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COMPETENCIAS MARCO (resumen). Conoce y maneja la maquinaria e instrumentos de medición en la línea de procesos alimenticios..
PRIMERA UNIDAD: Introducción a la Termodinámica:
La Termotecnia o Termodinámica Aplicada es la ciencia de la Ingeniería que está relacionada con el estudio de sistemas termodinámicos reales bajo la óptica de la física del calor.
La visión que se desea desarrollar es sistémica. Con esto queremos decir que ustedes vayan adquiriendo la habilidad de ver sistemas reales y analizarlos desde el punto de vista global. Por ejemplo si analizamos un automóvil, verlo no solo como un conjunto de partes y piezas, sino también entender las relaciones funcionales entre ellas para comprender su operación.
Trataremos que al desarrollar esta habilidad se vaya aplicando a sistemas cada vez más generales. Así, del estudio de sistemas muy simples, pasaremos al estudio de sistemas cada vez más complejos.
Todo no pasaría de ser un ejercicio académico interesante si nos limitáramos a esos aspectos. Sin embargo veremos que algunos conceptos claves que se explican en el curso están íntimamente ligados al problema del desarrollo.
Durante el desarrollo de este curso, veremos como los principios de la Termodinámica son aplicables a problemas y sistemas reales. Buscamos, sobre todo, que ustedes perciban la importancia que tiene la correcta comprensión y aplicación de estos principios en gran cantidad de problemas reales que enfrentarán.
La ecuación existente cambia en forma radical con la Revolución Industrial. Si bien esta trajo muchos cambios, el más importante (por sus consecuencias) es la invención de la máquina de vapor. Por primera vez el hombre puede disponer de fuentes de energía mecánica de mayor potencia y donde se hace necesario. Sobre esta máquina nos detendremos más adelante.
COMPETENCIAS
a) Uso de las tablas de vapor en los procesos abiertos y cerrados en un flujo de agua que se calienta a través de un intercambiador de calor, realizando el balance de calor necesaria para que se realice el cambio de características esperado
CONTENIDO
UNIDAD Iintroducción a la termodinámica
a) Variables termodinámica
b) Temperaturac) Volumend) Presióne) Trabajof) Energíag) Calor
ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE
a) Realizar laboratorio en planta piloto para determinar densidad ρ, T, P y V
b) Correlacionar estas variables termodinámicas para determinar la temperatura final del agua que permanece en un tanque, después que se ha hecho pasar por un intercambiador de calor de concha y tubo o la caldera desde una presión inicial P1 hasta una presión P2
INDICES DE LOGRO
a) explicar la utilidad del uso de tablas de vapor para resolver problemas de procesos en alimentos, para el caso particular, con el uso de vapor de agua.
EVALUACION
a) Resolución de problemas usando las variables termodinámicas P, V, T, ρ
b) Participación activa en clase
RESULTADO DE APRENDIZAJE
a) Presentación experimental, en grupos previamente establecidos, del cambio de energía interna, energía potencial a través de una caída de agua a una altura establecida.
b) Presentación de la resolución de problemas a través de Internet, en fecha 4/08/2008
UNIDAD II
Energía interna
Primera ley y Conceptos Básicos. Funciones de estado
a) energía internab) primera ley de la
termodinámicac) funciones de
estadod) Procesos
reversiblese) Procesos
reversiblesf) Capacidad
caloríficag) Procesos
irreversibles
a)Establecer las correlaciones energía interna, calor y trabajob)Establecer la rapidez de transferencia de calor bajo carga fija con una potencia establecidac)Establecer los procesos cerrados y abiertos con reacciones y sin reaccionesd) Relacionar temperatura con presión cuando la energía interna cambia, ¿Cuánta energía se transfiere como trabajo?
