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Trayecto Técnico Profesional en Industrias de Procesos
Módulo
Termodinámica y fisicoquímica
Instituto Nacional de Educación Tecnológica
Ministerio de Educación Ciencia y Tecnología
TTP en Industrias de Procesos
Módulo: Termodinámica y fisicoquímica
Presentación
El presente módulo integra el área modular “Tecnología y ciencias aplicadas”, junto a los
módulos “Representación gráfica e interpretación de planos” y “Electrotecnia y electrónica
industrial”. Dentro de ella este módulo aborda el desarrollo capacidades profesionales en un
segundo nivel de complejidad formando a los estudiantes en el manejo de herramientas
conceptuales y metodológicas que les permitan abordar problemáticas específicas más
complejas en módulos de otras áreas.
Para ello el módulo se plantea desarrollar capacidades que permitan comprender a los
estudiantes el fundamento científico y tecnológico del funcionamiento y diseño de los equipos,
reactores e instalaciones usados en las industrias de procesos, mediante la internalización de
conceptos termodinámicos y fisicoquímicos.
La propuesta formativa del módulo pretende que, el alumno, al comprender los principios de
funcionamiento de máquinas térmicas, máquinas frigoríficas y reactores de procesos pueda:
identificar dificultades de funcionamiento en equipos y dispositivos, interpretar correctamente
las problemáticas propuestas, en base a una correcta selección de datos relevantes y proponer
soluciones científica y tecnológicamente adecuadas mediante el empleo de una metodología
pertinente.
Siendo relevante en este módulo el desarrollo de metodologías para la resolución de problemas
productivos y la inclusión de contenidos que faciliten la aplicación a casos concretos
industriales; entonces las actividades formativas involucradas en el desarrollo del módulo,
priorizarán el trabajo de resolución de problemas que ejerciten las capacidades planteadas,
proponiendo el entorno áulico y de taller, como referencia de los procesos y procedimientos
propios del ámbito industrial.
Se desarrollarán así contenidos relacionados con la comprensión de las leyes y principios que
rigen los fenómenos de transmisión de energía y su conservación, con las relaciones existentes
entre la energía y el trabajo termodinámico y el comportamiento de los sistemas gaseosos y
sus transformaciones, que explicitan los cambios de estado y el funcionamiento de las
máquinas térmicas y frigoríficas; con las variaciones entrópicas que ocurren en toda
transformación y en los ciclos termodinámicos; como así también con la interpretación de las
leyes y principios que gobiernan las diferentes reacciones químicas que se verifican en los
reactores de procesos y las condiciones necesarias para su ocurrencia.
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1. Referencia al perfil profesional
Este módulo toma como referencia actividades profesionales incluidas en las áreas de
competencia 1, 2, y 5 del perfil profesional. Dentro de éstas áreas, las subáreas de
competencia que contienen las actividades mencionadas son las siguientes:
1.1. Interpretar los objetivos del diseño de procesos y productos.
1.2. Diseñar modificaciones de procesos y productos y/o ajustar métodos y técnicas de análisis.
2.1. Interpretar el diseño del proceso.
2.2. Optimizar métodos y tiempos de producción y/o la utilización en planta de equipos y
servicios, etc.
2.3. Operar, controlar y optimizar el proceso.
2.4. Controlar, evaluar y operar sobre las variables y parámetros del proceso.
5.2. Actuar en la formulación y evaluación de la factibilidad técnico-económica del proyecto de
emprendimiento.
5.3. Programar y poner en marcha el emprendimiento.
La identificación de situaciones problemáticas que debe abordar el técnico en el contexto
socioproductivo y con el cual se relacionan las actividades incluidas en estas subáreas de
competencia, nos permite enunciar el siguiente problema central en torno al cual se estructura
el módulo y da unidad a los a contenidos y actividades formativas, buscando desarrollar
capacidades profesionales en entornos formativos gestionados por la institución educativa.
Problema Central:
En su actividad profesional el técnico se enfrentará ante el problema de “Analizar la pertinencia
científico-tecnológica de máquinas térmicas, máquinas frigoríficas, reactores, y demás equipos
pertenecientes al proceso, en relación a fundamentos fisicoquímicos y termodinámicos”.
