1 Conceptos fundamentales y la ley cero de la termodinámica

Objetivo: El alumno calculará la variación de la presión en los fluidos estáticos, relacionará las diversas escalas de temperatura, establecerá las condiciones de equilibrio de un sistema según sus restricciones e identificará las características distintivas de las propiedades de las sustancias.

Contenido:

1.1 Sistemas termodinámicos cerrados y abiertos. Fronteras.

1.2 Propiedades macroscópicas de las sustancias (extensivas e intensivas).

1.3 Equilibrio termodinámico.

1.4 Volumen, volumen específico, densidad, densidad relativa y peso específico.

1.5 Presión. El gradiente de presión – la ecuación fundamental de la hidrostática. Uso del modelo del gradiente de presión en la determinación experimental de la presión atmosférica. Manometría.

1.6 Modelo matemático que representa la relación entre los valores experimentales presión y profundidad en un líquido en reposo. Significado físico de la pendiente de la recta obtenida.

1.7 Equilibrio térmico. La ley cero. Temperatura.

1.8 Propiedades termométricas. Escalas empíricas de temperatura. La temperatura absoluta.

1.9 El postulado de estado. El diagrama (v,P). Procesos. Proceso casiestático. Proceso cíclico. Procesos casiestáticos: isobáricos, isométricos, isotérmicos, adiabáticos y politrópicos.

1.10 Diferenciales exactas e inexactas. Las características matemáticas de las propiedades de la sustancia como funciones que dan diferenciales exactas.

 

2 La 1ª ley de la termodinámica

Objetivo: El alumno reconocerá la importancia del concepto de energía y de sus formas de tránsito y formulará las ecuaciones que modelen el funcionamiento de los sistemas de interés en ingeniería.

Contenido:

2.1 Concepto de calor: sensible (la capacidad térmica específica) y latente. Signo del calor que entra en un sistema es positivo.

2.2 Modelo matemático que representa la relación entre los valores experimentales calor y temperatura. Significado físico de la pendiente de la recta obtenida.

2.3 Prueba del modelo recién citado y su aplicación en la resolución de problemas de calorimetría.

2.4 Concepto de trabajo. La definición mecánica. Trabajo casiestático de una sustancia compresible. Signo del trabajo que entra en el sistema es positivo. Interpretación gráfica del trabajo en el diagrama (v,P).

2.5 El trabajo y los cambios de energías cinética y potencial.

2.6 Los experimentos de Joule.

2.7 La relación de equivalencia entre el calor y trabajo.

2.8 La 1ª ley de la termodinámica.

2.9 La energía termodinámica como propiedad de la sustancia.

2.10 El principio de conservación de la energía.

2.11 La 1ª ley de la termodinámica en ciclos. Eficiencia térmica.

2.12 Balances de masa y de energía. Aplicación en sistemas abiertos.

2.13 La entalpía.

2.14 Balances de energía en casos especiales: régimen permanente, estado estacionario, fluidos incompresibles; ecuación de Bernoulli.

2.15 Balances de energía en equipos de interés en la Termodinámica.

2.16 La energía interna y el calor a volumen constante: la capacidad térmica específica a volumen constante (c_v).

2.17 La entalpía y el calor a presión constante: la capacidad térmica específica a presión constante (c_p).

 

3 Propiedades de las sustancias puras

Objetivo: Basado en el postulado de estado, el alumno establecerá las propiedades necesarias, para aplicar las leyes de la Termodinámica, utilizando tablas y gráficas. Así mismo reconocerá las limitaciones y los alcances de los modelos matemáticos, principalmente de la ecuación de estado del gas perfecto, en la aplicación de las leyes de la Termodinámica.

Contenido:

3.1 La curva de calentamiento. Diagramas de fase. Estados triple y crítico. La calidad.

3.2 Procesos casiestáticos y su representación en diagramas de fase: (T,P), (v,P) y (h,P).

3.3 Tablas de propiedades: P, v, T, u y h. Interpolación lineal.

3.4 La ecuación de estado.

3.5 El coeficiente de Joule y de Thomson.

3.6 Los experimentos de Boyle y de Mariotte, de Gay-Lussac y de Charles.

3.7 La temperatura absoluta.

3.8 El gas perfecto y su ecuación.

3.9 La ley de Joule para el gas ideal como preámbulo a las expresiones: du = c_vdT, dh = c_pdT.

3.10 La fórmula de Mayer. La ecuación de Poisson para el proceso casiestático y adiabático (Pv^k = constante).

3.11 Empleo de tablas termodinámicas computarizadas.

 

4 El balance de energía. Aplicaciones de la 1ª ley de la termodinámica

Objetivo: El alumno modelará matemáticamente y resolverá cuantitativamente los problemas en que sean importantes las transmisiones energéticas relacionadas con los principales sistemas de aplicación en la ingeniería.

