Termodinmica Industrial

UNIVERSIDAD DE MENDOZA FACULTAD DE INGENIERA

CARRERA INGENIERA INDUSTRIALASIGNATURA TERMODINMICA INDUSTRIALCDIGO4037

CURSO TERCEROREATECNOLOGAS BSICASULTIMA REVISIN Marzo de 2014

MATERIAS CORRELATIVAS:

4020 Fsica IIAO LECTIVO 2014

Profesor Titular: Ing. Teresa F. Rauek

Profesor Asociado:

Profesores Adjuntos: Ing. Gabriela Ohanian

Jefes de trabajos prcticos:

Carga Horaria Semanal: 6

Carga Horaria Total: 90

OBJETIVOS: Que los alumnos logren:

Conocer y aprehender los conceptos bsicos que rigen las interacciones de energa segn el enfoque y las herramientas de la termodinmica.

Interrelacionar los conceptos tericos adquiridos gradualmente a fin de interpretar integralmente las interacciones energticas.

Adquirir el adecuado entrenamiento que les facilite la aplicacin de los principios de la termodinmica a casos prcticos concretos tales como los que se llevan a cabo en equipos y dispositivos con los que se enfrenta un ingeniero.

Reconocer los principales aspectos de diseo o de funcionamiento que mejoran el intercambio energtico de equipos y dispositivos, principalmente de calor y trabajo.

Adquirir los criterios que conducen a un adecuado aprovechamiento energtico , tendiente a lograr la preservacin ambiental

Identificar y utilizar correctamente fuentes de datos de propiedades termodinmicas, ya sea experimentales o conceptuales.PROGRAMA ANALTICO:

UNIDAD I

1. Alcance y limitaciones de la Termodinmica. Punto de vista macroscpico. Concepto de sistema, tipos. Concepto de lmites, medio y universo. Propiedades extensivas e intensivas. Equilibrio termodinmico. Concepto. Variables que definen el estado del sistema. Transformaciones.

2. El gas ideal: ecuacin de estado. Superficie de estado. Isotermas. Mezcla de gases ideales: Leyes que la definen.

3. Gases reales. Concepto. Experiencia de Andrews. Parmetros crticos. Ecuacin de Van der Waals. Parmetros reducidos. Factor de compresibilidad: Concepto y diagrama generalizado.

UNIDAD II

1. Calor: concepto. Capacidad calorfica y calor especfico. Flujo de calor cuasiesttico. Trabajo en sistemas termoelsticos. Trabajo de expansin. Concepto, signo, clculo matemtico y grfico. Comparacin entre calor y trabajo. Equivalencia.

2. Primer principio de la Termodinmica para sistemas cerrados. Transformacin cerrada y abierta. Primer principio como balance de energa. Energa interna. Concepto. Naturaleza. Experiencia de Joule. Expresin de clculo de la energa interna para gases ideales.UNIDAD III

1. Primer principio de la Termodinmica para sistemas abiertos. Volumen de control: Balances de masa y energa. Volumen de control en estado estacionario.

2. Entalpa. Concepto. Variacin de entalpa en los gases ideales. Ley de Meyer. Trabajo de circulacin: Concepto, signo, clculo matemtico y grfico.

UNIDAD IV

1. Transformaciones en los sistemas gaseosos. Transformaciones para gases ideales en sistemas cerrados y abiertos. Transformaciones isocricas, isobricas e isotrmicas. Frmulas bsicas e intercambios de energa.

2. Transformaciones adiabticas y politrpicas. Frmulas bsicas e intercambios de energa.

UNIDAD V

1. Transformacin de calor en trabajo. Motores trmicos. Motores de combustin interna: Motor de gasolina. Ciclo Otto de aire fro estndar. Rendimiento

2. Motor Diesel. Ciclo Diesel de aire fro estndar. Rendimiento. Comparacin con el ciclo Otto. Ciclo Semidiesel.

3. Compresores: objeto y aplicacin. Compresin. Compresin en etapas. Funcionamiento de un compresor. Rendimiento volumtrico.

