PROGRAMA PARA EL CURSO: TERMODINAMICA I. DATOS GENERALES DE LA MATERIA. Clave: 314 No. de Créditos: 4

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1 PROGRAMA PARA EL CURSO: I. DATOS GENERALES DE LA MATERIA Nombre de la materia: Termodinámica Clave: 314 No. de Créditos: 4 Semestre: Cuarto Duración del curso: 17 semanas Horas a la semana: 3 teoría, 1 práctica Total de horas: 68 horas (51 teoría y 17 práctica) Horario establecido: Autor del programa: M en A Silvia Gavidia Quintanilla Modalidad: Presencial II. PRESENTACIÓN La energía y su transformación es un área estratégica para el desarrollo de la sociedad, el mundo actual no se concebiría sin el consumo de los recursos energéticos, pero esto trae problemas que hay que atender tales como el calentamiento global, la lluvia ácida, contaminación ambiental. Por lo que hay que usar los recursos energéticos de una manera eficiente y racional. La termodinámica nos ayuda a comprender todos estos fenómenos relacionados con el uso de la energía. III. INTRODUCCIÓN En las ramas de ingeniería uno de los requerimientos importantes para los egresados, es el comportamiento de los materiales, fluidos en condiciones de trabajo que pueden incluir temperatura y el efecto de esta en su comportamiento (presión y volumen) es por eso que en los procesos de automatización de máquinas o procesos es necesario saber el comportamiento termodinámico de los materiales. Conocer y aplicar los conceptos de la termodinámica al desarrollo de sistemas de transformación de la energía y sus limitaciones. Así mismo aplicar las propiedades de las sustancias puras en la resolución de ejercicios y casos prácticos. Comprender y aplicar los conceptos de energía y su transformación en la vida del hombre y su interacción con el entorno, para aprovechar en forma eficiente y sustentable los recursos disponibles en el universo. IV. COMPETENCIAS GENÉRICAS En el siguiente cuadro se muestra las competencias genéricas a desarrollar en el curso de Termodinámica según los resultados de enseñanza/aprendizaje de ABET: 1

2 No. 1 Fomentadas en Termodinámica X X Competencias de la carrera de Ingeniería En Automatización Aplicar y utilizar los conocimientos de matemáticas, ciencias básicas e ingeniería para diseñar y llevar a cabo proyectos de investigación, de aplicación e innovación social y tecnológica utilizando técnicas y métodos especializados. 2 Colaborar en equipos disciplinarios y multidisciplinarios para formular y ejecutar proyectos de soluciones en automatización pertinentes al contexto 3 Diseñar componentes, sistemas y procesos automatizados, para satisfacer necesidades específicas y plantear las soluciones adecuadas. 4 Formular soluciones a problemas de automatización, de componentes, sistemas y procesos considerando el impacto de la misma y contribuyendo a la mejora del contexto global, económico, ambiental y social, utilizando las técnicas y herramientas actuales. 5 Valorar y respetar los problemas que enfrenta la sociedad actual reconociendo las diferencias individuales y culturales para convivir con responsabilidad en los ámbitos sociales y laborales basándose en principios profesionales éticos y apegándose a los criterios y normas de calidad para impulsar el desarrollo sustentable. 6 Comunicar sus ideas, los conceptos y conocimientos de ingeniería en un contexto multicultural. 7 Actualizar de forma continua los conocimientos para mejorar su desarrollo adaptándose a las necesidades cambiantes del entorno V. COMPETENCIAS ESPECÍFICAS Esta asignatura aporta al perfil del Ingeniero en Automatización, los conocimientos y las habilidades para: Comprender e interpretar los principios y las leyes de la termodinámica. Conceptualizar física y matemáticamente el comportamiento termodinámico de los cuerpos sujetos a temperatura, presión y volumen. Calcular el comportamiento termodinámico en base al comportamiento de las sustancias en relación a T, P, V. Medir y analizar el comportamiento energético de los cuerpos y materiales sujetos a condiciones termodinámicas. VI. PROPÓSITO DE LA MATERIA A través del aprendizaje, contenido en este curso el alumno tendrá los conocimientos, habilidades y herramientas para calcular o simular el comportamiento termodinámico de los sistemas cerrados y abiertos donde el elemento principal sean los fluidos, combustibles y gases sujetos a presión y su relación con temperatura y volumen. VII. CONTENIDOS TEMÁTICOS UNIDAD I: CONCEPTOS FUNDAMENTALES. 6 Hras. OBJETIVO: Comprender los conceptos fundamentales de los términos que rigen a la termodinámica. 2

