5618 Termodinámica IEA IM IMA IME IMT

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1 A) CURSO Clave Asignatura 5618 Termodinámica Horas de teoría Horas de práctica Horas trabajo Créditos Horas Totales por semana por semana adicional estudiante B) DATOS BÁSICOS DEL CURSO IEA IM IMA IME IMT Nivel: IV V III IV III Tipo Obligatoria Obligatoria Obligatoria Obligatoria Obligatoria (Optativa, Obligatoria) Prerrequisito: Cálculo D Física B y Cálculo Física B y Cálculo Cálculo D Cálculo D D D Clasificación CACEI: CI CI CI CI CI C) OBJETIVO GENERAL DEL CURSO Al finalizar el curso el estudiante será capaz de: Resolver problemas inherentes a los procesos con gases ideales y vapor de agua, así como la transformación y propiedades de la energía en todas sus manifestaciones. También manejará y aplicará matemáticamente las expresiones correspondientes a la termodinámica en los diferentes sistemas de unidades. D) CONTENIDOS Y MÉTODOS POR UNIDADES Y TEMAS 1.- Conceptos básicos y sistemas de unidades. 8 horas Que el alumno describa los conceptos básicos sobre las propiedades de la sustancia, así como los sistemas de unidades y resuelva problemas relacionados. 1.1 Definición de Termodinámica. 1.2 Sustancia de Trabajo. Sistema Termodinámico y Tipos de Sistemas. 1.3 Superficie y Volumen de Control. 1.4 Propiedades, Estados y Procesos Termodinámicos. 1.5 Unidades de Medida y Sistemas de Unidades. 1.6 Masa y Peso. 1.7 Volumen, Volumen Específico, Densidad y Peso Específico. 1.8 Presión, Presión Atmosférica, Presión Absoluta y Presión Manométrica. 1.9 Temperatura y Escalas de Temperatura Principio de Arquímedes Ley Cero Ley de la Conservación de la Masa, tipos de Sistemas Abiertos y Flujo en Tuberías. Lecturas y otros recursos Se recomienda leer los temas de la bibliografía sugerida, y resolver problemas indicados por Pág. 1

2 2.- Conceptos de energía y la primera ley de la termodinámica 12 horas Que el alumno analice y describa los conceptos sobre las diferentes manifestaciones de energía, distinga la diferencia entre cantidades de energía almacenada y en transición, y aplique la Primera Ley de la Termodinámica y maneje las expresiones matemáticas que los rigen y resuelva problemas relacionados. 2.1 Cantidades de Energía Almacenada y Cantidades de Energía en Movimiento. 2.2 Energía Potencial Gravitacional. 2.3 Energía Cinética. 2.4 Energía Interna. 2.5 Trabajo. 2.6 Trabajo sobre una Frontera Móvil. 2.7 Calores. 2.8 Energía de Flujo. 2.9 Primera Ley de la Termodinámica Diagrama y Balance de Energía Ecuación de Conservación de la Energía para el Sistema Cerrado y el Sistema Abierto Entalpía Reversibilidad e Irreversibilidad Calor especifico. Calores específicos a volumen constante y a presión constante Calor especifico. Entropía y Diagrama T-S La pdv y la - vdp Lecturas y otros recursos Se recomienda leer los temas de la bibliografía sugerida, y resolver problemas indicados por Prácticas de obtención y análisis de datos ª Ley de la termodinámica. 6 horas Que el alumno conozca, comprenda y aplique la segunda ley de la termodinámica y pueda resolver problemas relacionados. 3.1 Diferentes enunciados de la segunda ley de la termodinámica. 3.2 Desigualdad de Clausius. 3.3 Producción de entropía. 3.4 Disponibilidad energética de un sistema cerrado. 3.5 Disponibilidad energética de un sistema abierto. 3.6 poción disponible de calor. 3.7 Funciones de Helmontz y Gibas. Prácticas de obtención y análisis de datos. 4.- Gas ideal y la sustancia pura 16 horas Pág. 2

3 Que el alumno reconozca las diferentes fases de la sustancia; distinga los diferentes tipos de sustancias, y domine el manejo de tablas y diagramas para diversas sustancias y fases, y resuelva problemas relacionados. 4.1 El Gas Ideal. 4.2 Leyes de los Gases Ideales. 4.3 Ley de Boyle ( T = C) ª. Ley de Charles (o de Gay- Lussac, p =C) ª. Ley de Charles ( V = C) 4.6 Ley de Avogadro. 4.7 Calores específicos de un Gas Ideal. 4.8 Ley de Dalton de las Presiones Parciales. 4.9 Cambio de Entropía de un Gas Ideal Tablas de los Gases ( consideración de Cp y Cv = f(t) Cambios de Fase a Presión Constante Comparación de las Curvas de Liquido y Vapor Superficies Termodinámicas Diagrama de Fases Regla de las Fases Tablas de Líquido y Vapor Líquido Comprimido Diagramas de Propiedades Diagrama de Mollier Diagrama p-h. Lecturas y otros recursos Se recomienda leer los temas de la bibliografía sugerida, y resolver problemas indicados por 5.- Procesos en los fluidos. 20 horas Que el alumno analice los diversos procesos termodinámicos y resuelva problemas relacionados. 5.1 El Proceso Isométrico Gas Ideal. Análisis bajo la consideración de calores específicos constantes y variables Vapor. 5.2 El Proceso Isobárico Gas Ideal. Análisis bajo la consideración de calores específicos constantes y variables Vapor. 5.3 El Proceso Isotérmico Gas Ideal. Análisis bajo la consideración de calores específicos constantes y variables Vapor. 5.4 El Proceso Isentrópico Gas Ideal. Análisis bajo la consideración de calores específicos constantes y variables Vapor. 5.5 Procesos Adiabáticos. Reversibles e Irreversibles. 5.6 El Proceso Politrópico Curvas representativas del proceso en los planos v-p y T-s Análisis del Proceso Politrópico: a).- Gas Ideal. Análisis bajo la consideración de calores específicos constantes y variables. b).- Vapor. 5.7 Relaciones de Volúmenes y Presiones. Pág. 3

