEMA 4: SISTEMAS ABIERTOS: 1º Y 2º PRINCIPIOS.- 4.1.- Flujo permanente, 4.2.- Conservación de la masa, 4.3.- Conservación de la energía, 4.4.- Válvulas de estrangulamiento, 4.5.- Trabajo reversible de un flujo permanente, 4.6.- Energía disponible de un flujo, 4.7.- Exergía.

TEMA 5: CENTRALES TÉRMICAS. COMBUSTIBLE Y COMBUSTIÓN.- 5.1.- Clasificación de las centrales según los ciclos térmicos empleados, 5.2.- Disposición de los elementos de una central de vapor, 5.2.1.- Circuito agua-vapor, 5.2.2.- Circuito aire combustible, 5.2.3.- Circuito de humos, 5.3.- Clases de combustibles, 5.3.1.- El carbón, 5.3.1.1.- Clasificación de los carbones, 5.3.1.2.- Análisis elemental del carbón, 5.3.1.3.- Análisis químico del carbón, 5.3.1.4.- Impurezas del carbón, 5.3.1.5.- Combustibles pulverizados, 5.3.2.- Combustibles gaseosos, 5.3.2.1.- Gas natural, 5.3.2.2.- Gases licuables del petróleo, 5.3.2.3.- Gases subproductos, 5.3.2.4.- Gas de gasógeno, 5.3.2.5.- Gas de agua, 5.3.3.- Combustibles líquidos. Petróleo, 5.3.3.1.- Características comparativas, 5.3.3.2.- Instalaciones de cracking, 5.3.3.3.- Gasolina, 5.3.3.4.- Aceites combustibles (Fuel oíl), 5.3.4.- Poder calorífico de los combustibles, 5.3.5.- Combustión, 5.3.5.1.- Aire mínimo para la combustión.

TEMA 6: CALDERAS. SU CONSTITUCIÓN EN CENTRALES TÉRMICAS.- 6.1.- Generador de vapor, 6.1.1.- Circulación natural, 6.1.2.- Calderas de vapor con circulación forzada, 6.2.- Recalentador de vapor, 6.3.- Condensador, 6.4.- Precalentadores  del agua de alimentación, 6.4.1.- Clasificación de los precalentadores del agua de alimentación, 6.4.1.1.- Economizadores, 6.4.1.2.- Calentadores cerrados, 6.4.1.3.- Calentadores abiertos o de mezcla, 6.4.2.- Tratamiento del agua de alimentación, 6.5.- Precalentador del aire para la combustión, 6.6.- Eyectores, 6.7.- Accesorios de las calderas, 6.8.- Chimeneas, 6.8.1.- Tiro de las chimeneas, 6.8.1.1.- Tiro natural, 6.8.1.2.- Tiro mecánico,

TEMA 7.- CICLO TÉRMICO EN CENTRALES DE VAPOR. CICLO DE RANKINE.- 7.1.- Ciclo de Carnot para vapor, 7.2.- Análisis energético del ciclo ideal, 7.3.- Mejora del rendimiento del ciclo de Rankine, 7.3.1.- Aumento de la temperatura media de absorción de calor, 7.3.2.- Disminución de la temperatura media de cesión de calor, 7.4.- Ciclo de Rankine con recalentamiento intermedio, 7.5.- Ciclo ideal de Rankine con regeneración, 7.6.- Ciclo irreversible de Rankine.

TEMA 8.- TURBINAS TÉRMICAS. TURBINAS DE GAS.- 8.1.- Centrales térmicas con turbinas de gas, 8.2.- Descripción de los motores de turbinas de gas, 8.2.1.- Motores de turbina de gas de ciclo abierto simple, 8.2.2.- Motores de turbinas de gas de ciclo cerrado, 8.2.3.- Motores de turbinas de gas de varios ejes o flechas, 8.3.- Ventajas e inconvenientes de las TG, 8.3.1.- Ventajas sobre las instalaciones de vapor, 8.3.2.- Ventajas sobre los motores de émbolo para aviación, 8.4.- Principales aplicaciones de las TG , 8.4.1.- Turbosobrealimentadores en motores de combustión interna, 8.4.2.- Producción de energía eléctrica, 8.4.3.- Motor de turbina de gas para tracción ferroviaria, 8.4.4.- Motores de turbinas de gas para propulsión marina, 8.4.5.- Motores de turbinas de gas para aviación, 8.5.- Ciclos térmicos en los motores de turbinas de gas, 8.5.1.- Ciclo Brayton ideal de aire, 8.5.2.- Ciclo Brayton real de aire, 8.5.3.- Ciclo Brayton regenerativo, 8.6.- Motores de TG regenerativa con recalentamiento y refrigeración, 8.6.1.- Motores de turbina de gas con recalentamiento, 8.6.2.- Motores de turbina de gas con refrigeración, 8.6.3.- Motores de TG con refrigeración, recalentamiento y regeneración, 8.7.- Otros ciclos en los motores turbinas de gas, 8.7.1.- Ciclos mixtos turbinas de gas - turbinas de vapor, 8.7.2.- Ciclo Ericsson, 8.7.3.- Ciclo Stirling, 8.7.4.- Ciclo binario, 8.7.4.1.- Propiedades de los fluidos para los ciclos binarios, 8.7.5.- Centrales con grupos Diesel - alternador.

