Lehrveranstaltungen

Technische Thermodynamik

Lehrveranstaltung jeweils im Wintersemester im Umfang von 2V, 2Ü und 1P in den Bachelorstudiengängen Maschinenbau, Wirtschaftsingenieurwesen und Schienenfahrzeugtechnik.

Die Technische Thermodynamik ist ein Grundlagenfach des Maschinenbaus und behandelt die Themen der Energieumwandlungen und der Eigenschaften von Stoffen. Die Thermodynamik liefert die relevanten technischen Grundlagen für die anstehenden Herausforderungen bei der Transformation unserer Energiesysteme. Auf der Technischen Thermodynamik unmittelbar aufbauende Lehrveranstaltungen sind die Wärmeübertragung, die Erneuerbaren Energien und die Energietechnik.

Die Vorlesung zu dieser Lehrveranstaltung wird nach dem Prinzip des Inverted Classroom durchgeführt. Die eigentlichen Vorlesungen liegen auf der Lernplattform ILIAS als Lernvideos vor und können gestreamt werden. In der laut Stundenplan vorgesehenen Zeit für die Vorlesung werden Kernbegriffe erläutert und die Fragen der Studierenden zu den Vorlesungsinhalten beantwortet. Außerdem werden den Studierenden nach der Methode des Peer Instruction vorbereitete Fragen gestellt, die per Live Voting beantwortet werden können. Zwischen den Votings wird die Möglichkeit gegeben, in kleinen Gruppen im Rahmen von sog. Breakout Sessions (Teilgruppensitzungen) die gestellten Fragen intensiv zu diskutieren. Dieses Konzept mit seinen Vorteilen wird Ihnen in der ersten Lehrveranstaltung ausführlich vorgestellt.

Für die Teilnahme an der Vorlesung und an der Übung ist die Anmeldung in ILIAS erforderlich, da Sie über ILIAS die erforderlichen Informationen und Downloads erhalten. Für die Teilnahme am Praktikum ist zum Beginn der Lehrveranstaltung die Anmeldung über ILIAS erforderlich Es gibt keine andere Möglichkeit der Anmeldung. Verspätete Anmeldungen können leider nicht berücksichtigt werden. Die Vorbesprechung und die Sicherheitsunterweisung für das Praktikum erfolgt im Wintersemester in der ersten Vorlesung. Die wichtigsten Infos zum Praktikum finden Sie auf ILIAS. Ansprechpartner für das Praktikum: Herr Dipl.-Ing. Jürgen Schönwald.

Vorlesung

  • Thermodynamische Eigenschaften von Stoffen
  • Erster Hauptsatz der Thermodynamik
  • Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik
  • Thermodynamische Zustandsgleichungen reiner Stoffe
  • Ideale Gas- und Gas-Dampf-Gemische, feuchte Luft
  • Thermodynamische Kreisprozesse
  • Arbeitsprozesse (rechtsläufige Prozesse)
  • Wärmeprozesse (linksläufige Prozesse)

Übungen
In den Übungen erfolgt die ingenieurmäßige Bearbeitung thermodynamischer Fragestellungen, insbesondere die Durchführung von Berechnungen. Zum Ende des Semesters werden zwei Übungsklausuren gemeinsam bearbeitet. 

Praktikum
Für das Praktikum ist die rechtzeitige Anmeldung über ILIAS erforderlich (Fristen hierzu auf ILIAS). Die Informationen zum Ablauf und zur Organisation des Praktikums sowie die Sicherheitsunterweisung erhalten Sie jeweils im Wintersemester in der ersten Vorlesung und auf der Lernplattform ILIAS. Das Praktikum umfasst drei Termine, zu denen die folgenden Praktikumsversuche durchgeführt werden:

  1. Temperaturmessung (Grundlagen wichtiger Temperaturmessverfahren, Durchführung von Temperaturmessungen)
  2. Dampfdruckkurve (Messung der Dampfdruckkurve von Kohlendioxid, Untersuchungen zum Verhalten von Kohlenstoffdioxid am kritischen Punkt)
  3. Luftkonditionierung (Ermittlung der Zustände feuchter Luft auf Basis der Messung der psychrometrischen Temperaturdifferenz, Prozessschritte bei der Behandlung feuchter Luft)

Organisation des Praktikums: Herr Dipl.-Ing. Jürgen Schönwald.

Klausur
Die Lehrveranstaltung schließt mit einer Klausur im zeitlichen Umfang von 120 min ab. Weitere Informationen zur Klausur erhalten Sie über die Lernplattform ILIAS.