Contenido:

4.1 Metodología general en la resolución de problemas.

4.2 Aplicación de la 1ª ley de la termodinámica a sistemas cerrados y abiertos: procesos isotérmicos, isométricos, isobáricos, adiabáticos y politrópicos, con sustancias reales y con el gas ideal con índice adiabático constante (k).

4.3 Aplicación de la 1ª ley de la termodinámica en ciclos: de Rankine y de refrigeración por la compresión de un vapor. Los ciclos de Carnot, de Brayton, de Otto, de Diesel y de un compresor alternativo. Las eficiencias de los ciclos como introducción a la 2ª ley de la termodinámica.

4.4 El uso de simuladores para la observación de procesos.

 

5 La 2ª ley de la termodinámica

Objetivo: El alumno calculará los cambios de entropía y establecerá las posibilidades de realización de los procesos y las mejores condiciones de funcionamiento de los sistemas de aplicación en la ingeniería.

Contenido:

5.1 El postulado de Clausius (refrigeradores) y de Kelvin y de Planck (máquinas térmicas).

5.2 El proceso reversible. Causas de irreversibilidad.

5.3 El teorema de Carnot. La escala termodinámica de temperaturas absolutas.

5.4 La desigualdad de Clausius como consecuencia de la 2ª ley de la termodinámica.

5.5 La entropía como propiedad de la sustancia.

5.6 Diagramas de fase: (s,T) y (s,h) o de Mollier.

5.7 Generación de entropía. Balance de entropía en sistemas cerrados y abiertos, con sustancias reales y con el gas perfecto de k constante.

 

 

Bibliografía básica:                                                           Temas para los que se recomienda:

 

CENGEL, Yunus A. y BOLES, Michael A                        Todos

Termodinámica

5a edición

México

McGraw-Hill, 2002

 

EASTOP, T.D., McCONKEY, A.                                      Todos

Applied Thermodynamics for Engineering Technologists

5th edition

Burnt Mill

Longman, 1993

 

MORAN, Michael J. y SHAPIRO, Howard N.                  Todos

Fundamentos de Termodinámica Técnica

2a edición

Barcelona, España

Reverté, 2004

 

WARK, Kenneth, RICHARDS, Donald                             Todos

Termodinámica

6a edición

Madrid

McGraw Hill Interamericana de España, 2001

 

WARK, Kenneth, RICHARDS, Donald                            Todos

Thermodynamics

6th edition

Singapur

McGraw Hill Book Co., 1999

 

Bibliografía complementaria:

HUANG, Francis P. Todos

Ingeniería Termodinámica

2a edición

México

CECSA, 1981

JONES, James B. y DUGAN, Regina E.                            Todos

Egineering Thermodynamics

Englewood Cliffs, N.J.

Prentice-Hall, 1996

MANRIQUE, José A.                                                         Todos

Termodinámica

3a edición

México

Harla, 2001

ROGERS, Yon y MAYHEW, Gordon                               Todos

Engineering Thermodynamics. Work and Heat Transfer

4th edition

Burnt Mill

Longman, 1992

VAN Wylen, Gordon J. y SONNTAG, Richard E.            Todos

Fundamentos de Termodinámica

2a edición

México

Limusa, 2000

 

 

Sugerencias didácticas:

 

Exposición oral	X		Lecturas obligatorias	X
Exposición audiovisual	X		Trabajos de investigación	X
Ejercicios dentro de clase	X		Prácticas de taller o laboratorio	X
Ejercicios fuera del aula	X		Prácticas de campo
Seminarios			Otras: Uso de tecnología educativa de punta	X

 

 Forma de evaluar:

 

Exámenes parciales	X		Participación en clase	X
Exámenes finales	X		Asistencias a prácticas	X
Trabajos y tareas fuera del aula	X		Otras: Participación en prácticas	X

 

Perfil profesiográfico de quienes pueden impartir la asignatura

Licenciatura en Ingeniería, Física o carreras afines cuya carga académica en el área sea similar a éstas. Deseable con estudios de posgrado o el equivalente de experiencia profesional en el área de su especialidad y recomendable con experiencia docente o con preparación en los programas de formación docente de la Facultad en la Disciplina y en didáctica.

 

 

Programación | Evaluación | Tutorías | Materiales | Actividades | Enlaces | Software | Webs de otras asignaturas

Volver a página de inicio
Departamento de Física y Química
Abraham Martínez – 2014-1