El proceso de resolución de este problema central reorganiza las actividades pertinentes de
estas subáreas de competencia y permite conformar la unidad de competencia del módulo.
UNIDAD DE COMPETENCIA
Analizar la pertinencia científico-tecnológica de equipos e instalaciones
pertenecientes al proceso, en relación a fundamentos fisicoquímicos y
termodinámicos.
Analizar la pertinencia científica de propuestas tecnológicas en relación a los
fundamentos termodinámicos y fisicoquímicos de las mismas.
Interpreta los objetivos del diseño de procesos y productos y documenta modificaciones de
los mismos, verificando la correspondencia entre la solución tecnológica propuesta en el
diseño y las leyes y principios que la sustentan.
Interpreta las especificaciones de los procesos y productos a desarrollar y los habitualmente
utilizados, sus posibilidades, limitaciones e implicancias, analizando la documentación técnica
correspondiente.
Obtiene información externa sobre procesos alternativos o posibilidades de modificación de
productos, consultando, interpretando y seleccionando bibliografía y documentos relacionados
con los mismos.
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Módulo: Termodinámica y fisicoquímica
Identifica distintas opciones técnicas factibles, aplicables al proceso en estudio y a subsistemas del
mismo, analizando su pertinencia científica y tecnológica.
Asiste en la definición de parámetros de funcionamiento, colaborando en la determinación de
las condiciones operativas de corrientes y equipos que involucran procesos termodinámicos y
fisicoquímicos.
Participar en la formulación y evaluación conceptual de la factibilidad técnica de
equipos e instalaciones de proceso en emprendimientos.
Colabora en la obtención de la documentación técnica necesaria para la constitución de un
microemprendimiento, gestionándola según directivas.
Participa en la adquisición de equipos, instalaciones, herramental e instrumental necesarios
para el emprendimiento, verificando la fundamentación termodinámica y fisicoquímica de los
mismos.
Alcances y condiciones de la unidad de competencia
Alcance
Al finalizar este módulo los estudiantes tendrán desarrolladas las capacidades que permiten
inferir, en las condiciones de la unidad de competencia, un desempeño competente en el rango
de actividades arriba descripto, asumiendo responsabilidades limitadas sobre los resultados de
su tarea en el marco de un equipo de trabajo. El alcance de dichas actividades estará limitado a
comprender: las leyes y principios que rigen los fenómenos de transmisión de energía y su
conservación, las relaciones existentes entre la energía y el trabajo termodinámico y el
comportamiento de los sistemas gaseosos y sus transformaciones, que explicitan los cambios
de estado y el funcionamiento de las máquinas térmicas y frigoríficas; las variaciones
entrópicas que ocurren en toda transformación y en los ciclos termodinámicos; a interpretar las
leyes y principios que gobiernan las diferentes reacciones químicas que se verifican en los
reactores de procesos, las condiciones necesarias para que ocurran, como así también la
comprensión de su lógica de funcionamiento en función de instrucciones recibidas y de
situaciones caracterizadas por bajos niveles de incertidumbre.
Condiciones
Las actividades de la unidad de competencia se llevan a cabo en contextos laborales
caracterizados, entre otros, por:
 La interpretación de datos observados en planta.
 La presentación de resultados e informes de acuerdo a estándares y normativas
establecidas.
 La consulta, interpretación y utilización de bibliografía, folletos y manuales, nacionales e
internacionales, de fabricantes y proveedores, con especificaciones técnicas de los
equipos, herramientas y elementos presentes en procesos industriales.
 La identificación y utilización de equipos, herramientas y elementos de planta, presentes
en las industrias de procesos así como el conocimiento y aplicación de normas de
procedimiento, métodos de verificación de equipamiento, métodos estadísticos y
metodologías para la selección de equipos y componentes, normas y procedimientos de
seguridad, calidad y medio ambiente, normas operativas y evaluación de resultados.
 La identificación de las especificaciones técnicas de los insumos.
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2. Capacidades
El presente módulo se propone como resultado el desarrollo de las capacidades que se
identifican en la primera columna del cuadro siguiente. La segunda columna identifica
evidencias que permiten inferir que se han adquirido las capacidades propuestas. Cada equipo
docente a cargo del desarrollo del módulo habrá de trabajar y podrá profundizar y ampliar esta
propuesta de evidencias en función de las características de los estudiantes y el entorno de
enseñanza/aprendizaje.
