FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS, INGENIERIA Y AGRIMENSURA U.N.R.

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1 FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS, INGENIERIA Y AGRIMENSURA U.N.R. PROGRAMA ANALITICO DE LA ASIGNATURA: Termodinámica y Máquinas Térmicas Código: I PLAN DE ESTUDIOS: 1999 CARRERA: INGENIERÍA INDUSTRIAL DEPARTAMENTO: Tecnología de la Producción e Instalaciones PROFESOR: Ing. Ricardo Detarsio HASTA AÑO PROGRAMA OBSERVACIONES: DEFINITIVO SEMESTRAL PRESUPUESTO HORARIO SEMANAL PROMEDIO TEORIA: 3 PRACTICA: 4 LABORATORIO: 0 TOTAL ASIGNADO: 7 DEDICACION DEL ALUMNO FUERA DE CLASE: 5 PRESUPUESTO TOTAL: 12 PROGRAMA BASADO EN SEMANAS UTILES 16 HORAS TOTALES ASIGNADAS: 112 HORAS TOTALES PRESUPUESTAS: 172 OBJETIVOS: (qué debe saber el alumno al concluir el curso) - Articular el pensamiento científico con los conceptos de la ingeniería para la evaluación de soluciones técnicas. - Conocer los conceptos básicos del aprovechamiento energético y de las máquinas térmicas más utilizadas: sus principios de funcionamiento. - Plantear y resolver problemas a nivel energético para poder calcular, en primera aproximación, rendimientos y consumos. Efectuar balances de energía en procesos. Manejar propiedades de cuerpos puros. - Adquirir habilidad para identificar y formular problemas de ingeniería que involucren sistemas térmicos reales. - Adquirir habilidad para utilizar la termodinámica juntamente con herramientas matemáticas para analizar y resolver problemas complejos de ingeniería. - Adquirir habilidad para diseñar sistemas o procesos que satisfagan una necesidad deseada. UBICACION EN LA CARRERA Y CARACTERISTICAS GENERALES: Se dicta en el 5º semestre. Pertenece al bloque de Tecnologías Básicas. Contiene una parte inicial de fundamentos, que tiene la lógica de las ciencias físicas y otra de aplicaciones, centrada en la Ingeniería. MATERIAS RELACIONADAS: Previas: I Química y I Física II Simultáneas recomendadas: Posteriores: I Materiales y Procesos Firma Profesor Fecha Aprob. Escuela Fecha Aprobado en reunión de Consejo Académico de fecha:...

2 CONTENIDO TEMÁTICO 1. Definiciones 1.1. Sistema, medio ambiente cercano. Universo Estado y cambio de estado de un sistema Estado de equilibrio: definiciones y condiciones Ecuación de estado de un sistema Superficie termodinámica Proceso casiestático: definición, realización y utilidad Tipos de sistemas, definiciones, paredes. 2. Primer Principio 2.1. Calor y Trabajo: definiciones Conservación de la Energía. Energía interna Balance de Energía para sistemas cerrados Trabajo de expansión, caso de proceso casiestático Capacidad Calorífica. Calor específico y molar. C p y C v. 3. Energía Interna y Entalpía 3.1. Propiedades de la energía interna Expansión libre de Joule. Conclusiones Energía interna de gases ideales Entalpía: definición Primer principio en función de la entalpía Entalpía de gases ideales Ecuación de Meyer. 4. Gases ideales 4.1. Definición Termodinámica del Gas Ideal Evoluciones de gases ideales: relaciones P, V, T; Q; W; U; H Isoterma Adiabática Politrópica Utilidad y valores frecuentes de n Relaciones entre C y n. 5. Segundo Principio 5.1. Consideraciones Generales Enunciado Axiomático Definición de Entropía Definición de Proceso Reversible Propiedades de la Entropía Entropía de sistemas aislados Entropía y equilibrio Cálculo de variaciones de entropía Crecimiento de la Entropía Entropía del Universo Aumento de entropía del Universo, criterio de equilibrio Utilidad y alcance como criterio de realizabilidad física Fuente Térmica: definición y entropía Enunciado de Kelvin-Planck Demostración Rendimiento de una máquina térmica La máquina de Carnot El ciclo de Carnot Enunciado de Clausius Demostración Eficiencia de un refrigerador El refrigerador de Carnot invertido El Ciclo de Carnot invertido Enunciado de Caratheodory, conclusiones.

