Termodinámica

UNIVERSIDAD CATOLICA SAN PABLO SILABO PERIODO ACADÉMICO : 2010 - I 1. INFORMACIÓN GENERAL CARRERA PROFESIONAL ASIGNATURA SEMESTRE ACADEMICO HORAS TEÓRICAS CREDITOS

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Ingeniería industrial Termodinámica

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2010 - I 2 3

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HORAS PRÁCTICAS : 2

2. PROFESORES:

M.Sc. Jaime Muñoz Portugal   

Ingeniero Químico Master en Química : Convenio U. Surrey – U. San Agustín 1° Puesto Asesor en la Certificación ISO 9002 Planta SIDSUR – ALICORP S.A.

3. FUNDAMENTACION DEL CURSO

Los cambios energéticos que experimenta un sistema durante un proceso industrial de transformación, están gobernados por leyes o principios termodinámicos; un conocimiento claro y preciso de los mismos nos servirá para relacionar el cambio gradual de las propiedades físicas y químicas de los materiales en proceso de un sistema de transformación específico e integrarlo con el cambio energético que experimenta dicho material a lo largo del proceso productivo. El buen manejo de los conocimientos que provocan dichos cambios capacitará al estudiante de ingeniería para que aborde campos como el de la mecánica de fluidos, transferencia de calor y balances de materia y energía utilizados en el diseño de procesos industriales. 4. CONTRIBUCIÓN A LA FORMACIÓN PROFESIONAL Y LA FORMACIÓN GENERAL

La Termodinámica es una de las disciplinas de mayor trascendencia en la formación académica del ingeniero industrial, teniendo en cuenta el contexto actual en que se desenvuelven los procesos industriales de nuestra localidad, el aspecto técnico del uso de la energía en sus diversas formas, exige una mayor optimización y ahorro de la misma, por lo tanto una formación académica relevante en esta materia, le dará al ingeniero industrial dentro de su campo de trabajo los conocimientos de aplicación necesarios para reducir los costos de operación que por consumo de energía tiene un proceso productivo. Igualmente la termodinámica sirve de base y se complementa con otras disciplinas. 5. OBJETIVO GENERAL:

El objetivo principal es capacitar al estudiante de Ingeniería Industrial en los fundamentos por los cuales ocurren las transformaciones físicas y químicas que experimentan los productos en proceso de fabricación relacionándolas con los cambios energéticos implicados en el proceso. Es básico la adquisición de un conocimiento significativo e integrado de las leyes de la Termodinámica..Balances de materia, energía y entropía y su aplicación a sistemas de interés técnico: sistemas cerrados y volúmenes de control. Todo ello con el fin de dar una base sólida, que le sirva al estudiante, para comprender cursos más avanzados y emprender a futuro una especialización en un campo determinado de la Ingeniería Industrial. 6. CONTENIDOS

6.1 PRIMERA UNIDAD Objetivos Específicos:

Reconocer la importancia de la Termodinámica en el diseño de procesos industriales. Expresar resultados en diferentes sistemas de unidades. Definir los elementos básicos de la Termodinámica. Efectuar un estudio de los sistemas termodinámicos, variables y funciones de estado. Comprender las leyes de la termodinámica.

Contenidos:

INTRODUCCIÓN A LA CONCEPTOS BÁSICOS.

Semana(s):

TERMODINÁMICA

Y

7 – 01 al 10 – 01

Sistemas cerrados y abiertos, propiedad de un sistema. Masa de Control. Volumen de Control. Conceptos de estado y equilibrio. Procesos y ciclos termodinámicos, tipos de energía, temperatura, ley cero de la Termodinámica, presión, densidad Lectura Obligada : Termodinámica – Cap. I – Gordon Van Wylen Lectura Sugerida : La termodinámica de procesos irreversibles desde el punto de vista de la Teoría de la Relatividad

6.2 SEGUNDA UNIDAD Objetivos Específicos:

Definir sustancia pura y sus propiedades. Establecer la utilidad de las tablas termodinámicas en los cálculos termodinámicos e interpretar los diagramas de fases de una sustancia pura.

Contenidos:

Semana(s):

SUSTANCIA PURA Y SUS PROPIEDADES Sustancia pura. Fases y cambios de fase y su relación con las propiedades de una sustancia pura. Diagramas de fases. Utilidad de las Tablas Termodinámicas en los cálculos termodinámicos. Propiedades específicas: energía interna, entalpía, entropía. La ecuación de estado del gas ideal y los calores específicos utilizando el modelo de gas ideal.

10 – 01 al 15 – 01

Lectura Obligada : Termodinámica – Cap. II – Yunus A. Cengel Lectura Sugerida : Cambios de fase de las sustancias puras y cálculo de sus propiedades

6.3 TERCERA UNIDAD Objetivos Específicos:

Abordar las funciones de trayectoria y establecer sus modelos matemáticos en los diferentes procesos de equilibrio termodinámico.

Contenidos: Trabajo y calor

Energía almacenada y energía en transito. Trabajo en un sistema con límite móvil. Trabajo eléctrico. Trabajo en procesos politrópicos. Trabajo isotérmico. Calor y transferencia de calor. Comparación entre trabajo y calor. Lectura Obligada : Termodinámica – Cap. 4 Van Wylen Lectura Sugerida : Termodinámica – J. Manrique

6.4 CUARTA UNIDAD

Semana(s):

15 – 01 al 22 – 01

Objetivos Específicos: Explicar como se aplica la primera ley de la termodinámica en sistemas cerrados y móviles utilizando sustancias puras.

