FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA TERMODINAMICA

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1 I. DATOS GENERALES FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA TERMODINAMICA 1.0. Unidad Académica : INGENIERÍA AERONÁUTICA 1.1. Semestre Académico : I 1.2. Código de la asignatura : Ciclo : IV 1.4. Créditos : semanales a Total Teoría Practica Total Teoría Practica Total Requisito : Matemática II ( ) y Física II ( ) 1.7. Profesores responsables : II. SUMILLA La asignatura corresponde al área de Estudios Específicos (Tecnologías Básicas), de naturaleza Teórico/Práctico, tiene como propósito brindarle al alumno los conceptos y principios básicos de la Termodinámica y sus aplicaciones vinculadas a los sistemas de vuelo de las aeronaves. Comprende las siguientes Unidades de Aprendizaje: Unidad de Aprendizaje I: Propiedades y sistemas termodinámicos Unidad de Aprendizaje II: Ecuación general de la energía Unidad de Aprendizaje III: Teoría cinética de los gases y gases perfectos y reales Unidad de Aprendizaje IV: Segundo principio de la termodinámica Unidad de Aprendizaje V: Ciclos de sistemas gaseosos, entropía y energía Unidad de Aprendizaje VI: Funciones termodinámica Unidad de Aprendizaje VII: Propiedades de las sustancias puras Unidad de Aprendizaje VIII: Ciclos de vapor Unidad de Aprendizaje IX: Escurrimiento de gases y vapores 1

2 Unidad de Aprendizaje X: Mezcla de gases y vapores Unidad de Aprendizaje XI: Fundamentos de termo transferencia Unidad de Aprendizaje XII: Termoquímica y combustión. III. COMPETENCIAS DE LA ASIGNATURA Utiliza los conceptos, principios, teorías y aspectos básicos de la termodinámica, como una herramienta que permite: comprender y razonar sobre lo que ocurre en los diferentes sistemas termodinámicos, sistemas de termotransferencia, sistemas de combustión y otros afines en aeronáutica, optimizando su empleo y exigiendo medidas preventivas para preservarlos y corregir daños o alargar su vida en servicio; facilitar el desarrollo de otras asignaturas inherentes a la carrera de Ingeniería Aeronáutica; criticar los fenómenos que ocurren o puedan aparecer o que son inherentes a los sistemas termodinámicos y tomar decisiones ante mediciones de propiedades de forma adecuada y oportuna. 3.1 Capacidades 1. Comprende e interpreta el concepto de propiedades que se pueden observar, medir o cuantificar en las sustancias dentro de un sistema termodinámico. 2. Describe a un sistema termodinámico. 3. Comprende, interpreta y aplica los conceptos de sistemas cerrados y de sistemas abiertos. 4. Comprende, interpreta y aplica el concepto de conservación de la energía tanto para sistemas cerrados y sistemas abiertos. 5. Comprende el primer principio de la termodinámica para sistemas cerrados y el primer principio para sistemas abiertos. 6. Comprende y analiza los principios fundamentales de la teoría cinética de los gases, el comportamiento de un gas ideal a nivel molecular, las propiedades presión, temperatura y velocidad de las moléculas, calores específicos a presión y volumen constante, energía interna y entalpia. 7. Comprende e interpreta el modelo de gas ideal, formas de la Ecuación de Estado, los procesos con gases ideales. 2

