4to Año Plan D

La Resistencia de Materiales establece los criterios que permiten determinar el material más conveniente, la forma y las dimensiones más adecuadas que deben tener los elementos de una construcción o de una máquina para resistir la acción de las fuerzas exteriores que los solicitan de la forma más económica posible.

La Resistencia de Materiales se ocupa del cálculo de los esfuerzos y deformaciones que se producirán debiendo garantizar el ingeniero que las deformaciones estén dentro de unos límites permisibles y obviamente que no se produzcan roturas.

 La asignatura Resistencia de Materiales aporta al alumno los conceptos y herramientas básicos de la Resistencia de materiales (y algunos conceptos fundamentales de elasticidad), que éste utilizará en diversas asignaturas del módulo técnico, así como en el desempeño de su labor profesional. Asimismo, se introduce al alumno en el uso de programas informáticos como ayuda al cálculo de esfuerzos, de desplazamientos y tensional de sistemas estructurales básicos.

El curso que presentamos recoje los conocimientos básicos de termodinámica
y sus principales aplicaciones en la ingeniería.  Los encuentros cubren los fundamentos de la termodinámica, su extensión y aplicación a sistemas multicomponente y multifásicos, el desarrollo del análisis exergético, y la aplicación de éste a los ciclos de las máquinas térmicas. Numerosos ejercicios
resueltos acompañan el desarrollo de cada parte.
La termodinámica en los estudios de ingeniería cuenta con un buen número de libros de texto. Las características propias del nuestro podemos resumirlas como sigue.
Adoptamos como enfoque de los fundamentos de la Termodinámica la consideración de las variables de proceso calor y trabajo como magnitudes primitivas, mientras que las variables de estado energía interna y entropía son deducidas, respectivamente, de la primera y segunda leyes de la Termodinámica y son empleadas a continuación para establecer el balance de energía y la desigualdad de la entropía. De forma análoga la exergía se define como la capacidad de un sistema para producir trabajo útil, se demuestra que es una variable de estado (una vez definidas las condiones del estado muerto), y se utiliza para construir una ecuación de balance, el balance exergético.
Este curso pretende ser útil como herramienta de autoformación, lo que justifica la importancia que hemos dado en él a la resolución de numerosos ejercicios y a la propuesta de trabajos abiertos, o ‘prácticas’, a
realizar con ayuda de la herramienta informática, y que se describen más abajo.
Mostramos en ellos cómo la aplicación de los balances de masa y energía permite determinar los intercambios de calor y trabajo en un proceso realizado en unas condiciones concretas, y cómo una línea de razonamiento basada en la segunda ley de la Termodinámica permite evaluar si un proceso se realiza
en condiciones óptimas desde el punto de vista energético. Hemos pretendido prestar al menos la misma atención a ambos aspectos.
una fuente en la que encontrar el desarrollo de los conceptos y resultados fundamentales, ejemplos en los que ver su aplicación, y propuestas de trabajo autónomo que completen su formación en esta disciplina. La termodinamica I del libro está dedicada a la termodinámica fundamental y a los métodos de
estimación de propiedades de fluidos puros en condiciones homogéneas. Se desarrolla en ella las consecuencias de las leyes de la Termodinámica para procesos en sistemas cerrados y en volúmenes de control. Se hace hincapié en el empleo de las propiedades de las sustancias reales, recurriendo a tablas, gráficos y ecuaciones de estado en los ejemplos. En esta parte se trata sólo con procesos en los que no ocurren reacciones químicas ni cambios de composición en las sustancias intervinientes. La manera de tratar éstos se expone en la segunda parte del libro, dedicada a los sistemas multicomponente y multifásicos.
Nos hemos centrado aquí esencialmente en las cuestiones de principio (aunque excluyendo de ellas el tratamiento de la estabilidad) y en el estudio de los equilibrios de fases; los resultados relativos a sistemas reactivos que se deriva son exclusivamente los necesarios para abordar con posterioridad el análisis
de los procesos de combustión. En la tercera parte del libro se desarrolla las bases del análisis exergético: se establece el concepto de exergía (incluyendo el de exergía química) y se deduce su ecuación de balance. Sobre la base de ésta se introduce la medida de la irreversibilidad y la noción de rendimiento exergético.
La cuarta parte de nuestro libro está dedicada al análisis de los procesos que tienen lugar en las principales máquinas térmicas. El análisis termodinámico de cada proceso se ha desarrollado con todo detalle, incluyendo ejemplos resueltos. Como mencionábamos antes nos ha interesado especialmente mostrar cómo puede evaluarse el funcionamiento de una máquina térmica desde el punto de vista energético. No sólo interesa conocer el rendimiento de una máquina térmica sino determinar si los parámetros que caracterizan su proceso son los que conducen al rendimiento óptimo. Este tipo de razonamiento se basa en rutinas de optimización que hacen uso del análisis exergético. Se muestra que en cualquier proceso termodinámico las condiciones que hacen máximo el producto obtenido (sea éste calor, trabajo mecánico o materia) son aquellas que hacen que la irreversibilidad del proceso sea mínima. Para llevar adelante este tipo de trabajo se necesita herramientas de cálculo potentes. Hemos incluido una serie de hojas de cálculo que permiten simular los procesos básicos. Para la elaboración de este material hemos contado con ayuda económica de la Universidad Politécnica de Valencia dentro de su Plan de Innovación Educativa. Las hojas de cálculo están preparadas de manera que el lector obtiene inmediatamente, además de las modificaciones en los números calculados, la modificación de la representación gráfica del ciclo.

El estudiante no debe perder de vista que son herramientas de cálculo desarrolladas con fines docentes; en algún caso se ha preferido limitar la precisión de los resultados a cambio de que las ecuaciones empleadas en la simulación de las propiedades termodinámicas de los fluidos sean lo suficientemente cortas como para que puedan ser interpretadas de forma sencilla. Hemos planteado doce ejercicios propuestos al lector, que hemos llamado ‘prácticas’, en los que con ayuda de las hojas de cálculo se puede, de manera autónoma, realizar el balance de energía y exergía de un proceso global. Estos ejercicios ‘prácticos’ han sido expuestos con todo detalle con la intención de ofrecer una muestra de la potencia y (creemos que) utilidad de esta metodología para la docencia y el análisis termodinámico de los ciclos de las máquinas térmicas. Por último, con objeto de hacer auto-contenido el texto, se proporciona acceso a material complementario que contiene hojas de cálculo, tablas y gráficos de propiedades de sustancias que se emplean en el libro, mediante un código QR que se presenta al final del índice. Dado que el cuerpo del curso desarrolla todas las argumentaciones necesarias para llegar a los resultados, no ha sido necesario incluir en él un apartado de referencias bibliográficas al que remitir aquellas; sólo en ocasiones puntuales se ha hecho uso de tales referencias a libros o artículos de la literatura sobre termodinámica, que aparecen como notas a pie de la correspondiente página. La colección de títulos que se recoge en el apartado de Bibliografía tiene pues, más bien, carácter de recomendación de obras -la mayoría de ellas bien conocidas- con las que el lector puede completar y ampliar la materia que se trata en este manual.