Contenidos:

Semana(s):

LA PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA La primera ley de la Termodinámica para un sistema y para un volumen de control. Energía interna. Entalpía. Trabajo y calor para procesos isotérmico, isobárico, isocórico, adiabático y politrópico. Primera ley aplicada a sistemas cerrados y móviles utilizando sustancias puras.

22 – 01 al 28 – 01

Lectura Obligada : Termodinámica – Van Wylen Lectura Sugerida : Termodinámica - Cengel 6.5 QUINTA UNIDAD Objetivos Específicos: Comprender porque ocurren los procesos y explicar como la segunda ley de la termodinámica interviene en ellos.

Contenidos:

Semana(s):

LA SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA Introducción a la segunda ley. Enunciados de Kelvin-Planck y de Clausius. Fuentes de energía térmica. Fuentes de energía térmica. El ciclo de Carnot. Los corolarios de Carnot. Máquinas térmicas de potencia de ciclo directo. Eficiencia. Máquinas térmicas de ciclo inverso: refrigeradores y bombas de calor. Coeficiente de perfomance COP . Entropía y procesos termodinámicos. Relación de la entropía con otras propiedades. Diagrama T S. Principio de incremento de la entropía. Cambio de entropía para un gas ideal.

28 – 01 al 03 – 02

Lectura Obligada : Máquinas Térmicas - Cengel

Limitaciones debidas a la segunda ley en las actuaciones de motores térmicos y máquinas frigoríficas Lectura Sugerida :

6.5 SEXTA UNIDAD Objetivos Específicos:

Entender los fundamentos en que se basan los ciclos de potencia de gas y de vapor y hacer un estudio de los ciclos inversos..

Contenidos:

Semana(s):

Ciclos de potencia

Consideraciones básicas en el análisis de ciclos. Ciclo Otto. Ciclo Diesel. Ciclo Brayton. Ciclo de Rankine. Ciclos con recalentamiento, regeneradores abiertos y calentadores cerrados, Ciclos inversos : refrigeradores, acondicionado y bombas de calor

03 – 02 al 13 – 02

aire

Lectura Obligada: Termodinámica - Cap. 8 Cengel Lectura Sugerida : Análisis comparativo de ciclos en máquinas térmicas y refrigeradores Formas de minimizar la potencia consumida por un compresor

7. METODOLOGÍA

La metodología general consistirá en el dictado de clases teóricas; investigación

bibliográfica por parte del estudiante ( orientada por el profesor) para profundizar en los temas tratados. Se hará uso de las siguientes técnicas y actividades pedagógicas auxiliares :     

Observación sistemática y significativa Ejemplificación y desarrollo de problemas Distribución de separatas y prácticas. Investigación experimental y bibliográfica Trabajo en equipo

8. BIBLIOGRAFÍA

8.1.- BASICA :   

Fundamentos de Termodinámica – Gordon Van Wylen – Edit. Limusa S.A. Termodinámica - Yunus A. Cengel – Edit. Mc Graw Hill Termodinámica - José Manrique Valadez – Oxford University Press

8.2.- COMPLEMENTARIA    

Principios de Termodinámica para Ingenieros - John R. Howell – Mc Graw Hill Introducción a la Termodinámica en Ingeniería Química - Van Ness Termodinámica - Kenneth Wark – Edit. Mc Graw Hill Fundamentos de Termodinámica - J. Moran – H. Shapiro – Edit. Reverte

9. EVALUACIONES

EVALUACIÓN PERMANENTE 



Controles escritos sobre contenidos dados (anticipados y no anticipados). Trabajos de investigación: individuales y grupales con su exposición en clase. Participación oral voluntaria y calificada en clase.

  

Evaluación Permanente : Examen Parcial : Examen Final :



30% 30% 40%

"CRONOGRAMA DE EVALUACIONES PERMANENTES"

La evaluación permanente consta de : 

Dos evaluaciones escritas antes de exámenes parciales



Un trabajo de investigación para presentarlo antes de exámenes finales



Dos evaluaciones escritas antes de exámenes finales



Intervenciones orales voluntarias en clase, lo cual significa obtener 1 o 2 puntos, para ser sumados en la evaluación escrita subsiguiente. Ninguno de los puntos ganados por el estudiante se suman a exámenes parciales o finales. Los puntos ganados solo son válidos para cada etapa del semestre.

Fecha

Tipo de Evaluación

Tema

06 – 04 - 2009

Evaluación escrita

Estado gaseoso. Propiedades, leyes y ecuaciones de estado Mezcla gaseosa. Sistemas saturados y no saturados

04 – 05 - 2009

Evaluación escrita

Primera ley de la termodinámica Cambios de estado. Procesos termodinámicos

01 – 06 - 2009

Evaluación escrita

Segunda ley de la termodinámica Entropía de mezcla, y de un gas ideal . Ciclo de Carnot Energía libre de Gibbs. Cálculos en reacciones químicas

22 – 06 - 2009

Trabajo de Investigación

10 temas disponibles

25 – 06 - 2009

Evaluación escrita

Equilibrio químico. Principio de Le Chatelier. Soluciones Propiedades coligativas de las soluciones