3 8. Analiza el gas ideal mediante el proceso isobárico, proceso isotérmico, proceso Isócoro, proceso politrópico y el proceso adiabático reversible. 9. Analiza los gases reales mediantes ecuaciones empíricas. 10. Comprende e interpreta los conceptos de los enunciados de Kelvin Plank y de Clausius. 11. Comprende y analiza a la máquina térmica, máquina refrigeradora, y a la máquina bomba de calor. 12. Evalúa la eficiencia de las maquinas térmicas y el coeficiente de performance de la refrigeradora y la bomba de calor. 13. Comprende el principio de Carnot, la escala termodinámica de temperaturas, la desigualdad de Clausius 14. Comprende e interpreta los ciclos de las máquinas térmicas, como el ciclo Otto., el ciclo Diesel, el ciclo Brayton y el ciclo de compresión y los conceptos de entropía para gases ideales. 15. Analiza y evalúa el cambio de entropía para un gas ideal y el ciclo de Carnot con entropía. 16. Comprende e interpreta los conceptos de energía disponible, el trabajo máximo para sistemas cerrados y para sistemas abiertos, la irreversibilidad, y el balance de exergía para sistemas abiertos. 17. Comprende las funciones de Gibbs y de Helmholtz. 18. Determina las ecuaciones de Maxwell partiendo de conceptos matemáticos. 19. Comprende y analiza las sustancias puras y sus procesos con cambio de fase, presentando diagramas de propiedades y de superficies. 20. Determina la calidad y humedad de una sustancia pura. 21. Emplea las tablas termodinámicas para el vapor y refrigerantes 22. Define, comprende, interpreta y calcula la eficiencia del ciclo de Carnot para vapores, el Ciclo de Rankine ideal y ciclo Rankine real. 23. Conoce como mejorar la eficiencia del ciclo sobrecalentando el vapor, recalentando el vapor y utilizará el ciclo regenerativo para el ahorro de combustible. 3

4 24. Comprende el funcionamiento del ciclo binario 25. Describe el escurrimiento de gases y vapores. 26. Analiza el escurrimiento a volumen constante, el escurrimiento isotérmico, el escurrimiento adiabático. 27. Analiza y calcula el caudal y dimensión de las toberas, difusores y la tobera de Venturi (Presión, velocidad y sección critica. Velocidad del sonido, número de Mach). 28. Comprende y analiza al aire húmedo, mezcla saturada y no saturada. 29. Determina la humedad relativa y la humedad específica ( carta psicométrica) y el punto de rocío. 30. Comprende las distintas formas de transmisión de calor (conducción, convección y radiación). 31. Comprende la transmisión de calor para fluidos en movimiento para flujo en paralelo y flujos en contraflujo. 32. Comprende los principios de la termoquímica, sus reacciones químicas a volumen = Cte y a presión = Cte. 33. Determina el calor de formación y el calor de combustión, poderes caloríficos inferior y superior, la temperatura de llama adiabática. 3.2 Actitudes y valores a) Participa activamente en los casos prácticos y talleres. b) Desarrolla un espíritu crítico y constructivo. c) Muestra interés, disposición y autogestiona su. d) Reflexiona sobre la importancia de los temas realizando preguntas y buscando información. IV. PROGRAMACIÓN DE CONTENIDOS 4

5 UNIDAD DE APRENDIZAJE I: Propiedades y sistemas termodinámicos 1. Comprende e interpreta el concepto de propiedades que se pueden observar, medir o cuantificar en las sustancias dentro de un sistema termodinámico. 2. Describe a un sistema termodinámico. 3. Comprende, interpreta y aplica los conceptos de sistemas cerrados y de sistemas abiertos. a Propiedades Debate sobre los 1 termodinámicas, S istema Unidades. Clasificación propiedades. Sistema Termodinámico de de Sistemas Cerrados. Masa de control Sistemas abiertos Volumen de control conceptos. Los emplea y conoce las aplicaciones UNIDAD DE APRENDIZAJE II: Ecuación general de la energía 4. Comprende, interpreta y aplica el concepto de conservación de la energía tanto para sistemas cerrados y sistemas abiertos. 5. Comprende el primer principio de la termodinámica para sistemas cerrados y el primer principio para sistemas abiertos. a Conservación de la Debate sobre los 2 energía Primer de principio la termodinámica para una masa de control. Energía almacenada conceptos de la P rimera Ley de la Termodinámica. Aplica las leyes para resolver problemas. 5

