Termodinámica. Carrera: Ingeniería Petrolera PED-1031 SATCA

Transcripción

1 1.- DATOS DE LA ASIGNATURA Nombre de la asignatura: Carrera: Clave de la asignatura: SATCA 1 Termodinámica Ingeniería Petrolera PED PRESENTACIÓN Caracterización de la asignatura. Para que un ingeniero pueda administrar cualquier proceso es indispensable que tenga una idea clara de cómo funcionan los principios termodinámicos que regulan las transformaciones de la energía, de este modo se esta en la posibilidad de manejar y mejorar el proceso, el ingeniero petrolero no es la excepción con un entendimiento claro de la termodinámica tendrá la posibilidad alcanzar más rápidamente estos objetivos. Esta asignatura capacitará al futuro ingeniero petrolero para comprender la forma en la cual la energía cambia, así como también desarrollará sus capacidades analíticas y le dará la capacidad de entender que cualquier fenómeno que se realiza en la naturaleza esta íntimamente relacionado con la termodinámica, no importa que este sea mecánico, eléctrico, térmico, etc. Intención didáctica. El alumno analizará los conceptos y principios fundamentales de la termodinámica clásica para aplicarlos en la solución de problemas físicos. Desarrollará sus capacidades de observación, modelado de fenómenos físicos, manejo de instrumentos y equipos experimentales, razonamiento lógico y toma de decisiones. En la primera unidad se describen las propiedades de la materia, así como la ley cero de la termodinámica, el equilibrio termodinámico y las formas de energía. En la segunda unidad se define la sustancia pura, sus propiedades y las ecuaciones de estado y de gas ideal. En la tercera unidad, se hacen los balances de energía utilizando la primera ley de la En la cuarta unidad, Se define la segunda ley de la termodinámica y se aplica a las maquinas térmicas. Finalmente la quinta unidad se entiende la disponibilidad de energía que tienen las maquinas térmicas reales. 1 Sistema de asignación y transferencia de créditos académicos 1

2 3.- COMPETENCIAS A DESARROLLAR Competencias Específicas Analizar los principios fundamentales mediante los cuales se dan los cambios de energía en los diferentes equipos térmicos utilizados en la industria petrolera. Desarrollará su capacidad para interpretar y modelar fenómenos físicos para la toma de decisiones. Competencias Genéricas Trabajo en equipo. Capacidades de observación de fenómenos. Modelación matemática de fenómenos. Uso de instrumentos de medición. Resolución de problemas. Toma de decisiones. Reconocimiento de conceptos o principios integradores. Argumentar con contundencia y precisión. Uso de tablas. 2

3 4.- HISTORIA DEL PROGRAMA Lugar y fecha de elaboración o revisión Instituto Tecnológico Superior de Puerto Vallarta del 10 al 14 de agosto de Desarrollo de Programas en Competencias Profesionales por los Institutos Tecnológicos del 17 de agosto de 2009 al 19 de febrero de Instituto Tecnológico Superior de Poza Rica del 22 al 26 de febrero de Participantes Representantes de los Institutos Tecnológicos de: Superior de Coatzacoalcos, Minatitlán, Superior de Poza Rica y Superior de Venustiano Carranza. Academias de Ingeniería Petrolera de los Institutos Tecnológicos de: Superior de Coatzacoalcos, Minatitlán, Superior de Poza Rica, Superior de Tantoyuca y Superior de Venustiano Carranza. Representantes de los Institutos Tecnológicos de: Superior de Coatzacoalcos, Minatitlán, Superior de Poza Rica, Superior de Tantoyuca y Superior de Venustiano Carranza. Evento Reunión Nacional de Diseño e Innovación Curricular para el Desarrollo y Formación de Competencias Profesionales de la Carrera de Ingeniería Petrolera. Elaboración del programa de estudio propuesto en la Reunión Nacional de Diseño Curricular de la Carrera de Ingeniería Petrolera. Reunión Nacional de Consolidación de los Programas en Competencias Profesionales de la Carrera de Ingeniería Petrolera. 3