Anmeldung und Unterlagen
Die Unterlagen zu Vorlesung, Übungen und Praktikum sowie weitere Inhalte, Informationen, Literaturempfehlungen und Links erhalten Sie auf auf der Lernplattform ILIAS.

Wärmeübertragung

Lehrveranstaltung jeweils im Sommersemester im Umfang von 2V, 2Ü und 1P in den Bachelorstudiengängen Maschinenbau, Wirtschaftsingenieurwesen und Schienenfahrzeugtechnik.

Vorlesung

  • Excel mit VBA für energietechnische Anwendungen: Einrichten von Berechnungsblättern in Excel, Grundlagen und Tipps zu VBA, Anwendung des Solvers, benutzerdefinierte Funktionen, Erstellung von Add-Ins, Ermittlung von Ausgleichsfunktionen
  • Stoffwerte und Stoffwertekorrelationen: Stoffwerte aus dem VDI-Wärmeatlas, Stoffwertekorrelationen für Flüssigkeiten und Gase, beispielhafte Berechnung von Stoffwerten
  • Grundlagen der Wärmeübertragung: Arten der Wärmeübertragung, Wärmeleitung, Konvektiver Wärmeübergang, Wärmestrahlung, Wärmewiderstände und Wärmedurchgang
  • Konvektiver Wärmeübergang: Grenzschichten, laminare und turbulente Strömung, Wärmeübergang bei erzwungener Konvektion, längsangeströmte ebene Platten, quer angeströmte Rohre oder Drähte, quer angeströmte Rohrreihen und Rohrbündel, durchströmte Rohre, durchströmte konzentrische Ringspalte, Wärmeübergang bei freier Konvektion 
  • Simulation ausgewählter Prozesse der Wärmeübertragung

Übungen
In den Übungen erfolgt die ingenieurmäßige Bearbeitung energietechnischer Fragestellungen, insbesondere die Durchführung von Berechnungen. 

Praktikum
Im Praktikum erfolgt die Berechnung von Wärmeübertragern unter Verwendung des VDI-Wärmeatlas und mit Excel und VBA (nach einer Einführung in Excel-VBA). Wichtiger Hinweis: Im Praktikum besteht gemäß Prüfungsordnung Anwesenheitspflicht.

Prüfung
Die Lehrveranstaltung schließt mit einer Klausur im zeitlichen Umfang von 120 min ab. Weitere Informationen zur Klausur erhalten Sie über die Lernplattform ILIAS.

Anmeldung und Unterlagen
Die Unterlagen zu Vorlesung, Übungen und Praktikum sowie weitere Inhalte, Informationen, Literaturempfehlungen und Links erhalten Sie auf der Lernplattform ILIAS. Dafür ist rechtzeitig vor Beginn der Lehrveranstaltung eine Anmeldung auf ILIAS erforderlich (nicht auf Campus).

Literatur zur Vorlesung
Feuerriegel, U. (2021): Wärmeübertragung mit EXCEL und VBA. Wärmetechnische Berechnungen und Simulationen effektiv durchführen und professionell dokumentieren. Wiesbaden: Springer Vieweg.

Erneuerbare Energien

Lehrveranstaltung jeweils im Sommersemester im Umfang von 3V und 1S in den Bachelorstudiengängen Maschinenbau, Wirtschaftsingenieurwesen und Schienenfahrzeugtechnik.
 

Vorlesung

  • Vorwort und Konzept der Lehrveranstaltung
  • Einführung ( Ziele und Rahmenbedingungen der Energiewende, Begriffe)
  • Treibhauseffekt
  • Ziele der Energiewende ( Quantitative Ziele der Energiewende und Status Quo, Ziele der Energiewende, gesetzliche Grundlagen) 
  • Rahmenbedingungen der Energiewende ( Kraftwerke, Versorgung, Übertragungsnetze, Ausstieg aus der Kernenergie, Netzsicherheit, Energiekosten, Sektorkopplung, Regulierung/Markt, Technik, Verbraucher)
  • Thermische Solarenergie ( Physikalische Grundlagen der Solarstrahlung, solarthermische Energienutzung, Kühlen mit Absorptionskältemaschinen, Solarkollektoren, Aufwindkraftwerke, solarthermische Stromerzeugung)
  • Fotovoltaik ( Physikalische Grundlagen, systemtechnische Beschreibung, Inselnetzsysteme, netzgekoppelte Systeme, Eigenverbrauchssysteme ohne und mit Batteriespeicher)
  • Windenergie (Physikalische Grundlagen, Windkraftanlagen)
  • Wasserkraft ( Physikalische Grundlagen, Wasserkraftwerke, Wasserturbinen, Gezeiten-, Meeresströmungs-, Meereswellenkraftwerke)
  • Geothermie ( Vorkommen, Heizkraftwerke, Stromerzeugung, Wärmepumpen)
  • Energiespeicherung ( Speicherung elektrischer, chemischer und thermischer Energien, Kenngrößen, Ausführungsbeispiele) 
  • Nutzung von Biomasse (Vorkommen, Energieträger, Anlagentechnik) 