a) Hacer grupos de trabajo para establecer experimentalmente correlaciones de energía interna, calor y trabajo
b) Presentar magistralmente proceso cerrados y abiertos y sin reacción
c) Establecer experimentalmente cuanta energía se trasfiere como trabajo
d) Establecer experimentalmente las correlaciones de energía interna con energía cinética y potencial
e) Hacer experimentalmente un balance de masa en un proceso abierto. Determine la
a) Resolución de 10 problemas con respuesta en el libro y entregarlo el 11/08/2008
b) Discusión en grupo sobre la energía interna
c) Participa activa en clase
a) presentación de los problemas por grupos en exposiciones magistrales
b) Examen del tema resuelto correctamente en la fecha 11/08/2008
UNIDAD III
Propiedades volumétricas de fluidos puros
La ecuación Virial Procesos de gas
ideal Procesos a
volumen constante Procesos
isobáricos Procesos
e)¿cómo se relaciona la energía interna con la energía cinética y la potencial?f) Determinar la entalpía cuando hay cambio de temperatura en el sistema.g) Hacer un balance de masa en un proceso abierto Determinar la entalpía.h) Determinar cuando una compresión puede ser un proceso isotérmico y reversible.
Expresar la expansibilidad del volumen y la compresibilidad isotérmica como
a) calcular la capacidad calorífica de muestras de gas a partir de condiciones establecidas
entalpíaf) Ejemplifique
cuando un procesos isotérmico y reversible
a) Deducir el comportamiento PVT de sustancias puras
b) Determinar los comportamientos críticos de las sustancias
c) Deducir la ecuación de estado viriales
d) Determinar las propiedades termodinámicas para un gas ideal
e) Aplicar a diferentes procesos las ecuaciones deducidas.
f) Determinar las características y condiciones de las
a) resolución de problemas en clase.
b) Hacer en clase la determinación del comportamiento PVT de sustancias puras
c) Hacer determinaciones críticas para sustancias puras, como trabajo en grupo
d) Hacer aplicaciones a los
Presentación de temas y resolución de problemas a través del Internet, a la cuenta del catedrático [email protected]
Isotérmicos Procesos
Adiabáticos Procesos poli
trópicos Aplicación de la
ecuación de viarial Ecuación de
estados cúbicos Ecuación
generalizada Correlación
generalizada para líquidos.
previamente.b) Determinar los
calores latente de vaporización de vaporización dados para líquidos puros a diferentes temperaturas así como el punto de ebullición normal
c) Desarrollar una ecuación general para el calor estándar de reacción en función de la temperatura para una de las reacciones puestas como referencia
ecuaciones aplicadas a procesos isotérmicos, isobáricos, isocóricos y, en los procesos adiabáticos determinar las capacidades caloríficas constantes
g) Determinar los procesos irreversibles
h) Determinar las correlaciones generalizadas para gases
a) Hacer grupos de trabajo, el que a través de un taller, cada grupo expondrá temas
diferentes procesos con problemas, los cuales serán presentados por los diferentes grupos en exposiciones magistrales
UNIDAD No. IV
Efectos caloríficos
Efectos térmicos de calor sensible
Efectos caloríficos de cambio de fase
Calor de reacción estándar
Calor de formación estándar
Calor de combustión estándar
Efectos caloríficos de reacciones industriales
a) Identificar procesos válidos como aquellos que satisfacen tanto la primera como la segunda ley
b) Analizar los depósitos de energía térmica, procesos reversibles e irreversibles, máquinas térmicas, refrigeradores y bombas de calo
c) Describir los enunciados de Kelvin-Planck y Clausius de la segunda ley de la termodinámica
d) Aplicar la segunda ley de la termodinámica a ciclos y
específicos, con resolución de problemas, así:Efectos térmicos de calor sensible
a) Presentación grupal de cada tema de acuerdo a los grupos:Grupo 1:efectos térmicos de calor sensible
Grupo 2: efectos calóricos de cambio de fase Grupo 3: calor de reacción estándar y calor de formaciónb) Presentación, a través de los tres
grupos de calor de combustión y efectos de reacciones industriales en grupos de discusión a través de un foro en Internet.