4 6.- Ciclos termodinámicos 18 horas Que el alumno analice y aplique los principios que rigen a los ciclos termodinámicos, tanto de potencia como consumidores de energía y resuelva problemas relacionados. 6.1 Ciclos Termodinámicos. 6.2 El Ciclo de Carnot. 6.3 Volumen desplazado, eficiencia térmica y presión media efectiva. 6.4 Ciclos Invertidos y Ciclos Reversibles. 6.5 El Ciclo Invertido de Carnot. 6.6 El Ciclo Ericsson y Ciclo Stirling (Efecto Regenerativo). 6.7 Análisis de Ciclos de Tres Procesos. 6.8 Análisis de ciclo de 4 o más procesos. E) ESTRATEGIAS DE ENSEÑANZA Y APRENDIZAJE a) Exposición convencional de cada tema por parte del profesor, utilizando materiales como pizarrón. b) Lectura de artículos científicos y de divulgación. c) Trabajos de investigación por parte de los alumnos. d) Exposición de Proyectos por parte del Alumno. e) El uso de software que este a la vanguardia. f) Visitas a empresas. PRÁCTICAS: Para la realización de prácticas, se consideran un total de16 sesiones de una hora. Las prácticas a realizar se listan a continuación: 1. Normas y equipo de seguridad. 2. Dilatación térmica de las sustancias. 3. Uso y manejo de instrumentos para medir temperatura. 4. Uso y manejo de instrumentos para medir presión. 5. Primera ley de la Termodinámica. 6. Calor específico. 7. Trabajo sin flujo. 8. Segunda ley de la Termodinámica. 9. Leyes de los gases ideales. 10. Calor latente de fusión y de evaporación. 11. Cambios de fase. 12. Dependencia de la presión del vapor de agua con la temperatura. 13. Ciclo Ranking Ideal Invertido Simple. 14. Proyecto. Pág. 4

5 F) EVALUACIÓN Y ACREDITACIÓN Evaluación: Periodicidad Forma de Evaluación y Ponderación Sugerida 1er. Evaluación Parcial 16 sesiones Examen 90%, Tareas 10% 2º Evaluación Parcial 16 sesiones Examen 90%, Tareas 10% 3er. Evaluación Parcial 16 sesiones Examen 90%, Tareas 10% 4º Evaluación Parcial 16 sesiones Examen 90%, Tareas 10% 5º Evaluación Parcial 16 sesiones Examen 90%, Tareas 10% Evaluación Final Ordinario 100% (Promedio de las Evaluaciones Parciales) Otra Actividad: Temas a Cubrir Y 6 Examen Extraordinario Examen a título Examen de regularización Semana 17 del semestre en curso De acuerdo a programación de Secretaría Escolar De acuerdo a programación de Secretaría Escolar G) BIBLIOGRAFÍA Y RECURSOS INFORMÁTICOS Textos básicos: 1. FAIRES V.M., Thermodynamics, Macmillan, 6a. ed. 2. FAIRES V.M., Problems on thermodynamics, Macmillan, 6th. ed. (Tomo de texto y Tomo de Problemas). 3. ENGEL, YUNUS A. & BOLES, MICHAEL A., Termodinámica, Mc. Graw Hill, 4ª. Edición, MORAN, MICHAEL J. & SHAPIRO, HOWARD N., Fundamentos de Termodinámica Técnica, Editorial Reverté, 2ª. Edición, JONES, J.B.& HAWKINGS, G.A., Engineering thermodynamics, an introductory text book, John Wiley & sons, Inc, 2nd edition, New York, JONES J.B. y DUGAN R.E., Ingeniería termodinámica, Prentice Hall, KENNETH WARK, Termodinámica, McGraw-Hill, 4a. Edición. 8. LEVENSPIEL O., Fundamentos de termodinámica, Prentice Hall, Textos complementarios 1. BURGHARDT, M. DAVID, Ingeniería Termodinámica, Harper & Row Latinoamericana. 2a. Edición, CARROLL M. L. & MALEEV V. L., Heat power fundamentals, Pitman. 3. Loredo Moreleón Luis A., Apuntes de Ingenieria Termica I, Facultad de Ingenieria, UASLP, ZEMANSKY VAN & NESS, Basic engineering thermodynamics, Mc Graw-Hill N. Y Pág. 5