Facultad de Ingenieria Química.Ingenieria Química FISICOOUIMICA I
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- Carlos Montoya Salazar
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1 , '".Universidad Nacional de Ingeniería Facultad de Ingenieria Química.Ingenieria Química FISICOOUIMICA I (TERMODINAMICA QUIMICA) 1- INFORMACION GENERAL: Carrera: Ingenieria Química. Se imparte: Primer semestre cuarto año (académico) turno nocturno. Segundo semestre segundo año ( académico) turno diumo. Total de horas: 90 Distribución de tiempo por forma de enseñanza: Conferencias: 5 Clases Prácticas:2 laboratorios: OBJETIVOS GENERALES DE la ASIGNATURA: ' ' Al término del curso el estudiente estará en capacidad de : 1. Efectuar conversiones de las cantidades fundamentales y secundarias para cualquier sistema de unidades. 2. Determinar las propiedades termodinámicas de cualquier sustancia pura en.su fase líquida, sólida y gaseosa. 3. Aplicar la Primera ley de la termodinámica a la resolución de problemas prácticos de Ingenieria Química.. Evaluar los efectos térmicos en los procesos físicos de calentamiento y cambio de fase. 5. Evaluar el cambio de entalpia de cualquier reacción química. 6. Aplicar el concepto de entropía en la aplicación de la segunda ley de la termodiñámica en los procesos físicos (ciclos) y químicos ASIGNATURA DE PREREQUISITO: Quimica General 11. IV- ASIGNATURA DE CO-REQUISITO: Ninguna. V- METODOlOGIA y ORGANIZACION: En esta asignatura es de primordial importancia lograr que el alumno asimile conscientemente los conceptos de interconvertibilidad de todos las formas de energía: entalpía, trabajo, energia cinética, entropía, calor, etc. y las leyes que rigen estas transformaciones, para que sea capaz de aplicarlo a la resolución de problemas reales de los procesos industriales. Por primera vez en su carrera conocerá los diversos equipos industriales: calderas, compresores, turbinas, intercambiadores de calor, evaporadores, etc. que a lo largo de otras asignaturas irá profundizando, pero es de vital importancia que a este nivel tenga claro para que sirve cada uno de ellos y en que casos deben ocuparse en un proceso. Se deberán diseñar experimentos de laboratorio por parte de los estudiantes para que en la práctica comprueben las leyes de la termodinámicay aprendan a conceptualizarfenómenos físicos y químicos. El análisis de los procesos isotérmico, isobárico, isométrico e isentrópico y la variación de las propiedades termodinámicas del sistema serán vistos con ejemplos prácticos tomados de la industria. la evaluación de las reacciones químicas desde el punto de vista energético constituye una de las partes medula res de este curso. Se realiza un estudio de los ciclos de generación de potencia y de refrigeración, prestando mayor enfasis al ciclo Rankine y al ciclo de refrigeración por compresión de vapor.
2 VI - ESQUEMA DE CONTENIDOY DlSTRIBUCION DEL TIEMPO. Unidad Tema Cont. c.p. Lab Total I IV Introducción a la T.D. 1 Primera ley de la T.D. 10 Segunda y Tercera ley de la T.D. 16 Termofisica y Termoquimica Total: VII- PROGRAMAANALlTICQ_OLflSICOOUIMICA 1. Unidad 1: Introducción a la Termodinámica. ' / Definición de Termodinámica. Introducción matemática y gráfica. Interpolación lineal. Propiedades de la diferencial total. Integración gráfica. Sistemas Termodinámicos. Sistema Abierto Sistema Cerrado Sistema Aislado. Propiedades y estados de un sistema. Temperatura. Presión. Clasificación: Intensivas, extensivas y específicas Saturación. Temperatura de Saturación. Calidad. Presión de Vapor. Curva de Presión de Vapor. Condiciones T.D. (saturado, sobrecalentado, agotado, subenfriado, comprimido). Diagrama de Dühring. Diagrama de Cox-Othmer. Función de estado y ecuación de estado. Función de estado de un gas ideal. Función de estado de un gas real. Factor de compresivilidad. Ecuación de Van der Wall Ecuación Virial; coeficientes viriales. Ley de los estados correspondientes. Relación de propiedades de estado. Diagramas P-V-T. Diagramas Generalizados. Corrección de Propiedades para fluidos reales. Definición de sustancia pura. Cambio de fase.
