RESPONSABLE DE LA CÁTEDRA

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1 CÁTEDRA Q-TERMODINAMICA RESPONSABLE DE LA CÁTEDRA CAIVANO Jorge Omar

2 CARRERA INGENIERÍA QUIMICA CARACTERÍSTICAS DE LA ASIGNATURA PLAN DE ESTUDIOS 2005 ORDENANZA CSU. Nº 1028 OBLIGATORIA ELECTIVA ANUAL PRIMER CUATRIMESTRE SEGUNDO CUATRIMESTRE NIVEL / AÑO HORAS CÁTEDRA SEMANALES III 8

3 OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL Comprender y aplicar conceptos, principios, relaciones y base experimental de la teoría termodinámica para la evaluación de la energía y el sentido de la evolución natural, de los fenómenos y procesos en el campo de la Ingeniería Química. OBJETIVOS ESPECÍFICOS UNIDAD TEMATICA 1: CONCEPTOS FUNDAMENTALES. Definir los conceptos fundamentales de la Termodinámica, sus parámetros, dimensiones, unidades. Conocer las ecuaciones y leyes básicas que se pueden aplicar. Utilizar diagramas y tablas. UNIDAD TEMATICA 2: PRIMER PRINCIPIO. Estudiar el Primer Principio de la Termodinámica y las distintas formas de energía. UNIDAD TEMATICA 3: TRANSFORMACIONES CUASIESTATICAS EN GASES IDEALES. Diferenciar y definir los distintos tipos de transformaciones cuasiestáticas en gases ideales. UNIDAD TEMATICA 4: SEGUNDO PRINCIPO DE LA TERMODINAMICA. Estudiar el Segundo Principio de la Termodinámica, sus distintos enunciados y aplicaciones a distintos sistemas. UNIDAD TEMATICA 5: EXERGIA Definir exergía, trabajo útil y trabajo perdido, su rendimiento. Analizar los procesos termodinámicos y su aplicación a distintos tipos de sistemas. UNIDAD TEMATICA 6: RELACIONES TERMODINAMICAS. Conocer las relaciones termodinámicas y su formulación matemática, que vinculan los principios fundamentales de la termodinámica. UNIDAD TEMATICA 7: PROPIEDADES DE LAS SUSTANCIAS PURAS. Estudiar las propiedades termodinámicas de las sustancias puras, en forma analítica y gráfica. UNIDAD TEMATICA 8: CALCULO DE PROPIEDADES. Calcular propiedades termodinámicas, mediante integración de ecuaciones diferenciales y construcción de diagramas termodinámicos. UNIDAD TEMATICA 9: AIRE HUMEDO. Definir los conceptos fundamentales de aire húmedo y las variables necesarias para caracterizarlo. UNIDAD TEMATICA 10: CICLOS DE MAQUINAS TERMICAS Y FRIGORIFICAS. Estudiar los distintos ciclos de máquinas térmicas y frigoríficas, aplicando las leyes fundamentales de la termodinámica. UNIDAD TEMATICA 11: TERMODINÁMICA DEL FLUJO DE FLUIDOS. Describir la termodinámica del flujo de fluidos y su aplicación en toberas y difusores.

