1. - DATOS DE LA ASIGNATURA Regresar. Carrera : Mecánica. Clave de la asignatura: ACB Clave local: Horas teoría horas practicas créditos: 4-0-8

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1 1. - DATOS DE LA ASIGNATURA Regresar Nombre de la asignatura: : Termodinámica I Carrera : Mecánica Clave de la asignatura: ACB Clave local: Horas teoría horas practicas créditos: O B S E R V A C I O N E S 2. - UBICACIÓN DE LA ASIGNATURA A) RELACIÓN CON OTRAS ASIGNATURAS DEL PLAN DE ESTUDIO ASIGNATURAS ING. ELECTROMECANICA Química ANTERIORES TEMAS - Estequiometría - Tabla periódica de los elementos Matemáticas 1 Matemáticas IV - Cálculo diferencial e integral (derivadas - parciales) - Ecuaciones diferenciales ING. Mecánico Matemáticas 1 Matemáticas II Matemáticas III Matemáticas IV - Cálculo diferencial e integral - Cálculo vectorial - Algebra lineal - Ecuaciones diferenciales POSTERIORES ASIGNATURAS ING. ELECTROMECANICA Transferencia de Calor Motores de Combustión Interna y Compresores Generadores de Vapor Aire Acondicionado y Refrigeración IN. MECANICO Termodinámica II Mecánica de Fluidos Transferencia de Calor TEMAS Conduccion, convección y radiación Ciclos Ciclo rankine Ciclo de refrigeración Todos Flujo de fluidos compresibles Todos

2 Refrigeración y Aire Acondicionado Máquinas de Combustión interna y compresores Todos Todos B) APORTACIÓN DE LA ASIGNATURA AL PERFIL DEL EGRESADO INGENIERIA ELECTROMECANICA Proporciona los fundamentos para su aplicación en Los sistemas térmicos, tales como: máquinas térmicas, equipos, ciclos, etc. INGENIERIA MECANICA Aporta conocimientos fundamentales para el análisis del diseño de sistemas térmicos 4. - GENERAL DEL CURSO: Comprenderá y aplicará los conceptos básicos y las leyes de la termodinámica en la solución de problemas de balance de masa, energía y entropía en sistemas termodinámicos TEMARIO NUMERO TEMAS SUBTEMAS I Conceptos Básicos y Definiciones 1.1 Energía y Termodinámica. 1.2 Definiciones Sistemas Estado, Proceso, Trayectoria, Ciclo Propiedad, propiedad extensiva, propiedad intensiva, propiedad especifica. 1.3 Propiedades Densidad, volumen especifico, peso específico y gravedad específica Presión, presión absoluta, presión atmosférica, presión manométrica y presión de vacío. 1.4 La Ley cero de la Termodinámica Equilibrio térmico Escalas de temperatura. 1.5 El principio de la conservación de la masa. 1.6 Formas de energía Energía cinética Energía potencial Energía interna Trabajo Trabajo en un sistema cerrado sin fricción Trabajo en un sistema abierto en estado estable sin fricción con una entrada y una salida de flujo Otras formas de trabajo (en una celda química, en un sólido elástico, de magnetización y polarización, etc.) Calor. 2.1 Sistema operando cíclicamente. 2.2 Sistema cerrado desarrollando un proceso.