Capacidades
Evidencias
Expresar matemáticamente leyes y
principios que rigen procesos.
Formula expresiones que explicitan los
fundamentos, principios de funcionamiento
y leyes que rigen los procesos
termodinámicos y fisicoquímicos.
Verifica la validez de las formulaciones por
medio de aplicaciones.
Comprender el funcionamiento y operación
de equipos de procesos industriales.
Reconoce en instalaciones y dispositivos
reales las leyes y principios que
fundamentan su funcionamiento.
Individualiza equipos e instrumentos
integrantes de operaciones industriales y
describe sus principios de funcionamiento.
Obtener y explicitar resultados mediante los
cálculos correspondientes.
Reconoce y resuelve problemáticas
planteadas por los docentes en procesos
específicos.
Obtiene resultados pertinentes y
representativos.
Realizar y diseñar experiencias de
laboratorio sobre principios y leyes
termodinámicas y fisicoquímicas.
Realiza experiencias para verificar el
cumplimiento de principios y leyes.
Plantear y resolver nuevas problemáticas
relativas al fundamento y funcionamiento
de equipos y procesos.
Propone resolver nuevas problemáticas a
partir de las planteadas.
Propone la realización de experiencias para
la generalización y transferencia para la
aplicación en otros contextos.
Sugiere caminos alternativos de solución.
Verifica la pertinencia de las respuestas y
soluciones halladas.
Adaptarse e insertarse en diferentes
contextos productivos.
Efectúa tareas integrándose a grupos de
trabajo asumiendo un rol específico en
función de las actividades planteadas por el
equipo docente.
Resuelve situaciones problemáticas en
distintos ámbitos de desempeño.
Asumir su capacitación continua como
medio de superación personal y
profesional.
Profundiza los conocimientos desarrollados
por el equipo docente en el módulo.
Transmitir en su espacio social de trabajo
los conocimientos adquiridos.
Comparte conocimientos, habilidades,
criterios, procedimientos, experiencias y
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Explora material bibliográfico adicional al
sugerido por el equipo docente.
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formas de trabajo.
Describe, con fundamento, las soluciones
obtenidas y los procedimientos adoptados
ante un problema determinado.
Algunas formas sugeridas de obtención de las evidencias son:
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Clasificación de equipos, mediante la identificación y explicitación de sus principios de
funcionamiento.
Informe del rendimiento de un ciclo, durante una actividad formativa planteada por el
equipo docente.
Informe técnico señalando los criterios de selección de una máquina, equipo y/o
instrumental específico.
Informe oral, escrito y/o monografía que explicite los fundamentos de operación y
funcionamiento de equipos.
Informe oral y/o escrito de prácticas de laboratorio realizadas.
Diseño de experiencias de laboratorio.
Limpieza y orden en su lugar de trabajo en el aula/taller y en el laboratorio.
Material, insumos, instrumentos, elementos de seguridad y equipos entregados en buen
estado, luego de su uso.
Informes detallando los procedimientos realizados en la resolución de problemas
planteados y de alternativas sugeridas.
Planillas de resultados y de comparación.
Informes técnicos fundamentados.
Trabajo de investigación referido a renovación y actualización tecnológica de
equipamiento de base termodinámica y fisicoquímica.
Coloquio.
Informe escrito sobre temas específicos.
Protocolo de procedimientos.
Situaciones problemáticas resueltas en contextos productivos diversos.
Informe sobre roles desempeñados en trabajos de equipo y justificación de los mismos.
Bibliografía ampliatoria consultada.
Trabajos presentados en ferias de ciencia, olimpíadas, clubes de ciencia, etc.
Exposición ante sus compañeros, de un trabajo preparado.
Proyecto sobre temáticas específicas.
3. Actividades formativas
Para desarrollar las capacidades que el módulo plantea y trabajar los contenidos que permiten
formarlas, se recomienda organizar actividades formativas tales como:
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Proyectos.
Resolución de problemas.
Estudio de casos
Prácticas y/o ejercicios de situaciones reales (juego de roles bajo presión).