4 5.- OBJETIVO(S) GENERAL(ES) DEL CURSO Analizar los principios fundamentales mediante los cuales se dan los cambios de energía en los diferentes equipos térmicos utilizados en la industria petrolera. Desarrollará su capacidad para interpretar y modelar fenómenos físicos para la toma de decisiones. 6.- COMPETENCIAS PREVIAS No requiere. 7.- TEMARIO Unidad Temas Subtemas 1.1 Equipos termodinámicos en la industria 1 Conceptos básicos petrolera. 1.2 Dimensiones y unidades Sistemas 1.3 Estado, Proceso, trayectoria, ciclo. 1.4 Propiedad, propiedad extensiva, Propiedad intensiva, propiedad específica. 1.3 Propiedades Densidad, volumen específico, Peso específico y gravedad específica. 1.4 Presión, presión absoluta, presión atmosférica, presión manométrica y presión de vacío. 1.5 La ley cero de la Equilibrio térmico Escalas de temperatura. 1.6 El principio de conservación de la masa. 1.7 Formas de energía. 1.8 Energía y ambiente. 2.1 Sustancia pura. 2.2 Fases de una sustancia pura. 2.3 Procesos de cambio de fase de sustancias puras. 2.4 Diagrama de fases Liquido comprimido Liquido saturado Vapor húmedo Vapor saturado. 2 Propiedades de las Vapor sobrecalentado. sustancias puras Punto crítico Punto triple Diagrama P-T Diagrama P-V. 2.5 Tablas de propiedades. 2.6 La ecuación de estado de gas ideal Ley de Boyle Ley de Charles. 2.7 Factor de compresibilidad. 2.8 Otras ecuaciones de estado. 4

5 3 4 5 Primera ley de la Segunda ley de la Disponibilidad de energía y reacciones termodinámicas. 2.9 Energía interna, entalpía y calores Específicos de gases ideales. 2.10Energía interna, entalpía y calores Específicos sólidos y líquidos Presión de vapor y equilibrio de fases. 3.1 Transferencia de energía por calor, trabajo y masa Transferencia de calor Transferencia de energía por trabajo Formas mecánicas de trabajo Principio de conservación de la masa Trabajo de flujo y la energía de un fluido en movimiento. 3.2 La primera ley de la Balance de energía Cambio de energía de un sistema Balance de energía para sistemas cerrados Balance de energía para sistemas de flujo estable Balance de energía para procesos de flujo no estable. 4.1 Introducción a la segunda ley de la 4.2 Depósitos de energía térmica. 4.3 Máquinas térmicas. 4.4 Refrigeradores y bombas de calor. 4.5 Procesos reversible e irreversible. 4.6 El ciclo de Carnot y principios de Carnot. 4.7 La escala termodinámica de temperatura. 4.8 La máquina térmica de Carnot. 4.9 El refrigerador y la bomba de calor de Carnot La desigualdad de Clausius Entropía El principio del incremento de entropía Diagramas T S y H S Las relaciones TdS El cambio de entropía de sustancias puras El cambio de entropía de líquidos y sólidos El cambio de entropía de gases ideales Eficiencias adiabáticas de algunos dispositivos de flujo permanente Balance general de entropía. 5.1 Trabajo máximo Trabajo máximo que intercambia calor con la atmósfera y un depósito a TR Trabajo reversible e irreversibilidad. 5.2 Eficiencia de la segunda ley 5.3 Energía asociada con energía interna, cinética y potencial, P v y H Cambio de disponibilidad de energía (energía) de un sistema. 5

6 5.4 Transferencia de energía por calor, trabajo y masa. 5.5 El principio de disminución de energía. 5.6 Balance de energía. 5.7 Relaciones de Maxwell. 5.8 La ecuación de Clapeyron. 5.9 Relaciones generales para du, dh, ds, c v y c p 5.10 El coeficiente Joule Thomson Cambios de energía interna, entalpía y entropía de gases reales. 6

7 8.- SUGERENCIAS DIDÁCTICAS Propiciar actividades de búsqueda, selección y análisis de información en distintas fuentes. Propiciar el uso de las nuevas tecnologías en el desarrollo de los contenidos de la asignatura. Fomentar actividades grupales que propicien la comunicación, el intercambio argumentado de ideas, la reflexión, la integración y la colaboración de y entre los estudiantes. Propiciar, en el estudiante, el desarrollo de actividades intelectuales de induccióndeducción y análisis-síntesis, las cuales lo encaminan hacia la investigación, la aplicación de conocimientos y la solución de problemas. Desarrollar actividades de aprendizaje que propicien la aplicación de los conceptos, modelos y metodologías que se van aprendiendo en el desarrollo de la asignatura. Propiciar el uso adecuado de conceptos, y de terminología científico-tecnológica Proponer problemas que permitan al estudiante la integración de contenidos de la asignatura y entre distintas asignaturas, para su análisis y solución. Relacionar los contenidos de la asignatura con el cuidado del medio ambiente; así como con las prácticas de una ingeniería con enfoque sustentable. Observar y analizar fenómenos y problemáticas propias del campo ocupacional. Relacionar los contenidos de esta asignatura con las demás del plan de estudios para desarrollar una visión interdisciplinaria en el estudiante. 7