3 II La Primera Ley de la Termodinámica. 2.3 Sistema abierto operando en estado estable, con una entrada y una salida de flujo. 2.4 Formulación general de la primera Ley de la Termodinámica. 2.5 Máquinas térmicas y eficiencia. 2.6 Refrigeradores y coeficiente de funcionamiento. III IV Fases de las Sustancias Puras. Ecuaciones de Estado. 3.1 Principio de estado. 3.2 Definiciones Sustancia pura Fase. 3.3 Diagrama de fases de una sustancia pura Punto triple Punto crítico Cambios de fase. 3.4 Diagramas presión-volumen y presiónentalpia. 3.5 Tablas de propiedades termodinámicas. 3.6 Calores específicos. 3. Sustancia incompresible 4.1 El gas ideal. 4.1.l Ecuación Ley de Joule Calores específicos Comportamiento p-v-t de un gas ideal con calores específicos constantes durante un proceso adiabático y sin fricción Procesos politrópicos. 4.2 El factor de comprensibilidad Definición Propiedades reducidas Ley de los estados correspondientes Gráfica del factor de comprensibilidad generalizado. 4.3 La ecuación de Van der Waals Ecuación Evaluación de las constantes. 4.4 Otras Ecuaciones de estado. V La Segunda Ley de la Termodinámica. 5.1 Axiomas de Clausius y de Kelvin-Planck. 5.2 Procesos reversibles y procesos irreversibles. 5.3 Fricción. 5.4 El principio de Carnot. 5.5 El ciclo de Carnot. 5.6 Otros ciclos reversibles. 6.1 Desigualdad de Clausius. 6.2 Definición de entropía. 6.3 Ecuaciones Gibbsianas.

4 VI Entropía 6.4 Diagramas temperatura-entropía y entalpíaentropía. 6.5 Principio de incremento de entropía. 6.6 Eficiencia térmica de turbinas, compresores, etc.. 6. Balance general de entropía APRENDIZAJES REQUERIDOS: INGENIERIA ELECTROMECANICA Geometría analítica Calor, Trabajo, Temperatura, Energía cinética, Energía potencial, Presión, Sistemas de unidades Leyes de los gases ideales, Número atómico, Masa atómica, Masa molecular, Ecuación de estado del gas ideal INGENIERIA MECANICA Funciones de una variable Derivación de funciones algebraicas Funciones de varias variables Derivación parcial Integración definida, Integral cíclica (por partes) Ecuaciones diferenciales ordinarias 6. SUGERENCIAS DIDACTICAS - Aunque se le dará prioridad al uso de los sistemas internacional de unidades en la solución de problemas, se utilizaran también el sistema ingles. - Que el alumno elabore una investigación documental sobre la historia de la termodinámica - Que el alumno de lectura al libro de Garcia-Colin indicada en La bibliografía y que se presente un resumen. - Que el alumno investigue sobre el papel que desempeña la energía en el desarrollo tecnológico. - Que las definiciones, conceptos y leyes presentadas en el programa se discutan en dinámica grupal. - Que el maestro presente la deducción completa de las ecuaciones correspondientes a los temas tratados en el curso. - Que el maestro y Los alumnos resuelvan problemas que involucren balances de masa y energía en diferentes sistemas termodinámicos. - Que el maestro y Los alumnos resuelvan problemas que involucren balances de masa y energía y determinación de propiedades con diferentes substancias termodinámicas y en diferentes sistemas (turbinas, compresores, bombas, intercambiados, toberas, difusores, etc..). - Que el maestro y los alumnos resuelvan problemas que involucren balances de masa y energía, determinación de propiedades y balances de entropía. - En Los problemas propuestos, el alumno presentará los procesos en diagramas termodinámicos ( PV, TS, PH, HS, etc..). - Que el maestro asigne problemas para que el alumno a través del análisis termodinámico determine si el proceso es posible o imposible. - Que el alumno realice una recopilación de tablas y diagramas de propiedades de diferentes substancias.

