Termodinámica(Iq-2001)

Introducción

CurrículoDr. Román Miguel Moreno, Ph.D., CEM, REP

• Ingeniero Mecánico Electricista (ITESM-Mty)• Maestría en Ciencias (M.S.) en Ingeniería Nuclear y energía (U of A)• Doctorado en Filosofía (Ph.D.) en Ingeniería Nuclear y Energía (U of A)• 31 años como Profesor, ITESM-CSN• Proyectos de Administración de la Energía y Fuentes Alternativas

• rmoreno@itesm.mx

Objetivo General

Que el alumno sea capaz de:1. Analizar procesos de transformación de energía.2. Calcular propiedades termodinámicas de sustancias

puras.3. Evaluar el desempeño de procesos.4. Definir los límites de desempeño de sistemas.

Tópicos del Curso

1. Conceptos y definiciones básicas2. Primera Ley de la Termodinámica en sistemas cerrados y abiertos3. Propiedades de las sustancia puras y ecuaciones de estado4. Segunda Ley de la Termodinámica y Entropía5. Relaciones termodinámicas generales

Políticas de Evaluación

• 2 exámenes parciales 65 %• Examen 70 %• Tareas 10 %• Proyecto 20 %

• 1 examen final 30 %• Examen 70 %• Tareas 10 %• Proyecto 20 %

• Semana i 5 %• TOTAL 100 %

Proyectos

• Hacer equipos de máximo 3 alumnos.• Proyecto 1 (individual)

• Diseñar un programa para calcular las propiedades de aire y del agua• Proyecto 2 (equipo)

• Construir una Turbina de Tesla• Proyecto 3 (equipo)

• Determinar experimentalmente las ineficiencias de la Turbina de Tesla

• El alumno o el equipo deberá hacer una presentación de no más de 5 min. y entregar un reporte por escrito, el día señalado en el calendario.

• La evaluación del proyecto la realizará el resto de los compañeros de clase.

Calendario

Material de ApoyoLibro de Texto:

- Thermodynamics, Yunus A. Cengel/Michael A. Boles, Eighth Edition, McGrawHill.Libros de Consulta:

- Fundamentals of Engineering Thermodynamics, Michael J. Moran, Howard N. Shapino, Wiley. 6th Edition.

- Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics, Smith, J. M., McGraw Hill. 7th Edition.

- Thermodynamics: Concepts and applications, Turns, Stephen R., Cambridge University Press. 2006.

- Chemical, Biochemical, and Engineering Thermodynamics, Sandler, Stanley, John Wiley & Sons. 4th Edition.

- Introductory Chemical Engineering Thermodynamics, Elliot, J. Richard, Prentice Hall. 1999.

- Termodinámica, Manrique Valadez, José Angel, Oxford University Press, 3ra Edición.Material del Curso:

http://www.her.itesm.mx/webtec/her/iq/2001e/Iq2001.html

¿Qué se aprenderá?• Es un curso de nivel intermedio, que tiene la intención de

utilizar el análisis matemático, el pensamiento algorítmico y conocimientos de termodinámica (Primera y Segunda Ley) para solucionar problemas que involucren la transformación de energía en sustancias puras.

• Se analizarán ciclos termodinámicos y las razones por las cuales la eficiencia de operación de un proceso o máquina térmica es limitada. se incluirán en forma de ejemplos, problemas y casos de estudio, temas y conceptos de desarrollo sostenible.

• Requiere conocimientos de cálculo multivariable diferencial e integral, química general y física.

• Como resultado del aprendizaje se espera que el alumno construya modelos matemáticos que expliquen las transformaciones de la energía en procesos industriales y máquinas térmicas.

Termodinámica

• Ciencia que trata de la transformación de la energía, y de las propiedades de las sustancias involucradas. • Termos - Calor, dinámica- potencia

• Abarca:• todos los aspectos de la energía y sus transformaciones,• la producción de potencia,• la refrigeración y• las relaciones entre las propiedades de la materia.

Termodinámica

•Cualquier actividad de ingeniería implica una interacción entre energía y materia.

• Una casa:• La estufa eléctrica o de gas• Los sistemas de calefacción o de aire acondicionado• El refrigerador, • La plancha, • La televisión, • La computadora.

Aplicaciones:

Termodinámica

• A una escala mayor,• En el diseño y análisis de motores de automóviles, • Cohetes, • Máquinas de chorro y • Centrales eléctricas convencionales o nucleares.

•También se puede considerar al cuerpo humano como una área interesante de aplicación termodinámica.

Aplicaciones:

Dimensiones y Unidades

▪ Es el nombre que se le da a una cualidad o característica física. ▪ Las dimensiones o cualidades pueden ser fundamentales o básicas y secundarias o derivadas.

▪ Ejemplos de Dimensiones fundamentales o básicas:▸ Longitud (L), ▸ Masa (m),▸ Tiempo (t),▸ Temperatura (T), ▸ Etc.

Dimensión:

Dimensiones y Unidades

• Ejemplos de Dimensiones secundarias o derivadas:• El área, cuya dimensión y medida es el cuadrado de una longitud (L2), • El volumen, cuyas dimensiones son el cubo de una longitud (L3),• Etc.

• Las dimensiones secundarias usualmente se obtienen a partir de leyes o principios universales.

Dimensión:

Dimensiones y Unidades

• Cualquier ecuación que relacione cantidades físicas debe ser dimensionalmente homogénea, es decir, las dimensiones de los términos de un lado de la ecuación deben ser iguales a las del otro.

• En el caso en el que la fuerza es dimensión fundamental, la segunda ley de Newton se escribe así:

donde gc es una constante dimensional, y no meramente un factor de conversión, y sus dimensiones son mL/Ft2.

• Por consiguiente, la expresión

es dimensionalmente homogénea.

Dimensiones y Unidades

• Por Unidad se entiende una magnitud arbitraria de una dimensión, empleada como estándar para propósitos de medición o cálculo. En la siguiente tabla aparecen ejemplos típicos de unidades para algunas dimensiones.

Unidades:

Dimension Units

Length Meter, centimeter, millimeter, foot, inches

Mass Kilogram, gram, tons, pound, slug

Time Second, minute, hour, day

Temperature Celsius, Kelvin, Fahrenheit, Rankine

Dimensiones y UnidadesSistema Internacional de Unidades (SI):

Dimensiones y UnidadesFuerza. El Newton, N, es la fuerza ejercida sobre una masa de un kilogramo para acelerarla exactamente un metro por segundo por segundo.

1 Newton (=) kg-m/s2

Energía. La unidad de la energía en el SI es el Joule, J.1 Joule = 1 Newton metro (=) kg-m2/s2

Potencia. la unidad es el Watt, W.1 Watt = 1 Joule/segundo (=) J/s

Presión. La presión se define como la fuerza por unidad de área, cuya unidad es Pascal, Pa.1 Pascal = 1 Newton/metro2 (=) Pa = N/m2 = kg/(m-s2)

Debido a que el pascal es una unidad muy pequeña, el SI recurre a otra unidad de presión llamada bar.

1 bar = 105 Pa

Dimensiones y unidades derivadas del Sistema Internacional de Unidades (SI).

Prefijos usados en el Sistema Internacional de Unidades

Sistema Inglés

• En Estados Unidos de Norteamérica es el único país industrializado que no aplica en su totalidad el Sistema Internacional de Unidades, en lugar de éste se aplica el sistema inglés, conocido también como United States Customary System (USCS), o Sistema I.P. (Inches, Pound).

• En los hospitales y en la documentación científica se aplica el SI.

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