TEMA 9.- MOTORES ALTERNATIVOS DE COMBUSTIÓN INTERNA. CICLO TEÓRICO, POTENCIAS Y RENDIMIENTOS.- 9.1.- Conceptos generales, 9.2.- Motores de combustión interna alternativos, 9.3.- Ciclo operativo del motor de cuatro tiempos, 9.4.- Ciclo operativo del motor de dos tiempos, 9.5.- Diagrama teórico de un motor de cuatro tiempos, 9.6.- Diagrama real de un motor de cuatro tiempos, 9.7.- Ciclos teóricos, 9.8.- Ciclo ideal Otto, 9.9.- Ciclo ideal Diesel, 9.10.- Ciclo ideal mixto o de Sabathé, 9.11.- Ciclos de aire, 9.12.- Ciclos aire - combustible, 9.13.- Potencias, 9.13.1.- Potencia indicada. Presión media indicada, 9.13.2.- Potencia efectiva, 9.14.- Rendimientos, 9.15.- Consumo específico de combustible.

BLOQUE 3.- CENTRALES NUCLEARES

TEMA 1: INTRODUCCIÓN A LA FÍSICA NUCLEAR.- 1.1.- Introducción, 1.2.- Constitución de la materia, 1.2.1.- Constitución del núcleo, 1.3.- Elementos naturales, 1.3.1.- Efectos ionizantes de las radiaciones, 1.4.- Detección de las radiaciones, 1.5.- Medición de las radiaciones, 1.5.1.- Cámara de ionización, 1.5.2.- Contador proporcional, 1.5.3.- Contador Geiger-Müller, 1.6.- Velocidad de desintegración, 1.7.- Equilibrio radiactivo, 1.8.- Series radiactivas

TEMA 2: MASA Y ENERGÍA - REACCIONES NUCLEARES.- 2.1.- Equivalencia entre masa y energía, 2.2.- Defecto de masa, 2.3.- Fuerzas nucleares, 2.3.1.- Teoría de las fuerzas nucleares masónicas, 2.3.2.- Teoría de los niveles nucleares, 2.3.3.- Teoría de la gota líquida, 2.4.- Equivalencia entre unidades de masa y energía, 2.5.- Energía de formación  - Estabilidad del núcleo atómico, 2.6.- Fuentes de energía nuclear, 2.7.- Reacciones nucleares, 2.8.- Tipos de reacciones nucleares, 2.9.- Hipótesis del núcleo compuesto, 2.10.- Energía de excitación.

TEMA 3: REACCIONES CON NEUTRONES.- 3.1.- El neutrón, 3.2.- Producción de neutrones, 3.2.1.- Fuentes alfa - neutrón, 3.2.2.- Fuentes fotoneutrónicas, 3.2.3.- Aceleradores de partículas, 3.2.4.- Neutrones de fisión, 3.3.- Reacciones con neutrones, 3.4.- Sección eficaz, 3.5.- Valoración de la sección eficaz con la energía, 3.6.- Camino libre medio, 3.7.- Flujo de neutrones, 3.8.- La fisión su descubrimiento y reacciones, 3.9.- Teoría de la fisión, 3.10.- Energía desprendida en la fisión, 3.11.- Constante de los materiales fisionables, 3.12.- Conversión de material fértil en fisionable.

TEMA 4: LA REACCIÓN EN CADENA.- 4.1.- La reacción en cadena, 4.1.1.- Tamaño critico, 4.2.- Reacción en cadena con neutrones rápidos, 4.3.- Reacción en cadena con neutrones lentos, 4.4.- El factor de multiplicación en el medio infinito, 4.5.- Ciclo de neutrones en un sistema finito, 4.6.- Relación de conversión. 

TEMA 5: REACTORES NUCLEARES.- 5.1.- Reactores nucleares, 5.2.- Moderador, 5.3.- Combustibles nucleares, 5.4.- Disposición del combustible en el reactor, 5.5.- Refrigerante, 5.6.- Reflector, 5.7.- Potencia de un reactor, 5.8.- Clasificación de los reactores nucleares, 5.8.1.- Reactores de investigación, 5.8.2.- Reactores de agua a presión,  5.8.3.- Reactores de agua en ebullición, 5.8.4.- Reactores refrigerados por gas, 5.8.5.- Reactores de agua pesada, 5.8.6.- Reactores reproductores,5.8.7.- Reactores homogéneos.

La evaluación se realizará mediante el examen fijado oficialmente y constará de dos partes: una teórica y/o cuestiones, cuyo valor será de 5 puntos y otra de problemas cuyo valor será de 5 puntos.

En cuanto a las prácticas de laboratorio, habrá que presentar las correspondientes memorias y examinarse de las mismas; siendo necesario obtener la calificación de APTO.

Para aprobar la parte de centrales nucleares (bloque 3) habrá que entregar, correctamente completado, un cuestionario.

Para aprobar el examen de la asignatura será necesario superar el aprobado tanto en la parte teórica como en la de problemas. Si esta condición se cumple, la nota final será la suma de ambas.

Para aprobar la asignatura será necesario:

• Superar las prácticas de laboratorio con la calificación de APTO.
• Superar el bloque 3 con la calificación de APTO.
• Aprobar el examen final. Cada parte del examen (teoría y problemas) hay que aprobarla de manera independiente.

El alumno aprueba o suspende la asignatura completa, incluyendo teoría, problemas y prácticas de laboratorio. 

Las prácticas de laboratorio se calificarán con Apto/No apto y se evaluarán mediante un examen. Aquellos alumnos que no superaron las prácticas en cursos con docencia presencial, tendrán que avisar de su situación (prácticas NO APTAS) al profesor al menos un mes antes del examen oficial al que se presentarán.