5 . SUGERENCIAS DE EVALUACION Si existe mas de un maestro impartiendo la materia, se aplicara un examen departamental. - Los problemas de los exámenes escritos deberán ser congruentes con el objetivo educacional de cada unidad. - Que los problemas planteados en los exámenes, involucren la aplicación de los temas tratados en las unidades anteriores. - Que Los exámenes no se pregunten definiciones, sino que se busque su aplicación en solución de los problemas propuestos. - Revisión y discusión de problemas propuestos por el maestro. - Participación del alumno en el salón de clase. - Informes de las investigaciones documentales solicitadas por el maestro. - Se sugiere que se apliquen cinco exámenes escritos y que en el quinto examen, se agrupen las unidades V y VI. Nota: Los puntos 6 y deberá ser desarrollados y/o enriquecidos en las academias correspondientes en conjunto con el departamento de desarrollo académico UNIDADES DE APRENDIZAJE: NUMERO DE UNIDAD: I NOMBRE DE LA UNIDAD: CONCEPTOS Y DEFINICIONES Conocer los conceptos y las definiciones fundamentales. Establecer la ley cero de la termodinámica. Definir las diferentes formas de energía con las que trata la termodinámica clásica y calcular el trabajo de diversos sistemas. 1.1 Los alumnos y el maestro analizarán el concepto de energía y el papel que juega en el desarrollo tecnológico. 1.2 El maestro y los alumnos analizarán la definición de termodinámica y discutirán el campo de aplicación de esta disciplina. 1.3 Los alumnos y el maestro darán un breve repaso a los sistemas de unidades haciendo énfasis en el sistema internacional. 1.4 El maestro y los alumnos analizaran la definición de sistemas e identificarán los sistemas cerrados, abiertos y aislados. 1.5 El maestro y los alumnos analizaran las definiciones de estado, proceso, trayectoria, ciclo, propiedad termodinámica. 1.6 Los alumnos diferenciarán entre propiedad extensiva, propiedad intensiva y propiedad específica, identificarán si una cantidad es una propiedad. 1. Los alumnos seleccionarán las definiciones y las unidades más adecuadas para densidad, volumen especifico, peso específico, gravedad especifica, presión absoluta, presión manométrica y presión de vacío. 1.8 El maestro y los alumnos establecerán la ley cero de la termodinámica establecerán las escalas de temperatura y la relación entre las diferentes escalas. 1.9 El maestro y los alumnos establecerán el principio de conservación de la masa y BIBLIOGRAFI A 2 5 8

6 realizarán balances de masa en diferentes sistemas 1.10 Los alumnos seleccionarán las definiciones y las unidades más adecuadas para la energía cinética, energía potencial y la energía interna. 1. El maestro y los alumnos analizarán la definición de trabajo en sistemas termodinámicos. 1. El maestro y los alumnos obtendrán una expresión para el trabajo en un sistema cerrado sin fricción a partir de principios básicos 1.13 El maestro y los alumnos calcularán el trabajo neto desarrollado durante un ciclo El maestro y los alumnos obtendrán una ecuación para el trabajo en un sistema abierto sin fricción con una entrada y una salida de flujo operando en estado estable, a partir del trabajo de un sistema cerrado 1.15 Los alumnos calcularán el trabajo y la potencia en diferentes sistemas sin fricción Los alumnos analizarán otras formas de trabajo (en una celda química, en un sólido elástico, etc.) 1.1 Los alumnos discutirán la definición de calor y establecerán las unidades mas usadas Definirán proceso adiabático. NUMERO DE UNIDAD: II NOMBRE DE LA UNIDAD: LA PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA Aplicar la primera ley de la termodinámica en el análisis de sistemas. 2.1 El maestro y los alumnos analizaran la primera ley de la temodinámica en un sistema operando cíclicamente. 2.2 El maestro y los alumnos analizarán la primera ley de la termodinámica para un sistema cerrado realizando un proceso. 2.3 El maestro y los alumnos discutirán la naturaleza de la energía almacenada. 2.4 El maestro y los alumnos establecerán la primera ley de la termodinámica para un sistema abierto con una entrada y una salida de flujo operando en estado estable. 2.5 Definirán entalpia. 2.6 Los alumnos calcularán el flujo de calor y/o La potencia en sistemas con o sin fricción. 2. El maestro y los alumnos obtendrán una ecuación para la primera BIBLIOGRAFIA 2