3 Sistemas de Unidades, factor gc de proporcionalidad. Ley cero de la termodinámica. Tablas termodinámicas. Unidad 11: Primera Le:! de la Termodinámica " Energia potencial, cinética y mecánica. Trabajo y calor. Ecuaciones de Trabajo y Calor. Comparación entre Trabajo y Calor. Utilidady Degradaciónde la Energia.. Funciones de estado: volumen especifico, energia interna y entalpia. Enunciado de la Primera Ley de la Termodinámica. Tratamiento matemático de la Primera Ley. Definición de Potencia. 'Procesos Termodinámicos. Concepto de equilibrio. Procesos reversibles e irreversibles. Capacidad calorífica y calor especifico. Coeficiente Joule - Thompson. Procesos isotérmico, isobárico, isornétrico, adiabático y politrópico. Descripción de algunos Equipos Industriales. Análisis de volumen de control por la primera ley. Balance de masa en un volumen de control. Balance de energia en un volumen de control. Procesos de estado y flujo estable. Procesos de estado y flujo uniforme. Unidad 111:SeQunda Ley de la Termodinámica Enunciado de la Segunda Ley de la T.D. La máquina térmica. Teorema de Camot. Escala termodinámica de temperatura. Ciclo Camot de una máquina térmica. Definición de Entropía. Entropía como función de estado. Cambio de entropía para procesos isotérmicos, isobáricos, isométrocos y politrópicos. Análisisde un volumende control por la SegundaLey. Procesos de estado y flujo estable. Procesos de estado y flujo uniforme. Tercera Ley de la T.D. Método de evaluación de ciclos: Eficienciay Coeficiente de funcionamiento. Diagrama T - S. Diagrama H - S. Ciclo Rankine. Ciclo de Refrigeración por compresión de vapor.
4 Unidad Ciclos normales de Aire. CicloOtto. Ciclo Diesel. Ciclo Stirling. Ciclo Ericson. Ciclo Brayton. IV : Termofísica y Termoauímica ' ' ' A S Calores latentes. Calor de fusión. Calor de vaporización.. Métodos para estimar el calor latente de vaporización. Regla de Trouton. Ec. de Kistiakowsky. Ec. de Clapeyron. Ec. de Clausius-Clapeyron. Ec. de Riedel. Método de Watson. Método de Dühring. Método de Othrner. Termoquímica. Calor de reacción. Calor estandar de reacción. Calor de disolución. (Calores de Mezclas ). Diagramas entalpia - concentración para soluciones. Calor estandar de formación. Leyes termoquímicas. Ley de Lavoiser. Ley de Hess. Calor estandar de reacción, a partir de los calores estandar de formación. Calor estandar de combustión. Calor estandar de reacción, a partir de los calores estandar de combustión. Efecto de la temperatura sobre el calor estandar de reacción. a) Reactivos y productos a la misma temperatura pero diferente de 25 e. b) Reactivos y productos a diferentes temperaturas. Temperatura de reacción adiabática. Efectos térmicos industriales. Entropías de formación, de combustión y de reacción. VIII- FORMA DE EVALUACION : Un exárnen parcial (valor 35%), un exámen final (35%) y la evaluación sistemática con un valor del 30%, de este 15% corresponden a la evaluación de los laboratorios y el 15% restante para el seguimiento de la asignatura IX- PRUEBAS EXPERIMENTALES: 1- Determinación de Capacidades Caloríficas 2- Cálculo del cambio de entropía de un proceso irreversible 3- Cálculo del calor de disolución del HZSO.
5 x- BIBLlOGRAFIA - Richard Sonntag/ Gordon S Van Wylen.. Introduccióna la termodinámicaclasicay estadística.. Editorial Limusa, Mexico, Smith/ Van Ness.. Introduccióna la T.O. en IngenieríaQuímica.. Editorial Mc Graw - HiI!, México, Hougen/ Watson / Ragatz.. Principiosde los procesos químicos.. Editorial Reverté, SA, España, Irma de la Torre.. Folleto de termodinámica química, segunda edición.. Opto. Ingenieria Química, UCA, Managua Antonio Valiente! Rudi Primo Stivalet.. Problemasde balances de energia.. - Editorial Alhambra Mexicana, SA, México, Irving Granet... Termodinámica", Tercera edición Prentice-Hall Hispanoamericana, S. A., México, 1990 XI-ELABpRAOO POR: Ing. Int. ERNESTO ACEVEOO LUGO Msc. FRANK MEDRANO
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