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UNIVERSIDAD DE MENDOZA – FACULTAD DE INGENIERÍA
CARRERA
INGENIERÍA INDUSTRIAL
ASIGNATURA
TERMODINÁMICA INDUSTRIAL
CÓDIGO
4037
CURSO
TERCERO
ÁREA
TECNOLOGÍAS BÁSICAS
ULTIMA REVISIÓN
Marzo de 2014
MATERIAS CORRELATIVAS:
4020 – Física II
Profesor Titular:
AÑO LECTIVO 2014
Ing. Teresa F. Rauek
Profesor Asociado:
Profesores Adjuntos: Ing. Gabriela Ohanian
Jefes de trabajos prácticos:
Carga Horaria Semanal:
6
Carga Horaria Total: 90
OBJETIVOS:
Que los alumnos logren:
•
Conocer y aprehender los conceptos básicos que rigen las interacciones de
energía según el enfoque y las herramientas de la termodinámica.
•
Interrelacionar los conceptos teóricos adquiridos gradualmente a fin de
interpretar integralmente las interacciones energéticas.
•
Adquirir el adecuado entrenamiento que les facilite la aplicación de los
principios de la termodinámica a casos prácticos concretos tales como los
que se llevan a cabo en equipos y dispositivos con los que se enfrenta un
ingeniero.
•
Reconocer los principales aspectos de diseño o de funcionamiento que
mejoran el intercambio energético de equipos y dispositivos, principalmente
de calor y trabajo.
•
Adquirir los criterios que conducen a un adecuado aprovechamiento
energético , tendiente a lograr la preservación ambiental
•
Identificar y utilizar correctamente fuentes de datos de propiedades
termodinámicas, ya sea experimentales o conceptuales.
1
PROGRAMA ANALÍTICO:
UNIDAD I
1. Alcance y limitaciones de la Termodinámica. Punto de vista macroscópico.
Concepto de sistema, tipos. Concepto de límites, medio y universo.
Propiedades extensivas e intensivas. Equilibrio termodinámico. Concepto.
Variables que definen el estado del sistema. Transformaciones.
2. El gas ideal: ecuación de estado. Superficie de estado. Isotermas. Mezcla
de gases ideales: Leyes que la definen.
3. Gases reales. Concepto. Experiencia de Andrews. Parámetros críticos.
Ecuación de Van der Waals. Parámetros reducidos. Factor de compresibilidad:
Concepto y diagrama generalizado.
UNIDAD II
1. Calor: concepto. Capacidad calorífica y calor específico. Flujo de calor
cuasiestático. Trabajo en sistemas termoelásticos. Trabajo de expansión.
Concepto, signo, cálculo matemático y gráfico. Comparación entre calor y
trabajo. Equivalencia.
2. Primer principio de la Termodinámica para sistemas cerrados.
Transformación cerrada y abierta. Primer principio como balance de energía.
Energía interna. Concepto. Naturaleza. Experiencia de Joule. Expresión de
cálculo de la energía interna para gases ideales.
UNIDAD III
1. Primer principio de la Termodinámica para sistemas abiertos. Volumen de
control: Balances de masa y energía. Volumen de control en estado
estacionario.
2. Entalpía. Concepto. Variación de entalpía en los gases ideales. Ley de
Meyer. Trabajo de circulación: Concepto, signo, cálculo matemático y gráfico.
UNIDAD IV
1. Transformaciones en los sistemas gaseosos. Transformaciones para gases
ideales en sistemas cerrados y abiertos. Transformaciones isocóricas,
isobáricas e isotérmicas. Fórmulas básicas e intercambios de energía.
2. Transformaciones adiabáticas
intercambios de energía.
y
politrópicas.
Fórmulas
básicas
e
2
UNIDAD V
1. Transformación de calor en trabajo. Motores térmicos. Motores de
