Termodinámica Técnica

PROGRAMA ANALÍTICO
TERMODINAMICA TECNICA
N de Resolución: 287/04 - ANEXO X
Plan: 2003
Bloque: Tecnologías Básicas
Área: Motores
Nivel: Tercero
Horas Semanales: 4
Horas Totales: 128
Objetivos:
Formar al alumno en el manejo de los problemas energéticos, cuando las manifestaciones de
la energía son el calor y el trabajo mecánico, base de los motores térmicos.
Señalar los objetivos expresados en términos de competencias a lograr por los alumnos y / o
de actividades para las que capacita la formación impartida.
El objetivo pedagógico de la asignatura es que el aluno comprenda los principios de la
termodinámica y el conocimiento de las máquinas térmicas, como así también los conceptos
que se desprenden del conjunto, analizando y jerarquizando, para luego aplicarlos en
cualquiera de los procesos y operaciones de la ingeniería en la resolución de problemas
tecnológicos reales.
El estudio de las máquinas y las instalaciones térmicas necesitan el fundamento conceptual
que brinda la termodinámica.
A los efectos de cumplir con el objetivo propuesto el estudiante deberá adquirir las siguientes
habilidades u objetivos específicos:
º Distinguir los diversos tipos de sistemas en estudio.
º Reconocer los diferentes tipos de intercambios energéticos.
º Representar gráficamente cualquier transformación de un sistema.
º Resolver situaciones problemáticas en base al cálculo de parámetros y funciones
termodinámicas a partir de métodos gráficos, tabulares y analíticos.
º Analizar mejoras en los diversos procesos termodinámicos estudiados.
º Analizar críticamente los resultados de cálculos y diseños con amplitud para actuar en
grupos multidisciplinarios.
º Comunicarse eficazmente en forma verbal y escrita.
º Compromiso con la capacitación continua.
º Integración en grupos de trabajo.
Metodología de Enseñanza:
Para desarrollar los temas teóricos se expone los distintos temas teóricos a través de diversas
opiniones de diversos autores, promoviendo la actitud critica y reflexiva del alumno.
Se fomenta el continuo razonamiento del alumno guiado por el docente.
Se promueve la discusión y la evaluación de alternativas de decisiones.
Se plantea problemas basados en situaciones reales conocidas, no resolviéndolas
íntegramente en clase, permitiendo así el razonamiento del alumno, evaluando sus
comentarios, criticas y sugerencia para resolverlos .
Esta metodología de enseñanza esta apoyada por el empleo del software correspondiente.
Evaluación:
El primer día de clases se informa a dos discentes entre otras cuestiones la forma de
evaluación y firma de la libreta que lo habilitará para el examen final.
La evaluación es permanente y continua.
1) Observación de :
º Participación e interés en el tema desarrollado.
º Desempeño.
º Capacidad de Análisis.
º Aptitud de trabajo en equipo.
2) Primer parcial cuatrimestral (teórico – práctico).
3) Segundo Parcial cuatrimestral teórico - práctico.
4) Primer trabajo práctico (cálculo de aire acondicionado).
5) Segundo trabajo práctico (transmisión de calor en tubos y conductos).
Examen final teórico – práctico.
UNIDAD 1: INTRODUCCION
Definiciones y conceptos fundamentales. Método, de la Termodinámica. Importancia para el
Ingeniero Aeronáutico. Sistemas, medio, universo. Clasificación de sistemas. Formas de la
energía. Estado. Parámetros. Equilibrio termodinámico. Transformaciones. Ciclos. Sistemas
de unidades. Gases perfectos y reales. Leyes y ecuaciones de estado.
UNIDAD 2: PRIMER PRICIPIO DE LA TERMODINAMICA
Concepto de trabajo y calor. Postulado de Carathoodory. Primer principio para sistemas
aislados, cerrados, circulantes y abiertos. Funciones de estado, energía interna; entalpía
energía de flujo. Sus propiedades. Comparación entre ellas. Casos típicos de sistemas. Calores
específicos y molares. Capacidad calorífica. Transformaciones ideales y reales. Ejemplos.
UNIDAD 3: TRANSFORMACIONES DE GASES PERFECTOS
Isocóricas, isobáricas, Isotérmicas, adiabáticas y politrópicas. Intercambios de energía para
sistemas cerrados y circulantes. Variaciones de las funciones de estado. Representación
gráfica en el diagrama de Clapeyron. Calores específicos,
particulares y general.