Actividades de aula/laboratorio.
Actividades de aula/taller.
Trabajos de campo.
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Módulo: Termodinámica y fisicoquímica
Estas actividades permitirán:
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Interpretar correctamente las problemáticas propuestas.
Resolver problemas en base a una selección de datos relevantes y el uso de la
metodología adecuada.
Proponer soluciones adecuadas a problemáticas planteadas.
Comprender los principios de funcionamiento de máquinas térmicas y frigoríficas.
Identificar dificultades para el correcto funcionamiento de equipos y dispositivos sencillos.
Analizar el funcionamiento de equipos de procesos y de las leyes y principios que los
rigen.
Realizar experiencias relativas a temáticas específicas (formas de transmisión del calor,
intercambio de calor, determinación de calores específicos y capacidades caloríficas de
sólidos, líquidos y gases, determinación de calores latentes y sensibles).
Realizar cálculos relacionados con los fenómenos de transferencia e intercambio de calor.
Comparar el rendimiento de diferentes máquinas térmicas.
Realizar determinaciones de variables de procesos para resolver con ellas
problemáticas propuestas y/o sugerir modificaciones.
Verificar el cumplimiento de principios y leyes que fundamentan diferentes procesos.
Predecir comportamientos en función de un adecuado tratamiento de variables de
procesos.
4. Contenidos
La relativa autonomía que posee cada módulo con respecto al conjunto, hace posible que los
contenidos aquí explicitados puedan ser reformulados parcial o totalmente sin que esto
conlleve a la modificación de la orientación de todo el TTP.
Las modificaciones más o menos extensas o profundas, a partir de la detección de puntos
críticos en estos contenidos, deberán ser realizadas con consenso de la institución,
estableciéndose líneas de acción coherentes con las nuevas necesidades y con el modelo
curricular de referencia. Estas modificaciones posibles deben tener bases que garanticen la
continuidad en los principios de orden general (nivel mínimo curricular).
Los contenidos expuestos podrán ser modificados en su secuenciación y profundidad. El
docente deberá desarrollar los contenidos del módulo teniendo presente las actividades
formativas que desee desarrollar.
Estos contenidos podrán organizarse en torno a los siguientes temas generadores:
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Postulados de la termodinámica.
Primer principio (ley de conservación de la energía).
Ecuaciones térmicas de estado.
Ecuación energética de estado.
Procesos termodinámicos fundamentales.
Segundo principio (ley de transformación de la energía).
Segundo principio (procesos reversibles y entropía).
Segundo principio (procesos irreversibles).
Potenciales termodinámicos y equilibrio.
Cambios de fases en substancias puras y en sistemas multicomponentes.
Tercer principio.
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Módulo: Termodinámica y fisicoquímica
Transferencia de energía en forma de calor.
A modo de orientación para el docente, se presenta la siguiente lista de posibles contenidos a
desarrollar en cada uno de los temas generadores indicados.
Los contenidos aquí explicitados no pretenden ser un programa analítico, solo un orientador de
los temas que el docente debe considerar necesarios para ser abordados en el transcurso del
módulo en el momento que las capacidades a desarrollar y las actividades formativas planteadas
para su desarrollo, en los entornos de aprendizajes respectivos, así lo requieran.
Postulados de la termodinámica
Primer postulado: Estado de equilibrio termodinámico. Variables y funciones de estado
termodinámicas. Procesos termodinámicos. Segundo postulado: Parametrización del estado de
equilibrio. Temperatura y escalas termométricas. Escala internacional de temperatura.
Primer principio (ley de conservación de la energía)
Energía interna, calor y trabajo termodinámico. Formulación matemática del primer principio.
Aplicación a sistemas que experimentan los procesos siguientes: Adiabáticos, cíclicos y de
trabajo total nulo.
Ecuaciones térmicas de estado
El gas ideal y los gases reales. Punto crítico. Ecuación térmica de estado en forma reducida.
Ley de los estados correspondientes. Factor de compresibilidad. Ecuaciones térmicas de
estado para líquidos y sólidos.
Ecuación energética de estado
Coeficientes energéticos. Las capacidades térmicas para gases, sólidos y líquidos. El caso del
gas ideal.