c) Examen vía Internet, resuelto correctamente por grupos y exposición magistral del docente
dispositivos cíclicos
e) Aplicar la segunda ley para desarrollar la escala de temperatura termodinámica absoluta
f) Describir el ciclo de Carnot
g) Examinar los principios de Carnot, las máquinas térmicas y los coeficientes de desempeño para máquinas térmicas idealizadas de Carnot, refrigeradores y bombas de calor
h) Demostrar que es imposible que dos líneas que representan procesos adiabáticos reversibles en un diagrama PV, se intersecten
i)Demostrar que cualquier flujo de calor entre dos recipientes térmicos a las
temperaturas a temperaturas Tc y Tf, donde Tc>Tf
Debe ser del mas caliente al mas frío
j) Demostrar que hay una propiedad llamada entropía S, que es una propiedad intrínseca de un sistema, que se relaciona de manera funcional a las coordenadas medibles que caracterizan al sistema
k) Demostrar que a mayor irreversibilidad del proceso, mayor rapidez de producción de entropía y mayor cantidad de energía resulta inaccesible para el trabajo. Cada irreversibilidad lleva consigo un costo
a) discusión grupal sobre entropía, publicar sus conclusiones sobre el tema desorden, haciendo uso de la Presentación de temas y
UNIDAD No.V
Segunda ley de la termodinámica
Enunciado de la Segunda Ley La máquina térmica Ciclo de carnot para
un gas ideal Entropía Entropía de un gas
ideal Tercera ley
a) Hacer guía de trabajo y con una gruía definir entropía, compararla con la entropía.
b) Discutir el ciclo de Carnot y publicar sus conclusiones a través de Internet
c) Investigar sobre termometría y de paso, definir la tercera ley de la Termodinámica. Publicarla en Internet a través de el archivo
red de Internetb) resolver problemas del tema de Internet, hacer la publicación en el archivo del catedrático.
a) a través de diagramas
a)Participación activa en claseb)Valoración de la presentación
resolución de problemas a través del Internet, a la cuenta del catedrático [email protected]
UNIDAD VI
Propiedades termodinámicas de fluidos
Propiedades en fase homogénea y composición constante
Propiedades Residuales
Sistema difásico Diagramas
termodinámicos Correlaciones
generalizadas
del catedrático
a) Determinar que es una sustancia pura
b) Estudiar físicamente de los procesos de cambio de fase
c) Ilustrar los diagramas de propiedades p-v, t-v y p-t y las superficies p-v-t de sustancias puras
d) Aplicar la ecuación de estado de gas ideal en la solución de problemas representativos
e) Determinar el
termodinámicos explicar las propiedades en fase homogénea, sus propiedades residuales así como el de los sistemas difásicos
b) Que conclusiones podrían establecerse con las correlaciones generalizadas, discusión en clase,
a)Participación activa en claseb)Valoración de la presentación
Presentación de temas y resolución de problemas a través del Internet, a la cuenta del catedrático [email protected]
trabajo que se desperdicia como resultado de las irreversibilidad
es en un proceso se conoce como trabajo perdido
f) desarrollar a partir de la ecuación correspondiente una ecuación mas general, especialmente aplicada a sistemas cerrados de diversos componentes cada uno con su propio conjunto de propiedades uniformes, pero entre las cuales pueda desplazarse el fluido g) desarrollar
una ecuación más general aplicable a sistemas abiertos y a procesos de flujo de todo tipo
h) Estudiar los procesos de flujo desde el punto de vista de la segunda ley
Presentación de procesos, gráficamente y en clase de procesos que impliquen expansión e igualmente los que
UNIDAD VII
Termodinámica de procesos de flujo.
Procesos de expansión
Procesos de compresión
a) Dadas las condiciones de operación en una planta de energía de vapor que funciona con un ciclo de energía práctico simple, determinar la rapidez de vapor, la rapidez de transferencia de calor en la caldera y en el condensador , y la eficiencia térmica de la planta
b) Determinar que para la misma relación de compresión, la eficiencia térmica del motor de Otto estándar de aire es mayor que la eficiencia térmica de ciclo de
impliquen compresión, discutiendo sus ecuaciones, en clase el 18/08/2008
a)Presentación de una planta eléctrica, así como de una de maquina de combustión interna.b)determinar el coeficiente de desempeño Ø para una máquina de Carnot, al correo del catedrático
a)Participación activa en claseb)Valoración de la presentación a través de un examen parcial
a) Presentación de temas y resolución de problemas a través del Internet, a la cuenta del catedrático [email protected]) 2º. Examen parcial
a) Presentación documento encuadernado
UNIDAD VIII
Conversión de calor en trabajo mediante ciclos de potencia
Planta termoeléctrica
Maquina de combustión interna
La maquina de Otto La maquina de
diesel Maquina de
propulsión a chorro
UNIDAD IX
Refrigeración
Diesele estándar.
a) Determinar la eficiencia térmica para una máquina
b) Defina el coeficiente de desempeño Ø para una bomba de calor
c) Determinar el coeficiente de desempeño Ø para una bomba de calor de Carnot.
a) Determinar el coeficiente de desempeño de un refrigerador ,
a) Presentar por Internet el diagrama de el proceso de refrigeraciónb) Dar una lista de listados como indeseables y proquelos refrigerantes que no estan fuera del mercadocuales son sus expectativas con la degradación de la capa de ozono.
a) participación activa en la discusión del tema de una planta energética de vapor. b) Examen escrito
Determinar la capacidad de un compresor para el proceso alimenticio que pueda usted plantear.
b) Examen corto y resumen a través del correo electrónico del catedrático
Examen corto resuelto correctamente
El refrigerador de Carnot
Ciclo de compresión de vapor
Comparación de los ciclos de refrigeración
Elección de refrigerante
Refrigeración por absorción
Bombas de calor Procesos de
licuefaccion
extensivo a una bomba de calor de Carnolt.
b) ¿Cuál es la manera más efectiva de aumentar el coeficiente de aumentar el coeficiente de desempeño de un refrigerador de Carnot: para aumentar Tc con TH constante, o para disminuir TH con Tc constante? Para un refrierador real, ¿tiene sentido alguna de estas estrategiasg
CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES
ACTIVIDAD / MES JULIO AGOSTO SEPTIEMBRE OCTUBRE NOVIEMBRE PESO VALORATIVO
UNIDAD I Del 21 al 31 15%UNIDAD II Del 01 al 30 35%
UNIDAD III Del 01 al 30 50%
CALENDARIZACIÓN Y PONDERACIÓN DE ACTIVIDADES DE ZONA
ACTIVIDAD FECHA PROGRAMADA PONDERACION (puntos)Primer parcial El 01 de Septiembre 15
Segundo Parcial Del 13 de Octubre 15
BIBLIOGRAFIA
1. Smith/Van Ness. / 2003. / INTRODUCCIÓN A LA TERMODINÁMICA EN INGENIERÍA QUIMICA / Editorial McGraw Hill Book Company. Inc.USA. Sexta. García Hernandez, Ana Elizabeth (Traductora). Rev. Técnica M.C. Nestor Diaz Ramírez. / Sexta Edición. / Delegación Cuahtemuc 06450 México DF/ Páginas 1-346.
2. Consejo de la Tierra, CR. 1999. The earth network for sustainable development homepage (en línea). San José, CR. Consultado 2 jun. 1999. Disponible en http://www.ecouncil.ac.cr.
3. Guzmán, M de. 1993. Tendencias innovadoras en educación matemática (en línea). Bogotá, UNESCO. Consultado 5 ene. 1998. Disponible en http://www.oei.org.co/oeivirt/edumat.htm.
