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ESCUELA DE INGENIERIAIngeniería De Procesos

ASIGNATURA TERMODINÁMICA

CODIGO PR0238

SEMESTRE 2013-2

INTENSIDADHORARIA

48 horas semestral

CARACTERÍSTICAS Suficientable

CRÉDITOS 3

1. JUSTIFICACIÓN CURSO

 

La Termodinámica es la ciencia que estudia de manera profunda la energía,fundamentada en los conceptos de Química, Física, Matemáticas y Físico-Químicaprincipalmente. Esta ciencia tiene una amplia aplicación que va desde losmicroorganismos hasta los sistemas de generación de energía, electrodomésticos,vehículos entre otros. La Termodinámica ha servido a la humanidad para interpretar,analizar y cuantificar las transformaciones de la energía que se presentan en diferentesprocesos.

 

El curso se fundamenta principalmente en el estudio de la primera ley y segunda ley dela termodinámica, en las cuales se involucran y relacionan un conjunto de propiedades(Volumen, Presión, Temperatura, Energía Interna, Entalpia, Entropía) de aplicaciónpermanente en ingeniería. Dichas leyes servirán para cuantificar los cambios en dichas

propiedades y para determinar la magnitud de las transformaciones que sufre la energía.Por tal razón el estudio de la termodinámica le imprime al estudiante, el carácter deingeniero.

 

Por último, la Termodinámica es una de las materias base para el estudio de losBalances de Materia y Energía y de todas las Operaciones Unitarias. Los cursosmencionados son fundamentales para lograr un buen desempeño en áreas como elDiseño de Reactores, el Diseño de Procesos, los Procesos Biotecnológicos, laIngeniería ambiental etc.

 

Por lo anterior el curso de termodinámica se convierte en una materia fundamental ybásica en la formación de los profesionales en INGENIERIA DE PROCESOS, ya que lesproporciona un conjunto de conocimientos y conceptos de gran aplicación para el

análisis y la cuantificación de diferentes formas de la energía que se involucran en todoslos procesos industriales.

2. OBJETIVOS GENERALES DEL CURSO

2.1.Evaluar la primera ley y segunda ley de la termodinámica, con el fin de cuantificar lamagnitud y la eficiencia con que se transfiere la energía involucrada en un proceso.

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2.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS

 

2.2.1.Analizar problemas donde se involucren procesos y ciclos termodinámicosmediante las leyes de la termodinámica, teniendo en cuenta las limitaciones ylas restricciones que implique cada situación en particular.

2.2.2. Interpretar las relaciones entre las propiedades termodinámicas (P, V, T, U, Hy S) y las leyes de la termodinámica.

2.2.3.Calcular los cambios de las propiedades termodinámicas que se presentancuando un sistema es sometido a un proceso determinado

3. OBJETIVOS GENERALES DEL CURSO

4. OBJETIVOS GENERALES DEL CURSO

5. DESCRIPCIÓN ANALÍTICA DE CONTENIDOS

5.1. Conceptos Básicos de Termodinámica

 

5.1.1. Introducción

5.1.2. Sistemas, Estado, cuasiequilibrio, proceso, trayectoria, postulado de estado,equilibrios, ciclos.

5.1.3. Temperatura, Escalas de Temperatura. Ley cero de la termodinámica.Conversión de unidades.

5.1.4.Concepto físico de presión y Vacío. Principio de Pascal. Unidades de presión,conversiones.

5.1.5. Volumen. Densidad y densidad relativa.

5.2. Sustancias puras

 

5.2.1. Concepto Sustancia pura. Cambio de fase.5.2.2. Diagramas T-V, P-V y P-T.5.2.3. Cambio de fase.

5.2.4.Manejo y utilización de Tablas de propiedades. Mezcla saturada líquido-vapor.Calidad. Propiedades promedio.

5.2.5. Modelo de gas ideal. Ecuación de estado. Factor de compresibilidad.

5.3. Primera Ley de la Termodinámica

 

5.3.1. Energía total, cinética y potencial, energía interna. Unidades de energía.

5.3.2. Energía térmica. Calor y trabajo. Trabajo de frontera móvil.5.3.3. Primera ley de la termodinámica para sistemas cerrados.5.3.4. Calores específicos a volumen constante y a presión constante.