Voträge von Experten innerhalb der Lehrveranstaltung: 

  • DipI.-Ing. Franz-Josef Türck, Technischer Beigeordneter der Stadt Herzogenrath: Vom Solarpark zur energieautarken Stadt 
  • Prof. Dr. Sebastian Schiebahn, RFH Köln: Power to Gas
  • Dr. Matthias Leuthold, RES Deutschland GmbH, Aachen: Energiespeicher zur Integration Erneuerbarer Energien

Außerdem wurden in den vergangenen Jahren im Rahmen der Lehrveranstaltung Exkursionen durchgeführt:

  • ENERGETICON in Alsdorf
  • Erneuerbare Energien im Windpark Echtz und im Solarpark Inden sowie fossile Energien am Indemann   

Durchführung der Lehrveranstaltung, Prüfungsform
Die Lehrveranstaltung wird in Teilen als Seminar durchgeführt. Prüfungsform: Mündliche Prüfung im Umfang von 30 min und als Prüfungsvorleistung ein Projekt mit einer schriftlichen Ausarbeitung und einem Vortrag. 

Anmeldung und Unterlagen
Die Unterlagen zur Vorlesung sowie weitere Inhalte, Informationen, Literaturempfehlungen und Links erhalten Sie im laufenden Semester auf auf der Lernplattform ILIAS. Dafür ist rechtzeitig vor Beginn der Lehrveranstaltung eine Anmeldung auf ILIAS erforderlich (nicht auf Campus).

Energietechnik

Lehrveranstaltung jeweils im Wintersemester im Umfang von 2V, 1Ü und 1P in den Bachelorstudiengängen Maschinenbau, Wirtschaftsingenieurwesen und Schienenfahrzeugtechnik.

Die Lehrveranstaltung fokussiert auf ausgewählte Verfahren der Energieumwandlung auf Basis Erneuerbarer Energien unter Anwendung von Excel und VBA. Inhaltlich baut die Energietechnik auf den Inhalten der Lehrveranstaltungen Technische Thermodynamik und  Wärmeübertragung auf.

Vorlesung

  • Berechnung von Stoffwerten mit TREND und nach VDI-Wärmeatlas: Joule-Thomson-Effekt bei der Drosselung von Gasen und Berechnung diverser Stoffwerte
  • Thermodynamik chemischer Reaktionen: Stöchiometrie, Energieumwandlungen bei der Verbrennung von Gasen
  • Technische Verbrennung: Grundlagen und Brennstoffe, Luft- und Abgaszusammensetzung, energetische Betrachtung des Verbrennungsprozesses, Brenn- und Heizwerte, adiabate Verbrennungstemperatur, Verbrennungswirkungsgrad
  • Blockheizkraftwerke: Grundlagen, exergetische Berechnungen, Vergleichende Betrachtung zur Kraft-Wärme-Kopplung
  • Elektrolyse und Brennstoffzellen
  • Ausgewählte Energiewandlungsprozesse als Projekte

Im Praktikum erfolgt die Simulation und Berechnung ausgewählter energietechnischer Prozesse unter Verwendung von Excel mit VBA.

Innerhalb der Lehrveranstaltung finden Vorträge von externen Expertinnen und Experten statt, z.B.:

  • Julia Rauw M.Sc., IKB Deutsche Industriebank AG, Düsseldorf: Energieeffizienz in Unternehmen
  • Prof. Dr.-Ing. Sebastian Schiebahn, RFH Köln: Power to Gas

Exkursionen

  • Abhängig von der Schwerpunktsetzung innerhalb der Lehrveranstaltung werden Exkursionen durchgeführt.

Projekt
Eine wesentliche Prüfungsleistung ist ein Projekt, das mit Excel und VBA sowie gern auch mit anderen Softwaretools durchgeführt wird. Dazu gehören eine schriftliche Ausarbeitung und ein Vortrag. Weitere Infos finden Sie auf der Lernplattform ILIAS.

  • Projektaufgabe 2021: Berechnung der elektrischen Leistung der PV-Module eines Wohngebäudes in Abhängigkeit von Datum, Uhrzeit, Lufttemperatur und Windgeschwindigkeit.
  • Projektaufgabe 2022: Trocknung von Quarzsand in einem Drehrohrofen durch Verbrennung von Heizöl.
  • Projektaufgabe 2023: Simulation und Auslegung eines Wärmepumpenprozesses für die Bereitstellung von Prozesswärme.

