Información detallada de curso

1. IDENTIFICACION DEL CURSO

Código y Nombre de la Asignatura: IME 7061 - TERMODINAMICA I
División Académica: División de Ingenierías Departamento Académico: Dpto. Ingeniería Mecánica FIS 1043 Calificación mínima de 3.0 o Ingreso INTEREXTERNO 00 Número de créditos: Intensidad horaria (semanal para nivel pregrado y total para nivel postgrado): 3.000 Horas de Teoría 0.000 Horas de Laboratorio Niveles: Educación Continua, Educación Superior Pregrado Tipos de Horario: Teoría y Laboratorio Propiedades de las sustancias puras. Formas de la energía, calor y trabajo. Gases ideales y reales. Primera ley: conservación de la masa y la energía para sistemas abiertos y cerrados en estado estable y transitorio. Segunda ley, ciclo de Carnot. Entropía. Balance de entropía para sistemas abiertos y cerrados en estado estable y transitorio. En esta asignatura se ofrece al estudiante los fundamentos básicos para el conocimiento de las propiedades de las sustancias que intervienen en los procesos de transformación energética, el método de realizar cuantitativamente balances de energía aplicados a procesos, ciclos y mezclas con el fin de estudiar sus características, predecir el tipo de proceso y determinar la eficiencia mecánica o térmica según sea el caso. 3. JUSTIFICACIÓN Dado que al Ingeniero le corresponde analizar, diseñar ó manejar equipos y máquinas térmicas en los que se desarrollan procesos de transferencia de energía, es necesario que conozca los principios para cuantificar los recursos energéticos y la forma de aprovecharlos lo mejor posible, optimizándolos en los diferentes usos y aplicaciones, por lo que debe adquirir conocimientos y herramientas básicas que le permitan tomar decisiones en la medida que la circunstancias así se lo exijan. 4. OBJETIVOS 4.1. OBJETIVO GENERAL Desarrollar en el estudiante las habilidades requeridas para llevar a cabo balances de energía a través de la Primera Ley de la Termodinámica, estudiar las propiedades de las sustancias involucradas en transformaciones energéticas y la factibilidad de sí un proceso es posible ó no, mediante el empleo de la Segunda Ley de la Termodinámica. 4.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS -Conocer las propiedades por medio de las cuales se caracterizan las sustancias puras. -Conocer los diferentes tipos de sistemas termodinámicos por medio de los cuales se llevan a cabo los análisis. -Determinar el estado termodinámico de una sustancia por medio de sus propiedades. -Entender y llevar a cabo cálculos de diferentes modos de transferencia de energía. -Llevar a cabo balance de masa para sistemas cerrados. -Llevar a cabo balance de masa para sistemas abiertos. -Llevar a cabo balance de masa para sistemas abiertos en estado transitorio. -Llevar a cabo balance de energía para sistemas cerrados. -Llevar a cabo balance de energía para sistemas abiertos. -Llevar a cabo balance de energía para sistemas abiertos en estado transitorio. -Entender y aplicar la segunda ley para determinar la posibilidad de ocurrencia de un proceso. -Utilizar la entropía para determinar la posibilidad de ocurrencia de un proceso, o identificar cual es mejor. 5. METODOLOGÍA Exposición oral del profesor de los principios teóricos, utilización de diagramas, cartas y tablas en la solución de problemas tipos, y solución de casos utilizando el computador. Preparación previa del tema por parte del alumno para convertir la clase en un intercambio de conceptos e ideas. Consulta de libros y revistas especializadas sobre temas propuestos y presentación de la reseña sintética. Solución de problemas tipos en secciones complementarias por parte del profesor asignado. Trabajos complementarios como actividad no presencial. 6. MEDIOS La Universidad dispone de salones de clases bien dotados, medios audiovisuales, biblioteca con textos actualizados de termodinámica, revistas, acceso a redes de información, catálogo web y computadoras. 7. CONTENIDO 7.1. CONCEPTOS FUNDAMENTALES Y DEFINICIONES. -Presentación de la asignatura. -Definición de la ciencia de la Termodinámica su importancia y alcance. -Clasificación de la Termodinámica, enfoque macroscópico y microscópico. -Sistemas de unidades ingenieriles, análisis dimensional. -Sistemas Termodinámicos. -Sistemas reales, ideales, abiertos, cerrados. -Fronteras y tipos. -Propiedades y su clasificación. -Fases, sustancia pura, equilibrio termodinámico, estados. -Procesos y sus características, densidad, volumen específico. -Potencial termodinámico. -Aplicaciones conceptuales. -Presión. -Definición de presión. -Escalas de presión. -Manometría. -Presión. -Temperatura y flujo. -Definición de temperatura. -Ley Cero de la Termodinámica. -Talleres. 7.2. ESTADOS DE LA SUSTANCIA PURA -Sustancia pura. -Postulado de estado. -Fases de la sustancia pura. -Cambio de fase de la sustancia pura. -Construcción de diagramas T-v. -Diagramas de fases y sus características. -Equilibrio entre fases de una sustancia pura. -Diagrama T v, P v, T P. -Definición de líquido saturado y vapor saturado, mezcla y calidad., vapor sobrecalentado, líquido comprimido. -Tablas de propiedades. -Usos de cartas (Diagrama de Molliere). -Calidad de un Vapor. -Estados termodinámicos y tablas de propiedades: Líquido saturado y vapor saturado. -Talleres. -Estados termodinámicos y tablas de propiedades: Mezcla de líquido y vapor saturados. -Vapor sobrecalentado. Líquido comprimido. -Talleres. 7.3. GASES IDEALES Y FACTOR DE COMPRESIBILIDAD -Definiciones de gases ideales. -Ecuaciones de estado. -Comportamiento. -Factor de compresibilidad. -Presión reducida y temperatura reducida. -Ley de estados correspondientes. -Cartas generales de comprensibilidad. -Talleres. 7.4. PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA. -Primera ley sistemas cerrados. -Calor. -Descripción de los modos de transferencia de calor. -Trabajo y modos de transferencia de trabajo. -Talleres. -Primera ley para un sistema cíclico, para un proceso de cambio de estado. -Aplicaciones: Tanque rígido, Pistón cilindro con suministro de calor y expansión. -Aplicaciones: Pistón cilindro con suministro de calor, expansión, y resistencia eléctrica. -Calores específicos. -Sistemas cerrados con fuerzas exteriores variables. -Talleres 7.5. ESTADO ESTABLE Y TRANSITORIO -Definición estado estable y estado transitorio. -Primera ley para sistemas abiertos operando en estado estable. -Aplicaciones. -Compresores y bombas. -Talleres -Turbinas. -Aplicaciones. -Intercambiadores de calor. -Ciclo de Potencia. -Ciclo de Refrigeración. -Primera ley estado transitorio. -Flujo uniforme estado uniforme. -Sistema de carga -Sistemas de descarga. -Sistema con movimiento de fronteras. -Caso especial de control de tanques. 7.6. SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA. -Fuentes y sumideros. -Kelvin, Planck y Classius. -Definición y características de Motores calóricos, refrigeradores y bombas térmicas. -Eficiencia. -Ciclo de Carnot. -Definición de la Segunda Ley de Termodinámica. -Limitaciones de la Primera Ley. -Procesos reversibles e irreversibles. -Entropía. -Cambio y producción de entropía. -Cálculo del cambio de entropía en gases ideales y líquidos. -Cambio y producción de entropía en procesos: Sistemas Cerrados. -Cambio y producción de entropía en procesos: Sistemas Abiertos. -Talleres. 8. EVALUACIÓN Las evaluaciones son acumulativas, individuales y escritas. Se realizan tres exámenes parciales y un examen final, así: Primer parcial: 20% Segundo parcial: 25% Tercer parcial: 25% Quices, tareas, talleres, lab: 10% Examen final: 20% 9. BIBLIOGRAFIA CENGEL Y; BOLES M. . Termodinámica, McGraw Hill, Mexico 2006 McGraww MORAN & SHAPIRO Fundamentals of Engineering Thermodynamics KENNETH WARK Thermodynamics. Mc. Graw Hill. EL ESTUDIANTE DEBE TRAER A CLASES EL LIBRO GUÍ

Código y Nombre de la Asignatura: IME 7061 - TERMODINAMICA I

División Académica: División de Ingenierías
Departamento Académico: Dpto. Ingeniería Mecánica
FIS 1043 Calificación mínima de 3.0 o Ingreso INTEREXTERNO 00
Número de créditos:
Intensidad horaria (semanal para nivel pregrado y total para nivel postgrado):
3.000 Horas de Teoría
0.000 Horas de Laboratorio
Niveles: Educación Continua, Educación Superior Pregrado
Tipos de Horario: Teoría y Laboratorio

Propiedades de las sustancias puras. Formas de la energía, calor y trabajo. Gases ideales y reales. Primera ley: conservación de la masa y la energía para sistemas abiertos y cerrados en estado estable y transitorio. Segunda ley, ciclo de Carnot. Entropía. Balance de entropía para sistemas abiertos y cerrados en estado estable y transitorio.

En esta asignatura se ofrece al estudiante los fundamentos básicos para el conocimiento de las propiedades de las sustancias que intervienen en los procesos de transformación energética, el método de realizar cuantitativamente balances de energía aplicados a procesos, ciclos y mezclas con el fin de estudiar sus características, predecir el tipo de proceso y determinar la eficiencia mecánica o térmica según sea el caso.

3. JUSTIFICACIÓN

Dado que al Ingeniero le corresponde analizar, diseñar ó manejar equipos y máquinas térmicas en los que se desarrollan procesos de transferencia de energía, es necesario que conozca los principios para cuantificar los recursos energéticos y la forma de aprovecharlos lo mejor posible, optimizándolos en los diferentes usos y aplicaciones, por lo que debe adquirir conocimientos y herramientas básicas que le permitan tomar decisiones en la medida que la circunstancias así se lo exijan.

4. OBJETIVOS

4.1. OBJETIVO GENERAL

Desarrollar en el estudiante las habilidades requeridas para llevar a cabo balances de energía a través de la Primera Ley de la Termodinámica, estudiar las propiedades de las sustancias involucradas en transformaciones energéticas y la factibilidad de sí un proceso es posible ó no, mediante el empleo de la Segunda Ley de la Termodinámica.

4.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS

-Conocer las propiedades por medio de las cuales se caracterizan las sustancias puras.
-Conocer los diferentes tipos de sistemas termodinámicos por medio de los cuales se llevan a cabo los análisis.
-Determinar el estado termodinámico de una sustancia por medio de sus propiedades.
-Entender y llevar a cabo cálculos de diferentes modos de transferencia de energía.
-Llevar a cabo balance de masa para sistemas cerrados.
-Llevar a cabo balance de masa para sistemas abiertos.
-Llevar a cabo balance de masa para sistemas abiertos en estado transitorio.
-Llevar a cabo balance de energía para sistemas cerrados.
-Llevar a cabo balance de energía para sistemas abiertos.
-Llevar a cabo balance de energía para sistemas abiertos en estado transitorio.
-Entender y aplicar la segunda ley para determinar la posibilidad de ocurrencia de un proceso.
-Utilizar la entropía para determinar la posibilidad de ocurrencia de un proceso, o identificar cual es mejor.

5. METODOLOGÍA

Exposición oral del profesor de los principios teóricos, utilización de diagramas, cartas y tablas en la solución de problemas tipos, y solución de casos utilizando el computador.
Preparación previa del tema por parte del alumno para convertir la clase en un intercambio de conceptos e ideas.
Consulta de libros y revistas especializadas sobre temas propuestos y presentación de la reseña sintética.
Solución de problemas tipos en secciones complementarias por parte del profesor asignado.
Trabajos complementarios como actividad no presencial.

6. MEDIOS

La Universidad dispone de salones de clases bien dotados, medios audiovisuales, biblioteca con textos actualizados de termodinámica, revistas, acceso a redes de información, catálogo web y computadoras.

7. CONTENIDO

7.1. CONCEPTOS FUNDAMENTALES Y DEFINICIONES.
-Presentación de la asignatura.
-Definición de la ciencia de la Termodinámica su importancia y alcance.
-Clasificación de la Termodinámica, enfoque macroscópico y microscópico.
-Sistemas de unidades ingenieriles, análisis dimensional.
-Sistemas Termodinámicos.
-Sistemas reales, ideales, abiertos, cerrados.
-Fronteras y tipos.
-Propiedades y su clasificación.
-Fases, sustancia pura, equilibrio termodinámico, estados.
-Procesos y sus características, densidad, volumen específico.
-Potencial termodinámico.
-Aplicaciones conceptuales.
-Presión.
-Definición de presión.
-Escalas de presión.
-Manometría.
-Presión.
-Temperatura y flujo.
-Definición de temperatura.
-Ley Cero de la Termodinámica.
-Talleres.

7.2. ESTADOS DE LA SUSTANCIA PURA
-Sustancia pura.
-Postulado de estado.
-Fases de la sustancia pura.
-Cambio de fase de la sustancia pura.
-Construcción de diagramas T-v.
-Diagramas de fases y sus características.
-Equilibrio entre fases de una sustancia pura.
-Diagrama T v, P v, T P.
-Definición de líquido saturado y vapor saturado, mezcla y calidad., vapor sobrecalentado, líquido comprimido.
-Tablas de propiedades.
-Usos de cartas (Diagrama de Molliere).
-Calidad de un Vapor.
-Estados termodinámicos y tablas de propiedades: Líquido saturado y vapor saturado.
-Talleres.
-Estados termodinámicos y tablas de propiedades: Mezcla de líquido y vapor saturados.
-Vapor sobrecalentado. Líquido comprimido.
-Talleres.

7.3. GASES IDEALES Y FACTOR DE COMPRESIBILIDAD
-Definiciones de gases ideales.
-Ecuaciones de estado.
-Comportamiento.
-Factor de compresibilidad.
-Presión reducida y temperatura reducida.
-Ley de estados correspondientes.
-Cartas generales de comprensibilidad.
-Talleres.

7.4. PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA.
-Primera ley sistemas cerrados.
-Calor.
-Descripción de los modos de transferencia de calor.
-Trabajo y modos de transferencia de trabajo.
-Talleres.
-Primera ley para un sistema cíclico, para un proceso de cambio de estado.
-Aplicaciones: Tanque rígido, Pistón cilindro con suministro de calor y expansión.
-Aplicaciones: Pistón cilindro con suministro de calor, expansión, y resistencia eléctrica.
-Calores específicos.
-Sistemas cerrados con fuerzas exteriores variables.
-Talleres

7.5. ESTADO ESTABLE Y TRANSITORIO
-Definición estado estable y estado transitorio.
-Primera ley para sistemas abiertos operando en estado estable.
-Aplicaciones.
-Compresores y bombas.
-Talleres
-Turbinas.
-Aplicaciones.
-Intercambiadores de calor.
-Ciclo de Potencia.
-Ciclo de Refrigeración.
-Primera ley estado transitorio.
-Flujo uniforme estado uniforme.
-Sistema de carga
-Sistemas de descarga.
-Sistema con movimiento de fronteras.
-Caso especial de control de tanques.

7.6. SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA.
-Fuentes y sumideros.
-Kelvin, Planck y Classius.
-Definición y características de Motores calóricos, refrigeradores y bombas térmicas.
-Eficiencia.
-Ciclo de Carnot.
-Definición de la Segunda Ley de Termodinámica.
-Limitaciones de la Primera Ley.
-Procesos reversibles e irreversibles.
-Entropía.
-Cambio y producción de entropía.
-Cálculo del cambio de entropía en gases ideales y líquidos.
-Cambio y producción de entropía en procesos: Sistemas Cerrados.
-Cambio y producción de entropía en procesos: Sistemas Abiertos.
-Talleres.

8. EVALUACIÓN

Las evaluaciones son acumulativas, individuales y escritas. Se realizan tres exámenes parciales y un examen final, así:

Primer parcial: 20%
Segundo parcial: 25%
Tercer parcial: 25%
Quices, tareas, talleres, lab: 10%
Examen final: 20%

9. BIBLIOGRAFIA

CENGEL Y; BOLES M. .
Termodinámica, McGraw Hill, Mexico 2006 McGraww
MORAN & SHAPIRO
Fundamentals of Engineering Thermodynamics
KENNETH WARK
Thermodynamics. Mc. Graw Hill.
EL ESTUDIANTE DEBE TRAER A CLASES EL LIBRO GUÍ

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