combustión interna: Motor de gasolina. Ciclo Otto de aire frío estándar.
Rendimiento
2. Motor Diesel. Ciclo Diesel de aire frío estándar. Rendimiento. Comparación
con el ciclo Otto. Ciclo Semidiesel.
3. Compresores: objeto y aplicación. Compresión. Compresión en etapas.
Funcionamiento de un compresor. Rendimiento volumétrico.
UNIDAD VI
1. Segundo principio de la termodinámica. Generalidades. Algunos enunciados.
Ciclo de Carnot, descripción.
2. .- Ciclo de Carnot para gases ideales y vapores. Cálculo del rendimiento de
un ciclo de Carnot. Máquina frigorífica de Carnot.
3. Teorema de Carnot. Reversibilidad e irreversibilidad. Procesos naturales
espontáneos.
UNIDAD VII
1. Propiedades de los ciclos reversibles. Teorema de Clausius para ciclos
reversibles e irreversibles. Función entropía. Concepto. Procesos reversibles e
irreversibles. Características principales. Principio de incremento de entropía.
2. Variación de entropía para gases ideales. Diagrama T- s para gases.
3. Consecuencias de la irreversibilidad en el intercambio de trabajo. Concepto
de exergía y anergía. Destrucción de exergía.
UNIDAD VIII
1. La sustancia pura. Propiedades P–v–T. Diagramas P-T ; T-v y P-v . Mezcla
saturada líquido-vapor. Propiedades independientes de una sustancia pura.
Tablas de propiedades. Diagrama T-s para vapores.
2. Ciclos de vapor. Ciclo de Carnot. Ciclo Rankine simple. Equipamiento.
Rendimiento. Relación de trabajo de retroceso. Ciclo Rankine con
sobrecalentamiento. Irreversibilidades. Mejoras. Ciclo Rankine con expansión
múltiple y Ciclo Rankine regenerativo.
3. Enunciado de Clausius del Segundo Principio de la Termodinámica.
Concepto de máquina frigorífica y de bomba de calor. Coeficientes de
operación. Ciclo inverso de Carnot. Ciclo frigorífico por compresión en
3
regímenes húmedo y seco. Irreversibilidades. Selección del refrigerante.
Mejoras. Ejemplos de aplicación.
UNIDAD IX
1. Termoquímica. Concepto. Aplicación de la termodinámica a las reacciones
químicas. Bomba calorimétrica. Descripción de sistemas químicos reactivos.
Grado de avance de la reacción. Primer principio aplicado a reacciones
químicas.
2. Reacciones a presión constante. Expresión de cálculo del calor de reacción.
Entalpías de formación. Reacciones a volumen constante. Relación entre los
calores de reacción a presión y a volumen constantes.
3. Combustión. Aire teórico y en exceso. Relación aire-combustible. Poder
calorífico. Poder calorífico superior e inferior. Tablas.
Formación Práctica
Horas
Resolución de Problemas Rutinarios:
30
Resolución de Problemas Abiertos de ingeniería:
5
Proyecto y Diseño:
10
PROGRAMA DE TRABAJOS PRÁCTICOS:
El alumno deberá resolver problemas de diverso tipo y complejidad, los cuales
integrarán ocho trabajos prácticos, según se detalla a continuación:
N°
1
2
3
4
5
6
7
8
Denominación
MEZCLAS DE GASES IDEALES. GASES REALES
TRABAJO, CALOR Y PRIMER PRINCIPIO PARA
SISTEMAS CERRADOS
PRIMER PRINCIPIO PARA SISTEMAS ABIERTOS
TRANSFORMACIONES DE GASES IDEALES
CICLOS DE COMPRESIÓN Y DE MÁQUINAS TÉRMICAS
DE GAS
SEGUNDO PRINCIPIO. ENTROPÍA. DIAGRAMAS
ENTRÓPICOS
PROPIEDADES DE SUSTANCIAS PURAS. TABLAS
CICLOS DE MÁQUINAS TÉRMICAS DE VAPOR Y DE
MÁQUINAS FRIGORÍFICAS
Cantidad
de
problemas
5
5
4
4
4
4
4
4
4
ARTICULACIÓN HORIZONTAL Y VERTICAL DE CONTENIDOS:

Los contenidos abordados en esta materia se basan en conceptos de las
siguientes cátedras:
Asignatura
Curso
4020 – Física II

2°
Comparte e integra elementos horizontalmente con las siguientes cátedras:
Asignatura
Curso
4031 – Mecánica de los Fluidos

3°
Los contenidos abordados en esta materia aportan conceptos a las
siguientes cátedras:
Asignatura
Curso
4041 – Equipamiento Industrial
CONDICIONES PARA REGULARIZAR
EVALUACIÓN:
4°
LA MATERIA y RÉGIMEN DE
El alumno deberá aprobar dos evaluaciones parciales, las cuales contarán cada
una con su correspondiente examen recuperatorio. Los parciales constarán de un
problema similar a los resueltos en los Trabajos Prácticos.
La primera evaluación parcial abarcará los Trabajos Prácticos N° 1 a 4 y la
segunda los Trabajos Prácticos N° 5 a 8.
Los aspectos que se calificarán en cada problema son:
a. Sistematización de datos e incógnitas
b. Correcta selección y caracterización del sistema y sus límites
c. Croquis
d. Identificación, caracterización y
transformación, si correspondiere.
representación
gráfica
de
la
e. Selección y justificación conceptual de los modelos de cálculo.
f.
Utilización y referenciación de tablas y/o gráficos utilizados
g. Reemplazo adecuado de datos, en unidades consistentes
h. Correcto resultado numérico y dimensional
i. Interpretación del resultado
5
El puntaje atribuido a los diversos ítems seguirá los lineamientos que se
muestran en la tabla a continuación.
Items
Puntaje
a-d
20
e -h
70
i
10
TOTAL
100
El puntaje podrá ser modificado en caso que la resolución del problema no
contemple el desarrollo de todos los ítems descriptos.
Cada examen parcial se considerará aprobado si el alumno alcanza un puntaje
mayor o igual a 60p.
Una vez regularizada la materia en tiempo y forma, el alumno será evaluado
mediante un examen final integrador, el cual constará en primera instancia de la
resolución de un problema y luego de la exposición de conceptos teóricos
seleccionados al azar entre los contenidos del programa.
Los alumnos que hayan obtenido una cantidad igual o mayor a 160p, como suma
de las calificaciones de los dos parciales, no rendirán parte práctica en el examen
final.
Los requisitos para regularizar la materia son:

Asistencia mayor o igual al 80%

Aprobación de los dos exámenes parciales

Presentación de carpeta completa, con los trabajos prácticos y los
exámenes parciales, antes de la fecha que establezca la cátedra.
BIBLIOGRAFÍA:
Principal:
Autor
Cengel,
Yunus A. ;
Boles,
Michael A
Morán, Michel
J. ; Shapiro,
Howard N.
Título
“Termodinámica”
“Fundamentos de
Termodinámica Técnica”
Editorial
Mc Graw
Hill
.
Reverté
S.A.
Año Ed. Dispon.
2006
2004
2
6
De Consulta:
Autor
García,
Carlos A.
Rolle, Kurt C.
Título
“Termodinámica Técnica”
Editorial
Alsina
“Termodinámica”
Pearson
Educación
Año Ed.
2006
1996
2006
Dispon.
2
1
1
ESTRATEGIAS DIDÁCTICAS UTILIZADAS:

Clases expositivas e interactivas con la presentación de ejemplos
relacionados con los conceptos teóricos

Trabajos prácticos individuales o en grupo

Evaluaciones
RECURSOS DIDÁCTICOS UTILIZADOS:
El material de apoyo a la enseñanza que se utilizará para lograr los objetivos
planteados consta de:
 Clases teóricas interactivas, con utilización de pizarrón.
 Presentaciones en Power Point.
 Material bibliográfico confeccionado por la Cátedra.
 Guías con enunciados de los Trabajos Prácticos.
 Tablas de propiedades, gráficos, tablas de conversión de unidades
 Proyección de animaciones de funcionamiento de equipos y máquinas
 Material bibliográfico de la asignatura.
7
PROGRAMA DE EXAMEN:
Bolilla 1
Bolilla 2
Bolilla 3
Bolilla 4
I-1
I-2
I-3
II - 1
IV - 2
V-1
V-2
V-3
VIII - 2
VII - 3
VIII - 1
VII - 2
Bolilla 5
Bolilla 6
Bolilla 7
Bolilla 8
II - 2
III-1
III - 2
IV - 1
VI - 1
VI - 2
VI - 3
VII - 1
VIII - 3
IX - 3
IX – 2
IX - 1
8