A) DATOS BÁSICOS DEL CURSO B) OBJETIVOS DEL CURSO. Programa analítico TERMODINÁMICA I III

Transcripción

1 Nombre de la materia: TERMODINAMICA I Clave de la materia: 4002 Clave CACEI: CI Tipo de materia: Obligatoria No. de créditos aprobados: 8 Fecha última de Revisión Curricular: Julio de 2017 Materia y clave de la materia requisito: QUÍMICA A (0071), FÍSICA A (0061) Programa analítico TERMODINÁMICA I A) DATOS BÁSICOS DEL CURSO Semestre Horas de teoría Horas de práctica Horas trabajo Créditos por semana por semana adicional estudiante III B) OBJETIVOS DEL CURSO Objetivos generales Al finalizar el curso el estudiante será capaz de: Aplicar los conceptos de calor, trabajo, energía interna, energía libre, entalpía y entropía para formular e ilustrar las leyes de la termodinámica relativas a la conservación de la energía Unidades 1. Primera Ley de la termodinámica Objetivo específico Se presenta las definiciones básicas y el desarrollo de la primera ley, a partir de propiedades termodinámicas que se necesitan para calcular los requerimientos de calor y trabajo en diversos procesos Objetivos específicos 2. Propiedades volumétricas de fluidos puros 3. Efectos térmicos 4. Segunda ley de la termodinámica 5. Propiedades termodinámicas de los fluidos Describir las relaciones PVT de gases que gobiernan el comportamiento de los fluidos Evaluar los efectos térmicos que acompañan las operaciones físicas y químicas, caracterizados por reacción química, transiciones de fase y formación y separación de soluciones Definir las restricciones que existen en las transformaciones termodinámicas de la energía sobre un proceso determinado, a partir del planteamiento de la segunda ley de la termodinámica Desarrollar a partir de las leyes de la termodinámica las expresiones fundamentales para la evaluación de una propiedad que constituye la estructura matemática de la termodinámica y que permite evaluar los valores de diferentes funciones de estado

2 C) CONTENIDOS Y MÉTODOS POR UNIDADES Y TEMAS Unidad 1 Primera Ley de la termodinámica Tema 1.1. Sistemas cerrados Experimento de Joule Energía Interna La primera ley de la termodinámica Balances de energía para sistemas cerrados Estado termodinámico y funciones de estado Equilibrio Regla de las fases Reversibilidad termodinámica Procesos a V y P constantes Entalpía Capacidad calorífica Tema 1.2 Sistemas abiertos Balances de masa y energía para sistemas abiertos Medidas de flujo Balance energético general Procesos de flujo en estado estacionario Calorímetro de flujo Recursos necesarios para la enseñanza y el específicamente de 16 h 9 h 7 h Unidad 2 Propiedades volumétricas de fluidos puros Tema 2.1 Comportamiento PVT de sustancias puras Diagrama PV Comportamiento crítico Regiones de una sola fase Tema 2.2 Ecuaciones de estado viriales temperatura de gases ideales, constante universal de los gases Factor de compresibilidad coeficientes viriales Aplicación de las ecuaciones viriales Tema 2.3 Gas ideal Relaciones termodinámicas para un gas ideal Ecuaciones para cálculos de procesos Proceso isotérmico Proceso isobárico Proceso isocórico Proceso Adiabático Proceso politrópico Proceso irreversible Tema 2.4. Ecuaciones cúbicas de estado 1 2 h 2 h 3 h

3 2.4.1 Ecuaciones cúbicas (van der Waals, Redlich Kwong, Soave Redlich Kwong) Propiedades residuales Ecuación cúbica genérica Determinación de los parámetros de la ecuación de estados Teorema de los estados correspondientes Factor acéntrico Tema 2.5. Correlaciones generalizadas para gases y líquidos Correlaciones de Pitzer Correlaciones generalizadas para líquidos Recursos necesarios para la enseñanza y el específicamente de 3 h Unidad 3 Efectos térmicos 5 h Tema 3.1 Dependencia con la temperatura de funciones de estado 5 h Efectos del calor sensible Calores latentes de sustancias puras Calor estándar de reacción, formación y combustión Dependencia con la temperatura del H Recursos necesarios para la enseñanza y el específicamente de Unidad 4 Segunda Ley de la Termodinámica Tema 4.1 Planteamiento de la segunda ley Máquinas térmicas teorema de Carnot Escalas de temperatura Ecuaciones de carnot para gas ideal Tema 4.2 Entropía Cambios de entropía de un gas ideal Planteamiento matemático de la segunda ley Balance de entropía para sistemas abiertos Tema 4.3 Tercera Ley de la Termodinámica Concepto del cero absoluto Entropía desde el punto de vista microscópico Recursos necesarios para la enseñanza y el específicamente de 1 8 h

4 Unidad 5 Propiedades termodinámicas de los fluidos Tema 5.1 Propiedades en fases homogéneas Expresiones para la evaluación de una propiedad Entalpía y Entropía como funciones de P y T Energía interna como una función de P El estado ideal del gas Formas alternativas para líquidos Entropía y energía interna como funciones de T y V Energía de Gibbs como función de T y P Tema 5.2 Propiedades residuales Definición Propiedades residuales de las ecuaciones viriales de estado Propiedades residuales a partir de las ecuaciones cúbicas de estado Tema 5.3 Sistemas de dos fases Diagramas de fases P-T Dependencia de la presión vapor con la temperatura Diagramas termodinámicos (PH-TS y H-S) Tablas de propiedades termodinámicas Correlaciones generalizadas para gases Recursos necesarios para la enseñanza y el específicamente de D) ESTRATEGIAS DE ENSEÑANZA Y APRENDIZAJE Exposición oral de conceptos, dinámicas de grupo, desarrollo de problemas, manejo de herramientas de cómputo y trabajos de investigación. E) EVALUACIÓN Y ACREDITACIÓN 15 h 6 h Elaboración y/o presentación de Periodicidad Abarca Ponderación (semanas) Primer examen parcial 4 Unidad 2 20 Segundo examen parcial 4 Unidad 3 y 4 20 Tercer examen parcial 3 Unidad 5 20 Otra actividad 1 10 Otra actividad 2 10 Examen ordinario 20 TOTAL 100 F) BIBLIOGRAFÍA Y RECURSOS INFORMÁTICOS Textos básicos Smith J.M, van Ness H.C, Abbott M.M Termodinámica en Ingeniería Química. 7ª ed. México DF 4h 5h

5 Textos complementarios Fundamentos de Termodinámica, Octave Levenspiel, 1ª edición, Ed. Pearson Chang R Química. 9ª ed. Mc Garw Hill, USA Halliday D., Resnick R., Walker J Física. 7ª ed. Wiley, USA Enciclopedia del Ingeniero Químico Sitios de Internet Bases de datos