7 ley de la termodinámica en un sistema cualquiera. 2.8 Los alumnos resolverán problemas que involucren balances de masa y balances de energía en diferentes sistemas termodinámicos. 2.9 Los alumnos definirán maquina térmica y eficiencia, refrigerador ) coeficiente de funcionamiento. Resolverán problemas numéricos Los alumnos investigarán sobre el orden de magnitud de la eficiencia de las máquinas térmicas y de otros sistemas. NUMERO DE UNIDAD: III NOMBRE DE LA UNIDAD: FASES DE LAS SUSTANCIAS PURAS Identificar las fases 3.1 El maestro y los alumnos discutirán el de una sustancia pura principio de estado y lo aplicarán para una Explicar el sustancia simple. comportamiento de 3.2 Los alumnos seleccionarán las una sustancia pura en definiciones más adecuada para sustancia diagramas presión pura y fase. temperatura y presión 3.3 El maestro y los alumnos analizarán el - entalpia y calcular diagrama de fases para una sustancia pura sus propiedades e identificarán el punto triple y el punto haciendo uso de crítico tablas de propiedades 3.4 El maestro y los alumnos analizarán las termodinamicas condiciones de saturación de una sustancia Analizar a través de la pura. primera ley de la 3.5 EL maestro y los alumnos analizaran los termodinámica los diagramas presión-volunen y presiónentalpia de sustancia pura. sistemas que operan con sustancias puras 3.6 Los alumnos, identificarán los estados en sus diferentes de líquido subenfriado o comprimido, fases liquido saturado, vapor humedo, vapor saturado seco y vapor sobrecalentado. 3. Los alumnos discutirán las definiciones de humedad y titulo; entalpia de vaporización, entalpia de fusión y entalpía de sublimación 3.8 EL maestro y los alumnos analizarán la estructura de las tablas de propiedades termodinámicas. 3.9 Los alumnos usarán Las tablas de propiedades termodinámicas para identificar algún estado dado y calcularán las propiedades de una sustancia pura en sus diferentes fases Los alumnos investigarán y esplicaran definición de los calores específicos y la forma de calcularlos. BIBLIOGRAFIA

8 3. Los alumnos usarán la primera ley de la termodinámica y las tablas de propiedades para analizar los procesos en sistemas que operan con agua o con otras sustancias puras en sus diferentes fases y representarán los procesos en diagramas p-t, p- v y p-h. NUMERO DE UNIDAD: IV NOMBRE DE LA UNIDAD: ECUACIONES DE ESTADO Analizara el comportamiento del gas ideal y describir las correlaciones pvt de algunos gases reales Analizar a través de la primera ley de la termodinámica, los sistemas que operan con gases 4.1 El maestro definirá gas ideal y explicara las variables que internen en la ecuación. 4.2 El alumno expresará la ecuación del gas ideal con otras variables y calculará la presión, la densidad, el volumen específico y la temperatura de un gas ideal en un estado dado. 4.3 EL alumno investigará sobre el experimento y La ley de Joule. 4.4 EL maestro y Los alumnos analizarán las consecuencias de la ley de Joule. 4.5 Los alumnos establecerán la relación entre Cp, CV y R. Calcularán los calores especificos medios de un gas ideal dado, usando polinomios, gráficas y tablas. Compararán los resultados. 4.6 EL maestro obtendrá una relación entre la presión y el volumen para un gas ideal que realiza un proceso adiabático y sin fricción. 4. El maestro y los alumnos analizarán el comportamiento p-v-t de un gas ideal durante un proceso adiabático y sin fricción. 4.8 EL maestro y los alumnos analizarán los procesos politrópicos. 4.9 Los alumnos dibujarán las trayectorias politrópicas en diagramas de presión - volumen Los alumnos usarán la primera ley de la termodinámica para analizar los sistemas que operan con estas sustancias y representarán los procesos en diagramas presión-volumen. 4. EL maestro definirá el factor de compresibilidad, establecerá la ley de estados correspondientes y explicará la gráfica del factor de compresibilidad generalizado. 4. Los alumnos calcularán la presión, el volumen o la temperatura de un gas dado usando el factor de compresibilidad. BIBLIOGRAFIA 5 1 2