4 CONTENIDOS SINTÉTICOS Formas de energía y trabajo. Principios de la Termodinámica. Entropía y Exergía. Procesos reversibles e irreversibles. Balances termodinámicos. Gases y sustancias puras. Ecuaciones de estado. Equilibrio de fases. Cálculo de propiedades. Conversión de energía. Análisis termodinámico. CONTENIDOS CONTENIDOS ANALÍTICOS UNIDAD TEMATICA 1: CONCEPTOS FUNDAMENTALES. Definición de parámetros termodinámicos. Dimensiones y unidades. Sistemas Termodinámicos. Propiedades Termodinámicas. Propiedades extensivas e intensivas. Concepto de estado y equilibrio. Función de estado. Relaciones entre parámetros de estado. Ecuaciones de estado para gases ideales y reales. Ecuación de Van der Waals. Ley de los estados correspondientes. Factor de compresibilidad. Otras ecuaciones de estado. Uso de Diagramas y Tablas. UNIDAD TEMATICA 2: PRIMER PRINCIPIO. Energía. Balance de energía. Trabajo. Trabajo reversible e irreversible. Diagrama de Clapeyron. Calor. Conservación de energía. Primer Principio aplicados a sistemas cerrados, circulantes y abiertos a régimen no permanente. Funciones Energía Interna y Entalpía. Propiedades. Diagramas P-h. UNIDAD TEMATICA 3: TRANSFORMACIONES CUASIESTATICAS EN GASES IDEALES. Transformaciones cuasiéstaticas en gases perfectos. Transformaciones isocóricas, isobáricas, isotérmicas, y adiabáticas. Expresión del Calor y Trabajo intercambiados en dichas transformaciones. Relación de Mayer. Ecuación de Poisson. UNIDAD TEMATICA 4: SEGUNDO PRINCIPO DE LA TERMODINAMICA. Segundo Principio de la Termodinámica. Enunciados. Procesos reversibles e irreversibles. Principales causas de irreversibilidad. Teorema de Carnot. Consecuencias. Rendimiento Térmico. Teorema de Clausius. Entropía. Diagramas T-s. Aplicaciones a Sistemas cerrados, circulantes y abiertos a régimen no permanente. UNIDAD TEMATICA 5: EXERGIA

5 Exergía. Introducción al campo de la exergía. El concepto de exergía en intercambios de Calor y de Trabajo. Trabajo Util y Trabajo perdido. Rendimiento exergético. Análisis Termodinámico de Procesos. Relación entre el trabajo perdido y el trabajo ideal. Grado de Destrucción de la Exergía. Aplicaciones en distintos tipos de sistemas. UNIDAD TEMATICA 6: RELACIONES TERMODINAMICAS. Relaciones termodinámicas. Formulación matemática de la termodinámica. Vínculo entre el Primer Principio y el Segundo. Relación Fundamental. Funciones de Conveniencia y sus relaciones Gibbssianas. Relaciones de Maxwell. Matemática de las variaciones de las propiedades. Aplicaciones al Gas Ideal. UNIDAD TEMATICA 7: PROPIEDADES DE LAS SUSTANCIAS PURAS. Propiedades de las sustancias puras. Superficies Termodinámicas. Diagramas P-T, T-v, P-v. Equilibrio de fases. Ecuación de Clapeyron. Integración de la ecuación de Clapeyron. Cálculo de la presión de vapor, analítico y gráfico. Regla de Trouton. Regla de Ramsay-Young y de Duhring. Ecuación de Riedel. UNIDAD TEMATICA 8: CALCULO DE PROPIEDADES. Cálculo de propiedades. Residuo Termodinámico. Integración de las ecuaciones diferenciales para el cálculo de propiedades. Cálculo de Volúmenes, entalpías, entropías y exergías en los distintos puntos del diagrama P-T y P-v. Construcción de diagramas Termodinámicos. Diagramas termodinámicos generalizados. UNIDAD TEMATICA 9: AIRE HUMEDO. Aire húmedo. Conceptos fundamentales. Humedad absoluta y relativa. Grado de saturación. Temperaturas de bulbo seco, húmedo, saturación adiabática y rocío. Diagramas Psicrómetrico y de Mollier. Construcción. Utilización del diagrama de Mollier a distintas presiones. UNIDAD TEMATICA 10: CICLOS DE MAQUINAS TERMICAS Y FRIGORIFICAS. Ciclos de maquinas térmicas. Ciclo de Carnot. Segunda Ley de la Termodinámica y escala absoluta de temperaturas. Ciclo de maquinas Térmicas de Vapor. Ciclos frigoríficos de vapor. Ciclos de motores a gas. UNIDAD TEMATICA 11: TERMODINÁMICA DEL FLUJO DE FLUIDOS. Termodinámica del flujo de fluidos. Flujo de fluidos a través de toberas y difusores. La velocidad del sonido. Forma de toberas.