6 3 Trabajo para una masa de control. Primer principio de la termodinámica para una volumen de control Resuelve problemas y calcula 6

7 UNIDAD DE APRENDIZAJE III: Gases perfectos y reales 6. Comprende y analiza los principios fundamentales de la teoría cinética de los gases, el comportamiento de un gas ideal a nivel molecular, las propiedades presión, temperatura y velocidad de las moléculas, calores específicos a presión y volumen constante, energía interna y entalpia. 7. Comprende e interpreta el modelo de gas ideal, formas de la Ecuación de Estado, los procesos con gases ideales. 8. Analiza el gas ideal mediante el proceso isobárico, proceso isotérmico, proceso Isócoro, proceso politrópico y el proceso adiabático reversible. 9. Analiza los gases reales mediantes ecuaciones empíricas. Teoría cinética Debate sobre los 4 de los gases Modelo gas ideal. Procesos gases ideales. con Proceso isobárico, Proceso isotérmico, isócoro, politrópico adiabático reversible. Proceso real, Factor compresibilidad PRIMERA PRÁCTICA CALIFICADA y de conceptos de la teoría cinética de los gases. Utiliza los modelos del gas ideal y lo aplica a procesos. Utiliza gráficas para representar los procesos. Resuelve problemas y calcula. a 7

8 UNIDAD DE APRENDIZAJE IV: Segundo principio de la termodinámica 10. Comprende e interpreta los conceptos de los enunciados de Kelvin Plank y de Clausius. 11. Comprende y analiza a la máquina térmica, máquina refrigeradora, y a la máquina bomba de calor. 12. Evalúa la eficiencia de las maquinas térmicas y el coeficiente de performance de la refrigeradora y la bomba de calor. 13. Comprende el principio de Carnot, la escala termodinámica de temperaturas, la desigualdad de Clausius Segundo principio Debate sobre los 5 de la termodinámica Enunciados de Kelvin Plank y de Clausius. Máquina térmica. Máquina refrigeradora. Bomba de calor. Eficiencia de las máquinas térmicas y la eficiencia de la refrigeradora bomba de calor. Principios de Carnot, escala termodinámica de temperaturas, desigualdad de Clausius. y conceptos de la Segunda Ley de la Termodinámica. Evalúa la eficiencia y el COP de máquinas. Resuelve, desarrolla problemas y calcula parámetros. Representa en calcula. gráficos y a 8

9 UNIDAD DE APRENDIZAJE V: Ciclos de sistemas gaseosos, entropía y exergía 14. Comprende e interpreta los ciclos de las máquinas térmicas, como el ciclo Otto., el ciclo Diesel, el ciclo Brayton y el ciclo de compresión y los conceptos de entropía para gases ideales. 15. Analiza y evalúa el cambio de entropía para un gas ideal y el ciclo de Carnot con entropía. 16. Comprende e interpreta los conceptos de energía disponible, el trabajo máximo para sistemas cerrados y para sistemas abiertos, la irreversibilidad, y el balance de exergía para sistemas abiertos. Ciclo Otto, Debate sobre los 6 7 Ciclo Diesel Ciclo Brayton, C iclo de compresión. Cambio de entropía para un gas ideal. 8 Cambio de entropía para un gas ideal.(cont..) EXAMEN PARCIAL conceptos de la Segunda Ley. Resuelve, desarrolla poblemas y calcula parámetros. Representa en calcula. gráficos y Debate sobre los conceptos de la Segunda Ley. Resuelve problemas parámetros. Representa en calcula. y desarrolla y calcula gráficos y a 9