8 9.- SUGERENCIAS DE EVALUACIÓN La evaluación de la asignatura se hará con base en siguiente desempeño: Reporte de prácticas Reportes de tareas de investigación. Realización de ejercicios en equipo. Elaboración de examen escrito por unidad UNIDADES DE APRENDIZAJE Unidad 1: Conceptos Básicos. Competencia Específica a Desarrollar Definir las propiedades intensivas y extensivas de la materia. Comprender lo que es estado, trayectoria de cambio de estado, proceso y ciclo termodinámico. Comprender la ley cero de la Actividades de Aprendizaje Realizar mediciones de las propiedades de la materia. Comprobar experimentalmente la ley cero de la termodinámica Observar las diferentes formas de la energía. Unidad 2: Propiedades de las sustancias puras. Competencia Específica a Actividades de Aprendizaje Desarrollar Definir una sustancia pura. Realizar ejercicios para calcular y predecir las Uso de tablas de propiedades de las sustancia puras. propiedades termodinámicas de sustancias puras. Uso de diagramas de estado. Uso de tablas de propiedades termodinámicas. Uso de ecuaciones de estado. Unidad 3: Primera ley de la Termodinámica. Competencia Específica a Actividades de Aprendizaje Desarrollar Analizar y explicar adecuadamente las formas en las que se transfiere la energía. Aplicar adecuadamente el primer principio de la termodinámica para realizar balances la energía en sistemas termodinámicos. Unidad 4: Segunda ley de la Termodinámica. Competencia Específica a Desarrollar Analizar y aplicar adecuadamente el segundo principio de la termodinámica en el cálculo de balance de energía para sistemas cerrados, balance de energía para sistemas de flujo estable y balance Realizar ejercicios que involucren el balance de energía mediante la primera ley de la Actividades de Aprendizaje Elaborar un programa en ambiente visual para cálculo de problemas de hidrostática, curvas y planos y principio de Arquímedes. 8

9 de energía para procesos de flujo no estable. Unidad 5: Disponibilidad de la energía y relaciones termodinámicas. Competencia Específica a Actividades de Aprendizaje Desarrollar Aplicar el segundo principio de la Corroborar los balances energéticos en termodinámica para calcular y predecir maquinas térmicas reales. el trabajo reversible e irreversible. Calcular adecuadamente energía interna, cinética y potencial, P v y H para un sistema termodinámico. Determinar y predecir el cambio de disponibilidad de energía de un sistema. Determinar la transferencia de energía por calor, trabajo y masa en un sistema termodinámico. Aplicar adecuadamente las relaciones generales para du, dh, con el uso de la segunda ley de la 9

10 11.- FUENTES DE INFORMACIÓN 1. - Merle Potter, Craig Somerton. Termodinámica para ingenieros Editorial Mc.Graw Hill, Mark, Kenneth. Termodinámica, Editorial Mc.Graw Hill, Mele C. Potter, Craig W. Somerton Termodinámica para ingenieros (Schaum) editorial Mc. Graw Hill. 4. -Huang Ingeniería termodinámica fundamentos y aplicaciones 2 ed. Editorial CECSA Russell, Adebiyi Termodinámica clásica editorial Pearson Educación Cengel, Boles Termodinámica editorial McGraw Hill 7. -Kurt, Rolle Termodianámica 6 ed. Editorial Pearson educación Manrique, Termodinámica 3 ed. Editorial Alfa omega K. Wark, D. E. Richards Termodinámica 6 ed. Editorial Mc. Graw Hill W.Z. Black, J.G. Hartley Termodinámica editorial CECSA Smit, Van Ness, Abbott Introducción A la termodinámica en ingeniería química. 7 ed. Editorial Mc. Graw Hill Pérez Fundamentos de Termodinámica Editorial Limusa PRÁCTICAS PROPUESTAS Medir la densidad de diversas sustancias. Realizar mediciones de presión usando manómetros, vacuómetros y barómetros. Verificar la relación de la variación de la presión con la variación de la temperatura. Identificar las partes comunes de las diferentes maquinas térmicas. Medir la eficiencia de equipos térmicos. 10