5.3.5. Relación entre los calores específicos y el cálculo de los cambios de energíainterna y entalpia.

5.3.6. Problemas de balance de energía para sistemas Cerrados.

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5.4. Volúmenes de control: Primera Ley

 

5.4.1. Principio conservación de la masa. Estado estacionario.5.4.2. Diferentes tipos de energía. Trabajo de flujo. Entalpía.

5.4.3.

Primera ley de la termodinámica aplicada a sistemas abiertos en estado

estable.

5.4.4.Dispositivos en flujo estable. Compresores, Toberas, Turbinas, Sistemas deestrangulamiento, mezcladores, intercambiadores de calor.

5.5. Segunda Ley de la Termodinámica.

 

5.5.1. Procesos reversibles e irreversibles.5.5.2. Máquinas térmicas, refrigeradores, bomba de calor.5.5.3. Descripción de los enunciados de kelvin- Plank y Clausius.5.5.4. Aplicación de la segunda ley de la termodinámica a ciclos.5.5.5. Ciclo de Carnot.

5.5.6. Eficiencias térmicas y coeficientes de desempeño.5.6. Entropía

 

5.6.1. Entropía. Principio de incremento de la entropía.

5.6.2.Cambios en entropía en procesos reversibles e irreversibles. Dirección de losprocesos.

5.6.3.Cambios de entropía para: sustancias puras, gases ideales y sustanciasincompresibles.

5.6.4.Trabajo isentrópico en sistemas abiertos. Eficiencia isentrópica en turbinas,compresores, bombas, toberas.

5.6.5. Aplicación del Balance de Entropía.

5.7. Ciclos de Potencia.

 

5.7.1. Análisis de ciclos de potencia de gas cerrados y abiertos.5.7.2. Ciclos: Otto, Diesel, Brayton, Rankine.5.7.3. Ciclo de refrigeración: Sistemas de refrigeración por absorción y adsorción

5.8. Exergía.

 

5.8.1. Potencial de trabajo de la energía5.8.2. Trabajo reversible e irreversibilidad5.8.3. Eficiencia de la segunda Ley5.8.4. Cambio de exergía en un sistema

5.8.5. Transferencia de exergía por calor, trabajo y masa5.8.6. Principio de destrucción de exergía y destrucción de exergía5.8.7. Balance de exergía

6. EVALUACIÓN

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6.1.

El curso se desarrolla de manera teórica, basado en la exposición de los temas porparte del profesor y con un espacio para la discusión de ejercicios, consultas yanálisis de ejemplos. Se requiere un gran compromiso por parte del estudiante parael desarrollo de un conjunto de actividades propuestas fuera del salón de clasedentro de las cuales se incluyen: la realización, análisis y discusión de ejercicios,análisis de artículos, talleres de ejercicios y visitas a los laboratorios de launiversidad.

6.2.Con el fin de establecer el logro de las competencias propuestas en este curso seefectuarán tres evaluaciones parciales, seguimiento mediante tareas y ejerciciosasignados y un examen final.

6.3. 1er examen parcial 15%6.4. 2do examen parcial 20%6.5. 3er examen parcial 20%6.6. Seguimiento:

 

6.6.1. Tareas 5%

6.6.2. Proyecto 15%6.7. Examen final 25%

7. BIBLIOGRAFIA GENERAL

 

7.1.CENGEL, Yunus y BOLES Michael A. 2003. Termodinámica. Quinta Edición,McGraw-Hill. México.

7.2.VAN WILEN, Gordon y SONNTAG, Richard E. 2003. Fundamentos deTermodinámica Segunda Edición, Limusa Wiley. México.

7.3.JONES J.B. y DUGAN R.E. 1997. Ingeniería Termodinámica Primera Edición,

Prentice Hall Hispanoamericana. México.7.4.

MORAN Michael J., SHAPIRO Howard N. 1996. Fundamentals of EngineeringThermodynamics, Tercera Edición, John Wiley. New York.

7.5.WARK kenneth, RICHARDS E. 2001. Donald. Termodinámica. Sexta Edición,McGraw- Hill. Madrid.

7.6. SMITH J.M, VAN NESS H.C., ABBOTT M.M. 2003. Introducción a la Termodinámicaen Ingeniería Química. Sexta edición, Editorial Mc. Graw Hill.