10 Ciclo de Carnot Debate sobre los Energía disponible conceptos de la Segunda Trabajo máximo Ley. Irreversibilidad. 9 Balance de exergía para sistemas Resuelve y desarrolla abiertos. problemas y calcula parámetros. Emplea la representación gráfica y calcula UNIDAD DE APRENDIZAJE VI: Funciones termodinámicas 17. Comprende las funciones de Gibbs y de Helmholtz. 18. Determina las ecuaciones de Maxwell partiendo de conceptos matemáticos. Funciones de Debate sobre los 10 Gibbs y de Helmholtz. Conceptos matemáticos conceptos termodinámicos Ecuaciones Maxwell y de conceptos propiedades. Utiliza los métodos gráficos y analíticos. Resuelve problemas y calcula y a 10

11 UNIDAD DE APRENDIZAJE VII: Propiedades de las sustancias puras 19. Comprende y analiza las sustancias puras y sus procesos con cambio de fase, presentando diagramas de propiedades y de superficies. 20. Determina la calidad y humedad de una sustancia pura. 21. Emplea las tablas termodinámicas para el vapor y refrigerantes Sustancia pura. Debate sobre los 11 Proceso cambio de fases Diagramas propiedades representando fases. con de las Calidad y humedad. Manejo de tablas termodinámicas. conceptos, propiedades, métodos gráficos y analíticos. Utiliza los métodos gráficos y analíticos. Resuelve problemas y calcula. Emplea la representación grafica a 11

12 UNIDAD DE APRENDIZAJE VIII: Ciclos de vapor 22. Define, comprende, interpreta y calcula la eficiencia del ciclo de Carnot para vapores, el Ciclo de Rankine ideal y ciclo Rankine real. 23. Conoce como mejorar la eficiencia del ciclo sobrecalentando el vapor, recalentando el vapor y utilizará el ciclo regenerativo para el ahorro de combustible. 24. Comprende el funcionamiento del ciclo binario. Ciclo de Carnot Debate sobre los 12 para vapores. Ciclo Rankine ideal Ciclo Rankine real. Eficiencia del ciclo. Mejoramiento de la eficiencia del ciclo Rankine con sobrecalentamiento Ciclo regenerativo para el ahorro de combustible. SEGUNDA PRACTICA CALIFICADA conceptos, propiedades, métodos gráficos y analíticos. Utiliza los métodos gráficos y analíticos. Resuelve problemas y calcula. Emplea la representación gráfica a 12

13 UNIDAD DE APRENDIZAJE IX: Escurrimiento de gases y vapores 25. Describe el escurrimiento de gases y vapores. 26. Analiza el escurrimiento a volumen constante, el escurrimiento isotérmico, el escurrimiento adiabático. 27. Analiza y calcula el caudal y dimensión de las toberas, difusores y la tobera de Venturi (Presión, velocidad y sección critica. Velocidad del sonido, número de Mach). Concepto de Debate sobre los 13 escurrimiento gases. Escurrimiento de a volumen constante, a constante escurrimiento diabático. Toberas. temperatura y Velocidad del sonido. Numero de Mach. Difusores conceptos, métodos gráficos analíticos. propiedades, Utiliza los métodos gráficos y analíticos. Resuelve problemas y calcula y a 13

14 UNIDAD DE APRENDIZAJE X: Mezcla de gases y vapores 28. Comprende y analiza al aire húmedo, mezcla saturada y no saturada. 29. Determina la humedad relativa y la humedad específica (carta psicométrica) y el punto de rocío. a Concepto de aire Debate sobre los 14 húmedo Mezcla saturada y no saturada. Humedad absoluta Uso de la carta psicométrica. Punto de Rocío conceptos, propiedades y métodos gráficos y analíticos. Utiliza los métodos gráficos y analíticos. desventajas de su uso. Resuelve problemas y calcula. Emplea la representación gráfica. 14

15 UNIDAD DE APRENDIZAJE XI: Fundamentos de termotransferencia 30. Comprende las distintas formas de transmisión de calor (conducción, convección y radiación). 31. Comprende la transmisión de calor para fluidos en movimiento para flujo en paralelo y flujos en contraflujo. Transferencia de Debate sobre los 15 calor por conducción. Transferencia de calor por convección. Transferencia de calor por radiación. Transmisión de calor para fluidos en movimiento, en paralelo y en contraflujo. conceptos, propiedades y métodos y analíticos. Utiliza los métodos gráficos y analíticos. gráficos Resuelve problemas y calcula. a 15