UNIDAD VI

1. Segundo principio de la termodinmica. Generalidades. Algunos enunciados. Ciclo de Carnot, descripcin.

2. .- Ciclo de Carnot para gases ideales y vapores. Clculo del rendimiento de un ciclo de Carnot. Mquina frigorfica de Carnot.

3. Teorema de Carnot. Reversibilidad e irreversibilidad. Procesos naturales espontneos.

UNIDAD VII

1. Propiedades de los ciclos reversibles. Teorema de Clausius para ciclos reversibles e irreversibles. Funcin entropa. Concepto. Procesos reversibles e irreversibles. Caractersticas principales. Principio de incremento de entropa.

2. Variacin de entropa para gases ideales. Diagrama T- s para gases.

3. Consecuencias de la irreversibilidad en el intercambio de trabajo. Concepto de exerga y anerga. Destruccin de exerga.

UNIDAD VIII

1. La sustancia pura. Propiedades PvT. Diagramas P-T ; T-v y P-v . Mezcla saturada lquido-vapor. Propiedades independientes de una sustancia pura. Tablas de propiedades. Diagrama T-s para vapores.

2. Ciclos de vapor. Ciclo de Carnot. Ciclo Rankine simple. Equipamiento. Rendimiento. Relacin de trabajo de retroceso. Ciclo Rankine con sobrecalentamiento. Irreversibilidades. Mejoras. Ciclo Rankine con expansin mltiple y Ciclo Rankine regenerativo.

3. Enunciado de Clausius del Segundo Principio de la Termodinmica. Concepto de mquina frigorfica y de bomba de calor. Coeficientes de operacin. Ciclo inverso de Carnot. Ciclo frigorfico por compresin en regmenes hmedo y seco. Irreversibilidades. Seleccin del refrigerante. Mejoras. Ejemplos de aplicacin.

UNIDAD IX

1. Termoqumica. Concepto. Aplicacin de la termodinmica a las reacciones qumicas. Bomba calorimtrica. Descripcin de sistemas qumicos reactivos. Grado de avance de la reaccin. Primer principio aplicado a reacciones qumicas.

2. Reacciones a presin constante. Expresin de clculo del calor de reaccin. Entalpas de formacin. Reacciones a volumen constante. Relacin entre los calores de reaccin a presin y a volumen constantes.

3. Combustin. Aire terico y en exceso. Relacin aire-combustible. Poder calorfico. Poder calorfico superior e inferior. Tablas.

Formacin PrcticaHoras

Resolucin de Problemas Rutinarios:30

Resolucin de Problemas Abiertos de ingeniera:5

Proyecto y Diseo:10

PROGRAMA DE TRABAJOS PRCTICOS:

El alumno deber resolver problemas de diverso tipo y complejidad, los cuales integrarn ocho trabajos prcticos, segn se detalla a continuacin:NDenominacinCantidad de problemas

1MEZCLAS DE GASES IDEALES. GASES REALES5

2TRABAJO, CALOR Y PRIMER PRINCIPIO PARA SISTEMAS CERRADOS5

3PRIMER PRINCIPIO PARA SISTEMAS ABIERTOS4

4TRANSFORMACIONES DE GASES IDEALES4

5 CICLOS DE COMPRESIN Y DE MQUINAS TRMICAS DE GAS 4

6SEGUNDO PRINCIPIO. ENTROPA. DIAGRAMAS ENTRPICOS4

7PROPIEDADES DE SUSTANCIAS PURAS. TABLAS4

8CICLOS DE MQUINAS TRMICAS DE VAPOR Y DE MQUINAS FRIGORFICAS4

ARTICULACIN HORIZONTAL Y VERTICAL DE CONTENIDOS:

Los contenidos abordados en esta materia se basan en conceptos de las siguientes ctedras:

AsignaturaCurso

4020 Fsica II2

Comparte e integra elementos horizontalmente con las siguientes ctedras:AsignaturaCurso

4031 Mecnica de los Fluidos3

Los contenidos abordados en esta materia aportan conceptos a las siguientes ctedras:AsignaturaCurso

4041 Equipamiento Industrial4

CONDICIONES PARA REGULARIZAR LA MATERIA y RGIMEN DE EVALUACIN:

El alumno deber aprobar dos evaluaciones parciales, las cuales contarn cada una con su correspondiente examen recuperatorio. Los parciales constarn de un problema similar a los resueltos en los Trabajos Prcticos.

