Carrera: Ingeniería Química. Asignatura: Termodinámica I. Área del Conocimiento: Ciencias de la Ingeniería

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1 Carrera: Ingeniería Química Asignatura: Termodinámica I Área del Conocimiento: Ciencias de la Ingeniería Generales de la Asignatura: Nombre de la Asignatura: Clave Asignatura: Nivel: Carrera: Frecuencia (h/semana): Teoría: Laboratorio: Total horas en el período escolar: Créditos: Fecha de Elaboración: Termodinámica I CI02 Licenciatura Ingeniería Química de abril de 2003 Objetivo general: Comprender y aplicar el concepto de la conservación de la energía a procesos que ocurren en sistemas abiertos o cerrados, en los que intervienen como fluidos de trabajo líquidos, vapores y gases ideales o reales, con objeto de evaluar las necesidades energéticas en forma de calor y/o trabajo. Comprender y aplicar el concepto de entropía como una forma de establecer la factibilidad de que los procesos ocurran en la dirección prevista, así como para evaluar los efectos que las irreversibilidades implican en el calculo de las necesidades energéticas de los procesos que se desarrollan en sistemas abiertos o cerrados Descripción sintética: Establecer una relación funcional entre las diferentes formas de energía(cinética, interna y potencial), calor y trabajo a través de la primera ley de la termodinámica. Describir el comportamiento PVT los gases ideales y reales Establecer las diferencias entre procesos reversibles e irreversibles, Establecer el concepto de eficiencia térmica como base para definir el concepto de entropía. Desarrollar una forma general de balance de entropía como criterio adicional de análisis en procesos irreversibles Establecer relaciones formales entre derivadas de la funciones termodinámicas Establecer metodologías para el calculo de las propiedades termodinámicas de las sustancias reales.(utilizando tablas impresas y electrónicas y software de solución de sistemas de ecuaciones ) Utilizar tablas y graficas (impresas y electrónicas) para el calculo de propiedades termodinámicas de las sustancias reales Aplicar los conceptos de la primera y segunda ley de la termodinámica así como las metodologías de calculo de propiedades termodinámicas de las sustancias reales a la determinación de la necesidades energéticas en procesos que ocurren en sistemas abiertos o cerrados. Pág. 1 de 6

2 Aportación de la asignatura al Perfil del Egresado: Adquirir los conocimientos para evaluar los propiedades volumétricas y termodinámicas de las sustancias reales así como los conceptos de la primera y segunda leyes de la termodinámica que le permitan determinar los requerimientos de intercambio de calor y las necesidades de potencia en sistemas de proceso y le sirvan de base. Contenido (temario): I. Conceptos Básicos II. Primera Ley de la Termodinámica III. Comportamiento PVT de los gases reales IV. Entropía y Reversibilidad V. Efectos térmicos VI. Relaciones entre las derivadas de las funciones termodinámicas VII. Propiedades termodinámicas de las sustancias reales Descripción detallada del contenido de las Unidades: Contenidos específicos Temas de aprendizaje Conceptos Básicos Dimensiones, Unidades y Sistemas de Unidades Fuerza, Trabajo, Energía, Potencia, Presión, Calor y Temperatura Sistema, Alrededores, Proceso Primera Ley de la Termodinámica Los experimentos de Joule y el principio de conservación de la energía El concepto de energía interna El concepto de entalpia Capacidad calorífica y calor especifico Aplicación de la primera ley de la termodinámica a procesos Isotérmicos, isocóricos, isobáricos y adiabáticos y politrópicos en sistemas cerrados en los que intervienen gases ideales Procesos cíclicos en sistemas cerrados Primera ley de la termodinámica para sistemas abiertos Aplicaciones la primera ley de la termodinámica a procesos de flujo en estado estable en los que intervienen gases ideales Aplicaciones de la primera ley de la termodinámica a procesos de flujo en estado inestable en los que intervienen gases ideales. Comportamiento PVT de los gases El modelo de gas ideal reales Correcciones al modelo de gas ideal mediante correlaciones generalizadas: El factor de compresibilidad La corrección de Pitzer: El factor acéntrico Uso de tablas (impresas y electrónicas) de Pág. 2 de 6