16 UNIDAD DE APRENDIZAJE XII: Termoquímica y combustión 32. Comprende los principios de la termoquímica, sus reacciones químicas a volumen (v) =cte y a presión (p)=cte. 33. Determina el calor de formación y el calor de combustión, poderes caloríficos inferior y superior, la temperatura de llama adiabática. Principios de Debate sobre los 16 termoquímica. Balance de las reacciones químicas. Calor de formación. Calor de combustión. Poder calorífico superior y superior. Temperatura llama adiabática EXAMEN FINAL de conceptos, propiedades y métodos gráficos y analíticos. Utiliza los métodos gráficos y analíticos. Resuelve problemas y calcula. a V. ESTRATEGIAS METODOLÓGICAS Las asignaturas siguen una metodología: Sesiones teóricas Sesiones prácticas Exposición del docente Exposición de alumnos VI. Equipos y materiales Para el desarrollo de la asignatura se contara con los siguientes materiales: Pizarra acrílica Equipos multimedia Además el docente entregara materiales impresos y digitalizados. VII. EVALUACIÓN DEL APRENDIZAJE 16

17 El sistema de evaluación es permanente y sistemático y de acuerdo a las normas establecidas en el reglamento de la Universidad. a) La primera evaluación es de entrada que permite diagnosticar los saberes previos del estudiante. b) La evaluación de proceso y de productos es permanente, integral y presencial según el avance de las sesiones de programadas semanalmente; permite el logro de las competencias a través de los rubros: conceptual, procedimental y actitudinal considerando los siguientes aspectos: - Logro de conocimientos y muestra de desempeño - Desarrollo y adquisición de destrezas operativas, aplicativas y capacidades y competencias. - Adquisición de actitudes. c) Se considera las modalidades de heteroevaluación, autoevalución e interevaluación. d) La evaluación final de la asignatura es el promedio ponderado de la evaluación continua que constituye el trabajo académico (40%), el examen parcial (30%) y el examen final (30%). Examen Parcial (E1) : 30% Examen Final (E2) :30% Trabajo Académico (TP) : 40% Nota Final: E1*30% + E2*30% + {[(P1+P2+P3+P4)/4]}*40% e) La asistencia es obligatoria. El alumno que no desarrolla en clases, no presenta una actividad o un trabajo académico solicitado será calificado con cero (0). f) Acciones complementarias para el logro de cada una de las metas son las siguientes: Perceptivos o de apreciación. - Desarrollo del cuaderno de trabajo - Utilización de tablas termodinámicas - Análisis de gráficas, esquemas y tablas - Análisis de fórmulas Orales 17

18 - Intervenciones. - Exposiciones. g) Al finalizar el ciclo el alumno habrá logrado una calificación final de acuerdo a la escala vigesimal donde: Aprobado : De 11 a 20 Desaprobado : De 0 a 10 El Examen Sustitutorio se rendirá después de haber obtenido el promedio final desaprobado y reemplazará a la menor nota desaprobada ya sea del Examen Parcial o Examen Final y/o no haber rendido uno de los exámenes anteriormente indicados. VIII. FUENTES DE INFORMACIÓN. 1.1 Bibliográficas (físicas y electrónicas, si las hubiera) Físicas a) Faires, V ( ) Termodinámica b) Zemasky, M ( ) Calor y Termodinámica c) Shapiro, M ( ) Termodinámica Técnica. d) Cengel, Y ( ) Termodinámica e) Baeher, H ( ) Tratado Moderno de Termodinámica f) Wark ( ) Termodinámica g) Ninci, M ( ) Termodinámica Tecnica h) Huang, F ( ) Ingeniería termodinámica Jesús María, enero del