La primera evaluacin parcial abarcar los Trabajos Prcticos N 1 a 4 y la segunda los Trabajos Prcticos N 5 a 8.

Los aspectos que se calificarn en cada problema son:

a. Sistematizacin de datos e incgnitas

b. Correcta seleccin y caracterizacin del sistema y sus lmites

c. Croquis

d. Identificacin, caracterizacin y representacin grfica de la transformacin, si correspondiere.

e. Seleccin y justificacin conceptual de los modelos de clculo.

f. Utilizacin y referenciacin de tablas y/o grficos utilizados

g. Reemplazo adecuado de datos, en unidades consistentes

h. Correcto resultado numrico y dimensional

i. Interpretacin del resultado

El puntaje atribuido a los diversos tems seguir los lineamientos que se muestran en la tabla a continuacin.ItemsPuntaje

a - d20

e - h70

i10

TOTAL100

El puntaje podr ser modificado en caso que la resolucin del problema no contemple el desarrollo de todos los tems descriptos.

Cada examen parcial se considerar aprobado si el alumno alcanza un puntaje mayor o igual a 60p.

Una vez regularizada la materia en tiempo y forma, el alumno ser evaluado mediante un examen final integrador, el cual constar en primera instancia de la resolucin de un problema y luego de la exposicin de conceptos tericos seleccionados al azar entre los contenidos del programa.

Los alumnos que hayan obtenido una cantidad igual o mayor a 160p, como suma de las calificaciones de los dos parciales, no rendirn parte prctica en el examen final.

Los requisitos para regularizar la materia son:

Asistencia mayor o igual al 80%

Aprobacin de los dos exmenes parciales

Presentacin de carpeta completa, con los trabajos prcticos y los exmenes parciales, antes de la fecha que establezca la ctedra.

BIBLIOGRAFA:

Principal:

AutorTtuloEditorialAo Ed.Dispon.

Cengel, Yunus A. ; Boles, Michael ATermodinmicaMc Graw Hill2006

Morn, Michel J. ; Shapiro, Howard N.Fundamentos de Termodinmica Tcnica.

Revert S.A.20042

De Consulta:

AutorTtuloEditorialAo Ed.Dispon.

Garca, Carlos A.Termodinmica TcnicaAlsina2006199621

Rolle, Kurt C.TermodinmicaPearson Educacin20061

ESTRATEGIAS DIDCTICAS UTILIZADAS: Clases expositivas e interactivas con la presentacin de ejemplos relacionados con los conceptos tericos Trabajos prcticos individuales o en grupo EvaluacionesRECURSOS DIDCTICOS UTILIZADOS:

El material de apoyo a la enseanza que se utilizar para lograr los objetivos planteados consta de: Clases tericas interactivas, con utilizacin de pizarrn. Presentaciones en Power Point.

Material bibliogrfico confeccionado por la Ctedra. Guas con enunciados de los Trabajos Prcticos.

Tablas de propiedades, grficos, tablas de conversin de unidades

Proyeccin de animaciones de funcionamiento de equipos y mquinas

Material bibliogrfico de la asignatura.PROGRAMA DE EXAMEN:Bolilla 1Bolilla 2Bolilla 3Bolilla 4

I - 1I - 2I - 3II - 1

IV - 2V-1V-2V - 3

VIII - 2VII - 3VIII - 1VII - 2

Bolilla 5Bolilla 6Bolilla 7Bolilla 8

II - 2III-1III - 2IV - 1

VI - 1VI - 2VI - 3VII - 1

VIII - 3IX - 3IX 2IX - 1

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