9 4.13 EL maestro establecerá la ecuación de Van der Waals, encontrara las constantes en función de las propiedades críticas. EL maestro y los alumnos discutirán la aplicación de la ecuación de Van der Waals Los alumnos establecerán otras ecuaciones de estado, evaluarán sus constantes y especificarán su aplicación. NUMERO DE UNIDAD: V NOMBRE DE LA UNIDAD: LA SEGUNDA LEY DE LA TERMODINAMICA Establecer la segunda ley de la termodinámica a través de los axiomas de Clausius y de kelvin planck Identificar las causas de irreversibilidad en los procesos Analizar el ciclo de CARNOT y otros ciclos reversibles 5.1 El maestro y los alumnos analizarán los axiomas de Clausius y de Kelvin- planck y demostrarán que son equivalentes en sus consecuencias 5.2 Los alumnos señalarán la importancia de la segunda ley. Harán una breve reseña histórica sobre esta ley. 5.3 Los alumnos investigarán la diferencia entre un proceso reversible y proceso irreversible, enumeraran las causas de la irreversibilidad 5.4 El maestro y los alumnos calcularán la fricción en los sistemas. 5.5 El maestro explicará el principio de Carnot 5.6 El maestro y los alumnos analizaran el ciclo de Carnot y resolverán problemas relacionados con este ciclo. BIBLIOGRAFIA Los alumnos analizarán otros ciclos reversibles. 5.8 Los alumnos investigarán sobre otros axiomas mediante los cuales se establece la segunda ley de la termodinámica. NUMERO DE UNIDAD: VI NOMBRE DE LA UNIDAD: ENTROPIA Definir y calcular los 6.1 El maestro y los alumnos obtendrán la cambios de entropia desigualdad de Clausius y definirán la en los procesos entropia Representar los 6.2 Los Alumnos usaran la desigualdad de procesos en los Clausius para determinar si un ciclo dado es diagramas reversible o irreversible BIBLIOGRAFI A

10 temperatura - entropía y entalpia entropia Determinar si un proceso se pude llevar acabo 6.3 El maestro y los alumnos calcularan los cambios de entropia en los procesos reversibles y en los procesos irreversibles, haciendo uso de la definición de entropia 6.4 El maestro obtendrá las ecuaciones tds y los alumnos las usaran para calcular los cambios de entropia en los procesos 6.5 El maestro y los alumnos representaran los procesos en los diagramas temperatura entropia y entalpia-entropia 6.6 Los alumnos representaran la línea de saturación liquido vapor de una sustancia pura en los diagramas t-s y h-s. Calcular los cambios de entropia en los procesos en los cuales el medio de trabajo es agua en las diferentes fases 6. El maestro explicara el principio de incremento de entropia y los alumnos resolverán problemas relacionados con este principio 6.8 los alumnos definirán eficiencia térmica en los procesos de expansión y compresión 6.9 Resolverán problemas relacionados con este tema 6.10 Los alumnos realizaran balances de entropia en diversos sistemas BIBLIOGRAFÍA 1. BALZHISER R, E, Y M. R. SAMUELS TERMODINAMICA PARA INGENIEROS ED. PRENTICE- HALL COLUMBIA 199, 610 P. 2. BLACK W. Z. Y J. G. HARTLEY 3. BURGHARDT M. D INGENIERÍA TERMODINAMICA 2DA. ED. ED. HARLA México GARCIA COLIN S. DE LA MAQ. DE VAPOR AL CERO ABSOLUTO FONDO DE LA CULTURA ECONOMICA SEP. MEX HOLMAN J.P. TERMODINAMICA ED. McGraw HILL COLOMBIA 195. MANRIQUE J.A. Y R.S. CARDENAS TERMODINAMICA ED. HARLA México POLO ENCINAS MANUEL ENERGETICOS Y DESARROLLO TECNOLOGICO ED. LIMUSA México REYNOLDS W. C. Y H. C. PERKINS INGENIERÍA TERMODINAMICA ED. MCGRAW HILL México VAN WYLEN G.J. R.E. SONTAG FUNDAMENTOS DE LA TERMODINAMICA ED. LIMUSA México WARK K. TERMODINAMICA ED. McGraw HILL México 1985

11 6. KEENANJ.H. ET. AL. STEAM TABLES, INTERNATIONAL EDITION WILEY U.S.A HOWELL J.R. Y R.O. BUCKIUS PRINCIPIOS DE TERMODINAMICA PARA INGENIERÍA ED. McGraw HILL México PRACTICAS PROPUESTAS: