Programa del Curso. - Universidad Autonoma de Sinaloa

UNIVERSIDAD AUTONOMA DE SINALOA
FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICO-BIOLOGICAS
CARRERA: INGENIERIA QUÍMICA
MATERIA: TERMODINAMICA
SEMESTRE: CUARTO
CLAVE: 3018
INTENSIDAD: 5 HRS/SEMANA
TOTAL HORAS: 73
REQUISITO: FISICOQUÍMICA II
PROPÓSITO GENERAL DEL CURSO
Proporcionar al alumno el tratamiento fundamental de la termodinámica desde el punto de
vista del Ingeniero Químico. Se fortalecerá de tal forma que las aplicaciones muestren la
utilidad de la termodinámica orientada hacia el área de Ingeniería Química, para estimular
el interés del estudiante y proporcionar un mejor entendimiento de los fundamentos
termodinámicos.
OBJETIVO GENERAL: Al finalizar el curso, el alumno explicará los conceptos básicos de
la termodinámica y las aplicaciones de la 1era. y 2da. ley de la termodinámica en una
amplia variedad de problemas, entre los más importantes se pueden citar el cálculo de los
requerimientos de calor y trabajo en procesos físicos y químicos y el análisis
termodinámico de procesos.
UNIDAD I.- CONCEPTOS BÁSICOS EN TERMODINÁMICA.
OBJETIVO ESPECIFICO: La aplicación de la termodinámica a cualquier problema real
comienza con la identificación de un cuerpo material particular que se le denomina
“Sistema”. El estado termodinámico de un sistema se define por unas cuantas propiedades
macroscópicas, que tienen la característica de ser factibles de medir, función de las
dimensiones científicas fundamentales: longitud, tiempo, masa, temperatura y cantidad de
sustancia. De aquí que el alumno debe tener muy claro como se definen los conceptos
básicos en la termodinámica, que va a estar trabajando con ellos en una forma contínua.
CONTENIDO TEMÁTICO:
I.1.- Introducción. Definición de termodinámica.
I.2.- Sistemas, clasificación de los sistemas.
I.3.- Definiciones básicas: función de estado, ecuación de estado, estado
termodinámico.
I.4.- Conceptos de energía interna, entalpía, entropía y propiedades extensivas e
intensivas de la materia.
EXPERIENCIAS DE APRENDIZAJE: Exposición oral, ejercicios dentro de clase.
Participación de alumnos a travez de lluvia de ideas.
EVALUACIÓN: Examen parcial.
TIEMPO: 4 horas.
UNIDAD II.- PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA.
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OBJETIVO ESPECIFICO: Al término de la unidad, el alumno hará un reconocimiento de
las diferentes formas de energía, haciendo una generalización de la ley de conservación de
la energía, incluyendo manifestaciones externas tales como trabajo, energía potencial y
energía cinética.
CONTENIDO TEMÁTICO:
II.1.- Formulación de la Primera Ley de la Termodinámica.
II.2.- Primera ley estado estacionario: aplicaciones en sistemas cerrados.
II.3.- Primera ley en estado no estacionario: procesos de flujo de estado, constante o
uniforme. Aplicaciones en sistemas abiertos.
II.4.- Problemas y aplicaciones.
EXPERIENCIAS DE APRENDIZAJE: Exposición oral, ejercicios dentro de clase.
Participación de alumnos a travez de lluvia de ideas. Tareas y trabajos de investigación
bibliográfica.
EVALUACIÓN: Examen parcial.
TIEMPO: 16 horas.
UNIDAD III.- ESTADO TERMODINÁMICO DE LALS SUSTANCIAS PURAS.
OBJETIVO ESPECIFICO: El alumno será capaza de aplicar a fluidos la evaluación de
propiedades termodinámicas características como energía interna, entalpía y entropía
estudiando el comportamiento presión vs. volumen y presión vs. temperatura de
componentes puros. Además, manejará las propiedades termodinámicas del agua como
fluido de trabajo haciendo uso de las tablas de vapor.
CONTENIDO TEMÁTICO:
III.1.- Comportamiento PVT de las sustancias puras.
III.2.- Diagrama P vs T para un material puro.
III.3.- Diagrama P vs V para un material puro.
III.4.- Diagramas PVT superficies tridimensionales.
III.5.- Tablas de propiedades termodinámicas.
a. Vapor saturado.
b. Agua sobrecalentada.
c. Agua líquida, subenfriada.
d. Determinación del estado de un vapor saturado húmedo. Uso de propiedades
aditivas.
EXPERIENCIAS DE APRENDIZAJE: Exposición oral, ejercicios dentro de clase.
EVALUACIÓN: Examen parcial.
TIEMPO: 10 horas.
UNIDAD IV.- CONVERSIÓN DE CALOR EN TRABAJO.
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OBJETIVO ESPECIFICO: Al término de la unidad el alumno será capaz de comprender el
análisis termodinámico de plantas de potencia convencionales así como el de máquinas
térmicas. Asimismo, podrá analizar termodinámicamente varios de los tipos comunes de
ciclos de máquinas térmicas calculando la eficiencia de la conversión de calor con trabajo.
CONTENIDO TEMÁTICO:
IV.1.- Ciclos de vapor, la planta de potencia de vapor.
IV.2.- Análisis del ciclo de una planta de potencia de vapor.
IV.3.- Modificaciones al ciclo convencional de la planta de potencia de vapor.
a. Ciclo de calentamiento
b. Ciclo regenerativo.
IV.4.- Máquinas de combustión interna.
a. Máquina Otto.
b. Máquina Diesel.
IV.5.- Turbinas de gas de combustión.
IV.6.- Problemas y aplicaciones.
EXPERIENCIAS DE APRENDIZAJE: Exposición oral, ejercicios dentro de clase.
EVALUACIÓN: Exámen parcial.
TIEMPO: 12 horas.
UNIDAD V.- REFRIGERACIÓN.
OBJETIVO ESPECIFICO: El alumno será capaz de realizar un análisis termodinámico en
los procesos de refrigeración además de poder elegir el refrigerante adecuado al proceso
que se anaiza y el manejo de diagramas para evaluar propiedades termodinámicas de los
refrigerantes.
CONTENIDO TEMÁTICO:
V.1.- Definición de refrigeración. Conceptos básicos utilizados en
V.2.- Ciclo teórico de Carnot aplicado a refrigeración.
V.3.- Ciclo de compresión de vapor.
a. Con tubería de expansión.
b. Con válvula de expansión.
V.4.- Comparación de los ciclos de refrigeración.
V.5.- Elección del refrigerante adecuado.
efrigeración.
EXPERIENCIAS DE APRENDIZAJE: Exposición oral, ejercicios dentro de clase.
EVALUACIÓN: Examen parcial.
TIEMPO: 8 horas.
UNIDAD VI.- LICUEFACCIÓN.
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OBJETIVO ESPECIFICO: El alumno comprenderá la esencia de los diferentes procesos de
licuefacción y sus aplicaciones prácticas más definidas así como los métodos que existen
para que un sistema pase a la región bifásica y pueda ser licuado.
CONTENIDO TEMÁTICO:
V.1.- Procesos de licuefacción.
V.2.- Licuefacción Joule-Thompson.
V.3.- Proceso de licuefacción con equipo de expansión.
V.4.- Problemas y aplicaciones de la licuefacción.
EXPERIENCIAS DE APRENDIZAJE: Exposición oral, ejercicios dentro de clase.
EVALUACIÓN: Examen parcial.
TIEMPO: 8 horas.
UNIDAD VII.- ANÁLISIS TERMODINÁMICO DE PROCESOS.
OBJETIVO ESPECIFICO: El alumno será capaz de aplicar un método para evaluar
procesos reales desde el punto de vista termodinámico. El objeto de este análisis es
determinar la eficiencia total del uso de la energía y el cálculo de las ineficiencias en las
diversas etapas del proceso.
CONTENIDO TEMÁTICO:
V.1.- Definición de un análisis termodinámico de procesos.
V.2.- Cálculo de trabajo ideal.
V.3.- Cálculo de trabajo perdido.
V.4.- Análisis termodinámico en procesos de flujo contínuo en estado estable o
uniforme.
EXPERIENCIAS DE APRENDIZAJE: Exposición oral, ejercicios dentro de clase.
EVALUACIÓN: Examen parcial.
TIEMPO: 15 horas.
BIBLIOGRAFÍA:
Libro de texto:
Smith-Van Ness. Introducción a la Termodinámica en la Ingeniería Química. Cuarta
Edición. McGraw-Hill.
Referencias:
 Abbot-Van Ness. Termodinámica. Series Schaum Teoría y Problemas. McGrawHill.
 Burghardt, M. David. Ingeniería Termodinámica. Segunda Edición. Editorial Harla.
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Jontang, Van Wiley. Introducción a la Termodinámica clásica y estadística.
Segunda edición. Editorial Limusa-Wiley.
Severns, Engler, Miles. Energía mediante vapor, aire o gas. Editorial Reverté.
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