6 BIBLIOGRAFÍA BIBLIOGRAFÍA OBLIGATORIA TITULO AUTORES EDITORIAL AÑO DE EDICION EJEMPLARES DISPONIBLES Termodinámica Técnica Problemas de Termodinámica Técnica Termodinámica en Ingeniería Química García, C. Alsina García, C. Alsina Smith-Van Ness MC HILL GRAW TERMODINAMICA YONUS A. CENGEL - MICHAEL A. BOLES TERMODINAMICA RICHARD E. QUIMICA PARA BALZHISER - INGENIEROS MICHAEL R. SAMUELS TERMODINAMICA - M.M. ABBOTT TEORIA Y - H.C.VAN PROBLEMAS NESS RESUELTOS PRINCIPIOS DAVID M. BASICOS Y HIMMELBLAU CALCULOS EN INGENIERIA QUIMICA MC HILL GRAW PRENTICE/H ALL INTERNACIO NAL MC GRAW HILL (SERIE SCHAUM) PRENTICE HALL BIBLIOGRAFÍA COMPLEMENTARIA

7 FORMACIÓN PRÁCTICA FORMACIÓN EXPERIMENTAL: 9 HS RESOLUCIÓN DE PROBLEMAS DE INGENIERÍA: - ACTIVIDADES DE PROYECTO Y DISEÑO: -

8 ARTICULACIÓN CON OTRAS ASIGNATURAS ASIGNATURAS CON QUE SE VINCULA Toma De ALGEBRA Y GEOMETRIA ANALITICA, ANALISIS MATEMATICO I, y ANALISIS MATEMATICO II herramientas matemáticas y algebraicas, De QUIMICA GENERAL características de las sustancias puras De FISICA I y II conocimientos de mecánica y termodinámica. Provee A FISICOQUIMICA Y FENOMENOS DE TRANSPORTE, de tercer nivel, conceptos sobre estado de las sustancias, parámetros de estado y leyes de la termodinámica. A OPERACIONES UNITARIAS I y TECNOLOGIA DE LA ENERGIA TERMICA, de cuarto nivel y a QUIMICA ANALITICA APLICADA, (materia electiva), conocimientos sobre energía, las leyes que rigen sus intercambios y formas de calcular los distintos parámetros que evalúan dichos intercambios. CORRELATIVAS PARA CURSAR CURSADAS: Análisis Matemático II, Física II APROBADAS: Algebra y Geometría Analítica, Análisis Matemático I, Química General, Física I CORRELATIVAS PARA RENDIR EXAMEN FINAL APROBADAS: Análisis Matemático II, integración II (int), Física II

9 CARACTERÍSTICAS DE LA ACTIVIDAD CURRICULAR DESCRIPCIÓN -Clases teóricas. -Resolución de ejercicios en comisiones. -Trabajos de laboratorio. -Diseño de programas de cálculo para la resolución de ejercicios. -Se emplean: Cuadernillo con diagramas y tablas; bibliografía de apoyo; guías de trabajos prácticos MODALIDAD DE LA ENSEÑANZA Se desarrollan clases teórico-prácticas en las que se resuelven ejercicios en comisiones (30 horas reloj); en algunas unidades se emplean softwares específicos de la materia. Se realizan trabajos prácticos de laboratorio a efectos de clarificar los aspectos teóricos. Se emplea como herramienta de comunicación entre docente-alumno la página web de la asignatura. Se utiliza bibliografía abundante, no limitando la materia a un texto único. EVALUACIÓN La evaluación es continua: se tiene en cuenta el rendimiento del alumno en función de su participación en las clases teórico-prácticas. Para la aprobación de la asignatura se requiere la entrega de un ejercicio integrador correspondiente a las unidades 3,4 y 5, del informe de la práctica de laboratorio y de los trabajos de proyecto realizado en comisiones. Se promociona a través de examen final.