Procesos termodinámicos fundamentales
Ecuación funcional de un proceso. Procesos politrópicos. Índice de politropía. Procesos
isotérmicos, isóbaros, isócoros y adiabáticos.
Segundo principio (ley de transformación de la energía)
Necesidad del segundo principio. Enunciados de Kelvin, Planck y Clausius. Ciclo de Carnot.
Teoremas de Carnot y limitaciones del segundo principio sobre los ciclos de potencia.
Corolarios de Carnot. Escala termodinámica de temperaturas.
Segundo principio (procesos reversibles y entropía)
Desigualdad de Clausius. Función entropía. Formulación del segundo principio para procesos
reversibles. Ecuaciones de Gibbs y Gibbs-Duhem. Relación entre las ecuaciones energéticas y
térmica de estado. Ecuaciones T vs dS. Evaluación de variaciones de entropía.
Segundo principio (procesos irreversibles)
Aplicaciones del segundo principio al conjunto sistema más entorno. Principio de incremento de
entropía. Balances de entropía.
Potenciales termodinámicos y equilibrio
Ecuación fundamental en representación energética o entrópica de la termodinámica.
Potenciales termodinámicos. Relaciones de Maxwell. Relación de Gibbs-Helmholtz. Relación
de Clausius. Potencial químico y afinidad. Magnitudes molares parciales. Sentido físico de los
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Módulo: Termodinámica y fisicoquímica
potenciales termodinámicos. Equilibrio y estabilidad.
Cambios de fases en substancias puras y en sistemas multicomponentes
Cambios de fase en substancias puras y su clasificación. Ecuaciones de Clausius y de
Clapeyron.
Regla de las fases. Disoluciones ideales: Ley de Raoult. Disoluciones diluidas: Ley de Henry.
Disoluciones reales: fugacidad y actividad. Equilibrios líquido/vapor, líquido/sólido y
sólido/vapor.
Tercer principio
Teorema de Nernst y enunciado de Planck. Inaccesibilidad del cero absoluto. Propiedades
termodinámicas en el cero absoluto.
Transferencia de energía en forma de calor
Conducción, convección y radiación.
5. Entorno de aprendizaje
La institución deberá contar con un aula/taller que tendrá, entre otros equipos, una planta con
un proceso productivo en pequeña escala o de escala reducida (proyecto pedagógico
productivo), previsto para el desarrollo de otros módulos del trayecto; ésta servirá a los fines del
presente módulo.
En el aula/taller, los alumnos desarrollarán sus actividades mediante la utilización de
elementos, accesorios y equipos de proceso, que permitan su despieze y/o se encuentren en
funcionamiento, bajo un proceso productivo o no, de simulación o real.
También contarán con equipamiento didáctico que permitirá la realización de experiencias y
toma de datos para la verificación de principios y leyes, así como también para el cálculo de
problemáticas derivadas de los mismos.
También desarrollarán y realizarán experiencias en laboratorio referidas a procedimientos y
procesos que involucren fenómenos que permitan un análisis fisicoquímico y termodinámico
detallado.
Las actividades mencionadas, tanto grupales como individuales, deben ser contenidas y
referenciadas a través de las buenas prácticas de seguridad e higiene en la operación de
equipos industriales.
6. Requisitos previos
Al cursar este módulo los alumnos deberán aplicar los fundamentos científicos y técnicos
básicos de álgebra, trigonometría, química y física recibidos en el EGB3.
Para cursar el módulo los alumnos deberán haber cursado o estar cursando los espacios
curriculares que trabajan los contenidos básicos comunes CBC relacionados con:
• Matemática.
• Física.
• Química.
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Módulo: Termodinámica y fisicoquímica
Además, deberán haber cursado o estar cursando el módulo:
• Representación gráfica e interpretación de planos.
7. Carga horaria
La duración estimada de referencia del módulo es de 120 horas reloj. Pudiendo la misma
disminuirse a 96 horas reloj, conforme lo establece el Capítulo II.2 del Documento Base del
TTP Industrias de Procesos aprobado por Resolución Nº 86/98 del CFCyE.
Las Jurisdicciónes adoptarán, dentro de este marco, la carga horaria correspondiente.
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