3 I.1 Sistemas termodinámicos. Fronteras. I.2 Propiedades microscópicas de las sustancias (extensivas e intensivas). I.3 Equilibrio termodinámico. I.4 Volumen, volumen especifico y densidad. I.5 Presión. El gradiente de presión. Manometría. I.6 Equilibrio térmico. La ley Cero. Temperatura. I.7 Escalas empíricas de temperatura. Propiedades termométricas. I.8 El postulado de estado. El diagrama (v, P). Procesos. Proceso casiestático I.9 Las características matemáticas de las propiedades de la sustancia. UNIDAD 2: LA PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA. 15 Hras. OBJETIVO: Proporcionar las ecuaciones que rigen a la primera ley de la termodinámica para el análisis de sistemas y procesos específicos de la ingeniería. II.1 Conceptos de calor: sensible y Latente. II.2 Conceptos de trabajo. Trabajo casiestático de una sustancia compresible. II.3 El trabajo y los cambios de las energías cinética y potencial. II:4 Los experimentos de Joule. II.5 La relación de equivalencia entre el calor y el trabajo. II.6 La primera ley. II.7 La energía como propiedad de la sustancia. II.8 Las energías cinética, potencial e interna. II.9 El principio de conservación de la masa. II.10 El principio de conservación de la energía. II.11 La primera ley en ciclos. Eficiencia térmica. II.12 Balances de energía y de masa (la ecuación de continuidad). II.13 La entalpia. II.14 Balances de energía en casos especiales: régimen permanente, estado estable, fluidos incompresibles (ecuación de Bernoulli). II.15 Balances de energía en equipos. II.16 la energía interna y el calor a volumen constante: Cv. II.17 La entalpia y el calor a presión constante: Cp. UNIDAD 3: PROPIEDADES DE LAS SUSTANCIAS PURAS. 10 Hras. OBJETIVO: Proveer los conocimientos básicos para la utilización de las tablas termodinámicas más comúnmente utilizadas. III.1 Diagrama de fase. Estados triple y crítico. III.2 Procesos casiestático y su representación en diagramas de fase. III.3 Tabla de las propiedades: P, v, t, u y h. III.4 La ecuación de estado. III.5 Los coeficientes de compresibilidad isotérmica de expansión isobárica. El coeficiente de Joule y en Thomson. III.6 Los experimentos de Boyle y de Mariotte, de Gay-Lussac y de Charles. III.7 La temperatura absoluta. III.8 El gas perfecto y su ecuación. III.9 La ley de Joule para el gas ideal. III.10 La fórmula de Mayer. La ecuación de Poisson para el proceso adiabático. 3

4 UNIDAD 4: BALANCE DE ENERGÍA. APLICACIÓN DE LA PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA. 10 Hras. OBJETIVO: Proveer de los procesos ISO en el análisis de sistemas de ingeniería y de las ecuaciones que rigen dichos procesos. IV.1 Metodología general en la resolución de problemas. IV.2 Aplicación de la Primera ley a sistemas cerrados: Procesos isotérmicos, isométricos, isobáricos, adiabático y politrópicos con gas ideal y con sustancias reales. IV.3 Aplicación de la Primera ley en ciclos: de Rankine y de refrigeración. Los ciclos de Carnot, de Brayton, de Otto y de Diesel. Las eficiencias de los ciclos. UNIDAD 5: LA SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA. 10 hras. OBJETIVO: Proporcionar los conocimientos fundamentales que rigen a la segunda ley de la termodinámica para cualquier tipo de sistema de ingeniería. V.1 El postulado de Clausius (refrigeradores) y de Kelvin y de Planck (máquinas térmicas). V.2 El proceso reversible. Causas de irreversibilidad. V.3 El teorema de Carnot. La escala de temperaturas absolutas. V.4 La desigualdad de Clausius como consecuencia de la Segunda ley. V.5 La entropía V.6 Diagrama de fase: (s,t) y (s,h) o de Mollier. V.7 Generación de entropía. Balance de entropía. V.8 La eficiencia isentrópica de equipos: turbinas, compresores y bombas. V.9 El trabajo útil: las funciones de Helmoholtz y de Gibbs. VIII. SISTEMA DE EVALUACIÓN TEORIA 80% LABORATIRO 20% Parciales Unidad Contenido 1 Unidad 1 Completa 2 Unidad 2 Completa 3 Unidad 3 Completa 4 Unidad 4 Completa 5 Unidad 5 Trabajo de investigación por parte de los alumnos. Formas de Evaluar las Unidades: Exámenes 80% Tareas y Trabajos 20% (se entregan a mano, con portada indicando el número de tarea a entregar y de que unidad corresponde). Ejercicios 10% (10 Problemas que se resolvieron para estudiar de las unidades 2, 3 y 4). TOTAL 100% que representa el 80% de la teoría. Para exentar: 75% Para pasar la materia: 60% (en examen final) 4

5 IX. DOCUMENTOS A CONSULTAR REFERENCIAS BÁSICAS. WARK, Kenneth Termodinámica McGraw-Hill, 5ª edición México, 1992 BURGHAARDT, David Ingeniería Termodinámica Harla, 2ª edición México, 1988 REFERENCIAS COMPLEMENTARIAS. HOWELL, John R., y BUCKIUS, Richard O. Principios de Termodinámica para Ingenieros Mc Graw-Hill México, 1991 GORDON, Van Wylen, SONNTAG, Richard y BOGNAKKE, Claus Fundamentals of Classical Thermodynamies John Wiley and Sons N. Y., 1994 HUANG, Francis P. Ingeniería Termodinámica CECSA, 2ª edición México, 1981 JONES, James B. Y BUGAN, Regina E. Engineering Thermodynamics Prentice-Hall Englewood Cliffs, N.J., 1996 MANRIQUE, José y CARDENAS, Rafael S Termodinámica Harla, 3ª edición México,