10 ESTRUCTURA DE LA CÁTEDRA RESPONSABLE DE CÁTEDRA: CAIVANO Jorge Omar ESTRUCTURA DOCENTE PROFESORES: CAIVANO Jorge Omar AUXILIARES: MONEDA Aldo Roque NÚMERO DE COMISIONES 1 NÚMERO DE ALUMNOS POR COMISIÓN 20 PARA ACTIVIDADES TEÓRICAS 20 PARA ACTIVIDADES PRÁCTICAS PROBLEMAS DE EJERCITACIÓN 20 PROBLEMAS DE INGENIERÍA - FORMACIÓN EXPERIMENTAL 20 DE PROYECTO Y DISEÑO -

11 CRONOGRAMA UNIDAD TEMÁTICA ACTIVIDADES TIEMPO Hasta la semana: 1 CONCEPTOS FUNDAMENTALES CLASES TEORICAS, 12 HORAS RELACIONES DE ESTADO PROBLEMAS DE EJERCITACION, 6 HS RESOLUCION DE PROBLEMAS, 4HS ACTIVIDADES DE EVALUACION 2 HS 3 2 PRIMERO PRINCIPIO CLASES TEORICAS 6 HS PROBLEMAS DE EJERCITACION 6 HS RESOLUCION DE PROBLEMAS 2 HS ACTIVIDADES DE EVALUACION 6HS 5,5 3 TRANSFORMACIONES CLASES TEORICAS 2 HS CUASIESTATICAS EN GASES PROBLEMAS DE EJERCITACION 2 HS IDEALES RESOLUCION DE PROBLEMAS - ACTIVIDADES DE EVALUACION SEGUNDO PRINCIPIO CLASES TEORICAS 3 HS PROBLEMAS DE EJERCITACION 3 HS RESOLUCION DE PROBLEMAS 2 HS ACTIVIDADES DE EVALUACION ENTROPIA CLASES TEORICAS 3 HS PROBLEMAS DE EJERCITACION 3 HS RESOLUCION DE PROBLEMAS 1 HS ACTIVIDADES DE EVALUACION 1 HS 8 6 EXERGIA CLASES TEORICAS 6 HS PROBLEMAS DE EJERCITACION 4 HS RESOLUCION DE PROBLEMAS 4 HS ACTIVIDADES DE EVALUACION 6 HS 11,5 6 RELACIONES TERMODINAMICAS CLASES TEORICAS 4 HS PROBLEMAS DE EJERCITACION 2 HS RESOLUCION DE PROBLEMAS 2 HS

12 ACTIVIDADES DE EVALUACION PROPIEDADES DE LAS SUSTANCIAS CLASES TEORICAS 4 HS PURAS PROBLEMAS DE EJERCITACION 2 HS RESOLUCION DE PROBLEMAS 2 HS ACTIVIDADES DE EVALUACION CALCULO DE PROPIEDADES CLASES TEORICAS 4 HS PROBLEMAS DE EJERCITACION 2 HS RESOLUCION DE PROBLEMAS 2 HS ACTIVIDADES DE EVALUACION AIRE HUMEDO CLASES TEORICAS 2 HS PROBLEMAS DE EJERCITACION 2 HS RESOLUCION DE PROBLEMAS - ACTIVIDADES DE EVALUACION CICLOS DE MAQUINAS TERMICAS CLASES TEORICAS 2 HS PROBLEMAS DE EJERCITACION 2 HS RESOLUCION DE PROBLEMAS ACTIVIDADES DE EVALUACION TERMODINAMICA DEL FLUJO CLASES TEORICAS 2 HS DE FLUIDOS PROBLEMAS DE EJERCITACION 2 HS RESOLUCION DE PROBLEMAS - ACTIVIDADES DE EVALUACION - 16 El incremento de las horas de evaluación en las semanas 5,5 y 11,5 se debe a la evaluación escrita de las unidades 1-2 y respectivamente.

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