Comparación entre las distintas transformaciones. Las politrópicas generales y sus casos
particulares.
UNIDAD 4: COMPRESORES
Estudio termodinámico de los compresores. Funcionamiento. Rendimiento volumétrico.
Presión máxima. Presión mínima. Curvas características del rendimiento.
UNIDAD 5: SEGUNDO PRINCIPIO DE LA TERMODINAMICA
Ciclo de Carnot. Su rendimiento. Enunciados de Carnot. Kolvin, Planck, Clasius, Manrique y
Carathóodory. Ciclo inverso de Carnot. Concepto de inversibilidad, reversibilidad e
irreversibilidad. Las tres causas de irreversibilidad. Teorema de Cornot. Ciclos reversibles,
Stirling, Ericson. Temperatura absoluta.
UNIDAD 6: ENTROPIA
Teorema de Clasius. Entropía. Ídem Física. Variación de entropía para fuentes y cuerpos. Su
variación para gases perfectos. Entropía como medida de irreversibilidad. Diagramas
entrópicos para gases perfectos. Representación de ciclos y transformaciones. Utilización.
Procesos reversibles, irreversibles, e imposibles. Variación de la entropía de sistema y medio
y universo. Combinación del primero y segundo principio. Concepto de entropía como teoría
de la información. Medida del deterioro de la energía. Energía libre y entalpía libre.
Significado físico y propiedades.
UNIDAD 7: EXERGIA Y RENDIMIENTO EXERGETICO
Capacidad de trabajo técnico. Definición de exergía y anergía. Cálculo de exergía de
cuerpos fuentes, sistemas cerrados, circulantes y abiertos. Exergía como función de
estado. Cálculo de su variación. Análisis de ciclos y transformaciones. Rendimiento
exergético. Utilización de estos conceptos según criterios modernos. Comparación de
rendimientos energéticos, exergéticos e isoentrópicos. Variación de exergía del universo.
Aplicación a problemas reales. La exergía como medida de la eficiencia de un proceso. Las
tres funciones de estado.
UNIDAD 8: CICLOS DE MOTORES Y MAQUINAS
Ciclos Otto, Diesel. Sabathe y Joule Brayton. Sus rendimientos. Ciclos frigoríficos de aire.
Ciclos de compresión de aire.
UNIDAD 9: AIRE HUMEDO
Conceptos sobre vapor de agua. Saturado, seco húmedo sobrecalentado. Líquidos saturados
y comprimidos Título. Diagrama de equilibrio. Explicación somera de diagrama y tablas.
Definición de aire húmedo como mezcla mecánica de aire y vapor. Humedades absolutas y
relativas. Diagramas de Carrier y Molllier. Tipos de temperaturas. Bulbo, seco, húmedo,
saturación adiabática y rocío. Efectos de la humedad del aire en el ingreso al compresor de
un avión a reacción. Procesos en el aire húmedo. Utilización de tablas y Diagramas a
determinar el estado del aire húmedo. Eliminación de nieblas
UNIDAD 10: COMBUSTION PODERES CALORIFICOS
Breves nociones sobre combustión. Poderes caloríficos superiores e inferiores. Aire necesario
para la combustión. Exceso de aire como refrigerante.
UNIDAD 11: ASPECTOS TERMODINAMICOS DE LA CIRCULACION DE FLUIDOS
Toberas y difusores. Velocidad del sonido. Número de MACH, generalidades Ecuación de la
energía. Ecuación de continuidad. Forma de toberas y difusores. Relación
crítica,
depresiones. Estado de estancamiento. Rendimiento de toberas y difusores.
UNIDAD 12: TRASNFERENCIA DE CALOR
Conducción, convección y radiación. Leyes de Fourier, Newton y Stephan / Bolzmann.
Coeficientes. Ecuación general de la conductibilidad. Regímenes permanentes y variables.
Convección. Capa Límite. Movimientos laminar y turbulento. Determinación del coeficiente
de convección. Solución de compromiso entre mecánica de los fluidos y procesos térmicos.
Números adimensionales. Radiación. Energía radiante. Poder emisivo. Combinación de las
tres formas de transferencia del calor. Coeficiente global de transferencia. Idea general del
anteproyecto de un intercambiador de calor. Diferencias de los distintos tipos. Idea suscinta
del método de las diferencias de Schmidt.