3 5.8. Energía Libre de Gibbs, criterio de equilibrio a P, T ctes Diagrama TS, propiedades. 6. Estudio del Cuerpo Puro 6.1. Comportamiento cualitativo común Diagrama P, V, T Diagramas PV y de fases PT Punto Crítico y punto triple Calor latente de cambio de fase Valor saturado, húmedo y recalentado Título de un vapor Propiedades de un vapor húmedo Ecuación de Clapeyron y Clausius-Clapeyron Tablas de propiedades Diagramas TS y HS (Mollier) Gases reales. Métodos de cálculo de propiedades Líquidos y Sólidos Coeficientes de dilatación y comprensabilidad Ecuación de estado para sólidos y líquidos. 7. Sistemas Abiertos 7.1. Volumen Control: Definición Balance de Energía Ecuación general Régimen Estacionario: Definición Ecuación para régimen estacionario Unidades, ecuación en diferentes sistemas 7.3. Balance de Energía Mecánica Viscosidad y rozamiento. Pérdidas de Carga La Ecuación de balance de energía mecánica Caso de líquidos incomprensibles Ecuación de Bernoulli 7.5. Aplicaciones Intercambiadores de calor Turbinas Compresores Bombas Ventiladores Toberas 8. Mecánica de Fluidos 8.1. Flujo en tuberías Flujo laminar y turbulento Numero de Reynolds Distribución de velocidades Perdidas de carga Coeficiente de fricción 8.2. Sistemas de tuberías compuestas, en paralelo y ramificadas 8.3. Medidas en el flujo de fluidos Tubo Pitot Coeficiente de descarga, de contracción y de velocidad 9. Compresores 9.1. Ciclo ideal 9.2. Espacio nocivo y Rendimiento Volumétrico 9.3. Compresión en etapas Ventiladores y Sopladores. 10. Ciclos de Vapor El Ciclo Rankine y el ciclo de Carnot Rendimiento.

4 10.3. Recursos para aumentar el rendimiento Efectos de la presión y temperatura Sobrecalentamiento Expansión múltiple Regeneración Efecto de la Presión de Extracción Límite de la cantidad de extracciones Ciclos reales y desviaciones Ciclos combinados. 11. Ciclos De Refrigeración El ciclo de Carnot invertido y sus posibilidades Fluidos refrigerantes: condiciones Eficiencia Refrigeración en cascada Compresión en etapas Sobreenframiento Regeneración Criogenia 12. Mezcla De Gases Ideales Presión Parcial Ley de Dalton Ley de Amagat Peso molecular aparente de una mezcla Propiedades de mezclas: U, H y S. 13. Aire Húmedo Propiedades y comportamiento del aire húmedo Psicrómetro Diagrama psicrométrico Saturación adiabática Procesos. 14. Combustión Combustibles, características Aire Teórico y exceso de aire Temperatura de Llama. 15. Motores De Combustión Interna Motores Otto Ciclo Otto ideal standart de aire Rendimiento Autoencendido Ciclo Real Motores Diesel Ciclo Diesel ideal standart de aire Rendimiento Ciclo Real. 16. Turbinas de Gas Ciclo Brayton standart de aire Ciclo Brayton regenarativo Rendimiento máximo. 17. Toberas y Difusores Estado de Estancamiento Velocidad del Sonido y Número Mach Relaciones Críticas.

5 18. Trasmisión del Calor Conducción Ecuación de Fourier Conductividad y coeficiente de película Conducción en tubos cilíndricos Radiación Absorción, reflexión y trasmisión Cuerpo Negro. Poder de Emisión. Ley de Kirchhoff Ley de Stefan-Boltzmann Convección Grupos Adimensionales Coeficiente de película. 19. Trabajo Máximo Trabajo máximo y procesos reversibles Trabajo máximo a p y t constantes Trabajo disponible Exergía Balance exergético. BIBLIOGRAFIA a) Adecuada al programa. Ordenada por temas y con su codificación de biblioteca, incluidas las publicaciones de la Cátedra con su código de publicación. Termodinámica Wark Richards Mc Graw Hill Interamericana SA - 6ª edición-2000 Ingeniería Termodinámica Jones, Dugan Prentice Hall 1ª edición Mecanica de los Fluidos e Hidráulica Ronald Giles Shaum- Mc Graw Hill Interamericana SA - 2ª edición-1984 Apuntes de Cátedra Ing. Ricardo Detarsio 2001 Disponibles en el Centro de Estudiantes- sin código de publicación Operación de plantas industriales Elonka / Robinson Mc Graw Hill Interamericana SA - 1ª edición-1989 b) Complementaria para profundización o extensión de temas.