3 Entropía y Reversibilidad Efectos térmicos Relaciones entre las derivadas de las funciones termodinámicas factor de compresibilidad. Comportamiento PVT de los gases reales mediante la ecuación virial. Comportamiento PVT de los gases reales mediante ecuaciones de estado: Las ecuaciones de Van der Walls, Redlich- Kwong, Beatie-Bridgeman. Aplicaciones al calculo de propiedades volumétricas y requerimientos energéticos de procesos en sistemas abiertos y cerrados Procesos reversibles e irreversibles La eficiencia térmica: Maquinas térmicas y bombas de calor, Escala termodinámica de temperaturas El ciclo de Carnot y el concepto de entropía Entropía y reversibilidad Entropía y orden del sistema La entropía una ecuación adicional de balance. Aplicaciones del balance de entropía a procesos en sistemas abiertos o cerrados Calor de reacción Calculo del calor estandar de reacción a partir de datos de calores de formación o de combustión Efecto de la temperatura sobre el calor de reacción Aplicaciones al calculo del intercambio de calor en sistemas con reacción química bajo condiciones isotérmicas Reacciones no isotérmicas y adiabáticas: Temperatura adiabática de flama. Bases matemáticas: Derivación parcial Regla de la cadena. Criterio de exactitud Relaciones primarias y relaciones de Maxwell. Tabla de derivadas de las funciones termodinámicas en términos de las variables TV y TP Relaciones diversas: Variación de Cp y Cv como función de la presión, Coeficientes de Joule-Thompson y de Euken Compresibilidad isotérmica, Coeficiente volumétrico de expansión. Etc. Formula general para el desarrollo de relaciones entre derivadas parciales Tablas de Bridgeman Uso de jacobianos para la representación de relaciones entre derivadas de la funciones termodinámicas. Propiedades termodinámicas de las Propiedades termodinámicas de las sustancias Pág. 3 de 6

4 sustancias reales reales a partir del concepto de propiedades residuales Calculo de propiedades residuales a partir de correlaciones generalizadas y ecuación virial. Calculo de propiedades residuales a partir de ecuaciones de estado Aplicación al calculo del calor y el trabajo en procesos donde intervienen gases reales Tablas y diagramas (impresas y electrónicas) de propiedades termodinámicas de las sustancias reales Aplicación al calculo de los requerimientos energéticos a procesos en sistemas abiertos o cerrados Trabajo a partir de calor: Ciclos de potencia (los ciclos Carnot y Rankine) Fundamentos de Refrigeración Objetivos por Unidad: Unidad I: Establecer claramente las diferencias entre los conceptos de dimensiones y unidades, conocer los sistemas de unidades (internacional e inglés), comprender los conceptos de temperatura, presión, trabajo, potencia, calor y energía sus diferentes formas y manifestaciones. Unidad II: Comprender los conceptos de calor y trabajo como mecanismos de intercambio de energía, Comprender el principio fundamental de la conservación de la energía Aplicar el principio de conservación de la energía a procesos que ocurren en sistemas abiertos o cerrados, en los que intervienen gases ideales para determinar las necesidades de intercambio de energía del sistema Unidad III: Conocer y aplicar diferentes métodos de predicción del comportamiento PVT de los gases reales, Unidad IV: El concepto de entropía Unidad V: Efectos térmicos en sistemas con reacción Unidad VI: Relaciones entre derivadas de las funciones termodinámicas Unidad VII: Propiedades termodinámicas de las sustancias reales Evaluación del Curso: Tipo de evaluación Porcentaje Desarrollo del Conocimiento Exámenes parciales Examen Final Tareas Proyectos Participación en el aula Pág. 4 de 6

5 Desarrollo de Habilidades Trabajo en equipo Comunicación oral y escrita Planteamiento y solución de problemas Desarrollo de Actitudes Responsabilidad Colaboración Compromiso TOTAL Material o Equipo Requerido: Pizarrón blanco/marcadores Cañón Problemarios Modelos Prototipos Software Laboratorio 100 Frecuencia de uso Todo el período escolar Al iniciar cada unidad Cuadernillo de ejercicios SQL Ninguno Ninguno Polymath/Math Lab/Tablas de propiedades termodinámicas Aula de cómputo con software instalado Bibliografía: Titulo: Introducción a la Termodinámica en Ingeniería Química Autor: J.M. Smith/ H.C. VanNess/ M.M. Abbot Edición:5 a Editorial: Mc.GrawwHill Titulo: Chemical and Engineering Thermodynamics. Autor: Stanley I. Sandler Edición: 2 a Editorial:John Wiley & Sons Titulo: Thermodynamics an Engineering Aproach. Autor: Yunus A. Cengel/Michael A Boles Edicióm: 3 a Editorial: McGrawwHill. Titulo: Fundamentos de Termodinámica Autor: Octave Levenspiel Edición:1 a Editorial: Perentice Hall Hispanoamericana Pág. 5 de 6

6 Universidad Autónoma de Coahuila Asignatura: Termodinámica I RESPONSABLES Director de la Coordinador de la Reforma Curricular Dr. Rubén García Braham Ing. Ernesto Oyervides Valdez Secretario Académico de la Facultad Diseñador de la Asignatura MC. Ma. Auxiliadora Valdés Flores Ing. Miguel Flores Prado Pág. 6 de 6