Durchführung der Lehrveranstaltung, Prüfungsform
Die Lehrveranstaltung wird in Teilen als Projekt durchgeführt. Prüfungsform: Mündliche Prüfung im Umfang von 30 min und als Prüfungsvorleistung ein Projekt mit einer schriftlichen Ausarbeitung und einem Vortrag. 

Anmeldung und Unterlagen
Die Unterlagen zu Vorlesung, Übungen und Praktikum sowie weitere Inhalte, Informationen, Literaturempfehlungen und Links erhalten Sie im laufenden Semester auf auf der Lernplattform ILIAS. Dafür ist rechtzeitig vor Beginn der Lehrveranstaltung eine Anmeldung auf ILIAS erforderlich.

Simulation wärmetechnischer Prozesse

Lehrveranstaltung jeweils im Sommersemester im Umfang von 1V, 1Ü und 2P in den Masterstudiengängen Energy Systems (FB 10) und Produktmanagement im Maschinenbau (FB 8). Da die Lehrveranstaltung fachbereichsübergreifend (Aachen und Jülich) durchgeführt wird, finden die Lehrveranstaltungen teils als Präsenzveranstaltungen am Campus Jülich und hauptsächlich als Videokonferenzen statt.

Inhalte

  • Einführung in Excel mit VBA, Berechnung der Stoffdaten von Reinstoffen auf Basis des VDI-Wärmeatlas mit Excel-VBA, Erstellung benutzerdefinierter Funktionen und Add-Ins in Excel-VBA. Berechnung von Zustandsgrößen und Stoffwerten mit TREND.
  • Berechnungsmethoden für die Wärmeleitung, den konvektiven Wärmeübergang und die Wärmestrahlung sowie den Wärmeübergang beim Kondensieren und beim Sieden.
  • Anwendung von Excel mit VBA für die Berechnung von Aufgabenstellungen der Wärmeübertragung.
  • Simulation von Wärmeübertragern sowie von wärmetechnischen und energietechnischen Prozessen einschließlich exergetischer Bewertungen, insbesondere aus dem Bereich der Erneuerbaren Energien.

Übungen
In den Übungen erfolgt die ingenieurmäßige Berechnung von Aufgabenstellungen der Wärmeübertragung (als Vorbereitung für die nachfolgenden Simulationen).

Praktikum
Im Praktikum erfolgt die Berechnung und Simulation von wärmetechnischen und energietechnischen Prozessen unter Verwendung des VDI-Wärmeatlas, mit TREND und mit Excel und VBA. Im Praktikum besteht Anwesenheitspflicht.

Projekt
Eine wesentliche Prüfungsleistung ist ein Projekt, das mit Excel und VBA sowie gern auch mit anderen Softwaretools durchgeführt wird. Dazu gehören eine schriftliche Ausarbeitung und ein Vortrag. Weitere Infos finden Sie auf der Lernplattform ILIAS.

  • Projektaufgabe 2022: Elektrifizierung der Trocknung von Quarzsand in einem Drehrohrofen.
  • Projektaufgabe 2023: Verflüssigung von Wasserstoff und Lagerung von LH2, Boil-off-Effekt.

Prüfungsleistung
Die Prüfungsleistung besteht aus dem absolvierten Praktikum, dem Projekt und der mündlichen Prüfung. Weitere Infos finden Sie auf der Lernplattform ILIAS.

Eingangsvoraussetzungen
Gemäß der Modulbeschreibung gefordert sind sichere fachliche Kenntnisse in Technischer Thermodynamik, Strömungsmechanik und Wärmeübertragung. Liegen diese Kenntnisse nicht vor, müssen Sie rechtzeitig eigenverantwortlich erarbeitet werden.

Anmeldung und Unterlagen
Die Unterlagen zur Lehrveranstaltung sowie weitere Inhalte, Informationen, Literaturempfehlungen und Links erhalten Sie im laufenden Semester auf auf der Lernplattform ILIAS. Dafür ist rechtzeitig vor Beginn der Lehrveranstaltung eine Anmeldung auf ILIAS erforderlich (nicht auf Campus). Verpassen Sie auf keinen Fall die erste Lehrveranstaltung!

Literatur zur Vorlesung
Feuerriegel, U. (2021): Wärmeübertragung mit EXCEL und VBA. Wärmetechnische Berechnungen und Simulationen effektiv durchführen und professionell dokumentieren. Wiesbaden: Springer Vieweg.