UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA DEPARTAMENTO ACADEMICO DE CIENCIAS DE INGENIERIA SILABO P.A.

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Daniel de la Fuente Godoy
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1 UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA DEPARTAMENTO ACADEMICO DE CIENCIAS DE INGENIERIA SILABO P.A II 1. INFORMACION GENERAL Nombre del curso : Termodinámica Código del curso : MN121 Especialidad : M4, M6 Condición : Obligatorio Ciclo de estudios : 4º, 6º Pre-requisitos : MB224, MB311 Número de créditos : 05 Total de horas semestrales: 84 Total de horas por semana 06 Teoría : 04 Practica : 05 Laboratorio :- Duración : 17 SEMANAS Sistema de evaluación : F Subsistema de evaluación : - Profesor de teoría : Ing. Cesar Ugarte Profesor de práctica : Ing. Galarza Soto Walter 2. SUMILLA Introducción, definiciones fundamentales, sustancia pura y gases, trabajo y calor, primera ley de la termodinámica: ciclo, masa de control, primera ley de la termodinámica: volumen de control, segunda ley del a termodinámica. entropía, ciclo Rankine (planta con turbina a vapor), ciclo Joule-Brayton (planta con turbina a gas) ciclos teóricos de motores de combustión interna, ciclo de refrigeración, mezcla gas-vapor. 3. OBJETIVO Los alumnos al finalizar el curso, aplicando las leyes de la Termodinámica y usando tablas y/o diagramas termodinámicos, resolverán problemas de procesos y ciclos aplicados al diseño y análisis de dispositivos y sistemas para la conversión de energía con énfasis en los ciclos de potencia, refrigeración y los procesos de acondicionamiento de aire, desde el enfoque de la termodinámica clásica, planteando correctamente cada problema y demostrando un adecuado conocimiento de las relaciones entre las propiedades de las sustancias.

2 4. PROGRAMA 1º SEMANA INTRODUCCIÓN Termodinámica: definición. Importancia de la energía en la sociedad. Fuentes de energía primarias. Ejemplos de transformación y transferencia de energía. 2º SEMANA DEFINICIONES FUNDAMENTALES Termodinámica. Concepto de sistema y volumen de control. Portador de energía. Sustancia pura. Fase. Equilibrio termodinámico. Estado. Propiedad: clasificación. Cambio de estado. Proceso: clasificación. Ciclo. Ley CERO de la Termodinámica. 3º SEMANA SUSTANCIA PURA Y GASES SUSTANCIA PURA: Fases. Cambio de fase líquido-vapor. Definiciones generales. Propiedades de la mezcla líquido-vapor: calidad, humedad. Propiedades específicas de la mezcla líquido-vapor. Tablas de vapor. Diagramas p-v, T-v, p-t. Superficie termodinámica. Punto triple, línea triple y punto crítico. GAS IDEAL: 4º SEMANA Definición, ecuaciones de estado, procesos con gases ideales, diagramas p-v, T-v y p-t. GAS REAL: ecuaciones de estado, factor de compresibilidad, diagrama del factor de compresibilidad. 5º SEMANA TRABAJO Y CALOR Formas en que se manifiesta la energía. Energía cinética, energía potencial y energía interna. CALOR: definición, características, signos, unidades. TRABAJO: definición, características, signos, unidades, formas en que se manifiesta. Trabajo de cambio de volumen: análisis en los procesos termodinámicos, su representación en el diagrama p-v. 6º SEMANA PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA: CICLO, MASA DE CONTROL Enunciado. Primer ley aplicada a un ciclo. Primera ley para masa de control (sistema cerrado). Energía interna, entalpía. Calores específicos: a presión constante y a volumen constante. Experimento de Joule. Relaciones entre los calores específicos para un gas ideal. Cambio de la energía interna y de la entalpía para sustancia pura y gases ideales. Análisis de procesos con la Primera Ley. 7º SEMANA PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA: VOLUMEN DE CONTROL Expresión general de la primera ley. Primera ley en procesos estacionarios reversibles (proceso de flujo y estado estables): características, expresión general. Caso particular de una entrada y una salida. Interpretación, representación en un diagrama p-v y cálculo de - v dp. Proceso de estrangulamiento 8º SEMANA EXAMEN PARCIAL

3 9º SEMANA Coeficiente de Joule-Thompson, gráfico p-t y línea de inversión. Primera ley en procesos no estacionarios reversibles (proceso de flujo y estado uniformes): características, expresión general. Análisis de procesos en volúmenes de control aplicando la Primera ley. 10º SEMANA SEGUNDA LEY DEL A TERMODINÁMICA. ENTROPÍA Máquina térmica: definición, eficiencia térmica. Máquinas refrigeradora y calefactora: definición, coeficiente de performance. Enunciados de la Segunda Ley: Kelvin y Clausius. Factores de irreversibilidad. Ciclo de Carnot: principios, eficiencia. Corolarios. Ciclo de Carnot invertido: coeficiente de perfomance. Desigualdad de Clausius. Entrop{ia: propiedad. Análisis en procesos reversibles e irreversibles. Principio del incremento de entropía del universo. Relaciones termodinámicas con entropía. Cambio de entropía: sustancia pura y gases ideales. Diagrama T-s: calor. Diagrama T-s, h-s y p-h para sustancia pura. Diagrama T-s para gases ideales. Análisis en el diagrama T-s. Análisis de procesos adiabáticos: rendimiento adiabático. 11º SEMANA CICLO RANKINE (PLANTA CON TURBINA A VAPOR) Ciclo Joule- Brayton: descripción, componentes, eficiencia, parámetros característicos. Modificaciones en el ciclo: con sobrecalentamiento, recalentamiento intermedio, regenerativo, con extracciones de vapor. Ciclo real: pérdidas. Planta a vapor. 12º SEMANA CICLO JOULE-BRAYTON (PLANTA CON TURBINA A GAS) Ciclo Joule-Brayton: descripción, componentes, eficiencia, parámetros característicos. Modificaciones en el ciclo: compresión en etapas con enfriamiento intermedio, expansión en etapas con recalentamiento intermedio, ciclo regenerativo. Ciclo real: pérdidas. Plantas de dos ejes. Planta de uso aeronáutico. 13º SEMANA CICLOS TEÓRICOS DE MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA Ciclos estándares de aire (Otto, Diesel y Dual): descripción, parámetros característicos, eficiencia, diagrama p-v. Partes principales y nomenclatura básica de un motor. Funcionamiento de los motores de 2 y de 4 tiempos. Ciclo real: diagrama indicado, presión media indicada, potencia indicada, potencia al eje, eficiencia. 14º SEMANA CICLO DE REFRIGERACIÓN Refrigerante. Sistemas de refrigeración. Refrigeración por compresión de vapor: descripción, componentes, coeficiente de performance, diagrama p-h. Modificaciones en el ciclo: uso de separadores, sub-enfriadores, intercambiadores de calor, etc. Sistemas múltiples. 15º SEMANA MEZCLA GAS-VAPOR

4 Mezcla de gases ideales no reactivas. Ley de Dalton y de Amagat. Aire húmedo: generalidades. Humedad relativa, humedad absoluta, punto de rocío. Proceso de saturación adiabática. Temperaturas de bulbo seco y de bulbo húmedo. Volumen específico y entalpía específica del aire húmedo. Carta psicométrica. Análisis de procesos básicos en acondicionamiento de aire. 16º SEMANA 17º SEMANA EXAMEN FINAL EXAMEN SUSTITUTORIO 5. ESTRATEGIAS DIDACTICAS 5.1 Método. Inductivo, deductivo y experimental 5.2 Procedimiento. Análisis y síntesis. 5.3 Formas. Exposición, diálogo, motivación, trabajo grupal. 6. MATERIALES EDUCATIVOS Y OTROS RECURSOS DIDACTICOS 6.1 Para el desarrollo de las clases teóricas se utilizara pizarra y proyector multimedia 7. EVALUACIÓN a. Sistema de Evaluación Sistema de Evaluación: F El sistema de calificación será con el Sistema de Evaluación F. Examen Parcial peso 01: Examen Final peso 02 y Promedio de Prácticas peso 01. El curso tendrá 04 prácticas calificadas y 02 exámenes. Todas las pruebas serán desarrolladas y se calificarán de 0 a 20. NF EP 2EF PP 4 1. EXAMEN PARCIAL : EP 2. EXAMEN FINAL : EF 3. PROMEDIO DE PRACTICAS : PP. 4. NOTA FINAL : NF b. Sub sistema de Evaluación (parte practica del curso) El curso tendrá 04 prácticas calificadas de las cuales se elimina una práctica que corresponde a la nota más baja. PP P1 P2 P3 P4 Pb 3 PRACTICA 1 PRACTICA 2 PRACTICA 3 : P1 : P2 : P3

5 PRACTICA 4 PRÁCTICA (MENOR NOTA) PROMEDIO DE PRACTICAS : P4 : Pb : PP. 8. BIBLIOGRAFIA [1] BURGHARDT, David, INGEIERIA TERMODINÁMICA. Segunda Ed. Harla, México 1984 [2] CENGEL, Yunus BOLES, Michael Thermodynamics an engineering approach Second edition McGraw-Hill [3] FAYRES, Virgil Morning TERMODINAMICA. Ed. UTEHA [4] JONES J.B. DUNGAN R.E. Ingeniería Termodinámica. Primera edición, Prentice Hall Hispanoamérica S.A. [5] MANRIQUE, Jos,/CARDENAS, Rafael TERMODINÁMICA. Ed. HARLA [6] MORAN M.J./SHAPIRO H.N. FUNDAMENTOS DE TERMODINÁMICA TÉCNICA. Ed. Reverte S.A. [7] NAKAMURA, Jorge, TERMODINÁMICA PARA INGENIEROS [8] POSTIGO, Jaime / CRUZ, Juam TERMODINÁMICA APLICADA [9] VAN WYLEN, Gordon / SONNTAG, Richard FUNDAMENTOS DE TERMODINAMICA. Versión SI. Ed John Willey [11] WARK, Kenneth TERMODINÁMICA. Ed Mc Graw-Hill Lima, octubre 2011

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