Download Unidad IV: Primera Ley de la Termodinámica

PLAN DE ASIGNATURA
I. DATOS GENERALES
UNIVERSIDAD
FACULTAD
CARRERA
ASIGNATURA/ MATERIA
SEMESTRE
GESTIÓN
CARGA HORARIA
PRE-REQUISITOS
DOCENTE
UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMÓN
FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGÍA
INGENIERÍA INDUSTRIAL
TERMODINÁMICA
CUARTO
2015
60 HRS ACADÉMICAS / SEMESTRE
FÍSICA BÁSICA I, FÍSICA BÁSICA II Y FISICOQUÍMICA
PAOLA KAREN BELTRÁN MERCADO
II. JUSTIFICACIÓN
La termodinámica es una rama de la física que estudia los efectos de los cambios de la temperatura,
presión y volumen de los sistemas físicos a un nivel macroscópico, es decir estudia la circulación de
la energía y cómo la energía infunde movimiento. El punto de partida para la mayor parte de las
consideraciones termodinámicas son las leyes de la misma, que postulan que la energía puede ser
intercambiada entre sistemas físicos en forma de calor o trabajo, por lo que esta describe como los
diferentes tipos de sistemas responden a los cambios de su entorno, lo cual es aplicable a una amplia
variedad de temas de ciencia e ingeniería.
En la totalidad de procesos industriales intervienen los principios termodinámicos, por lo que el
conocimiento de éstos es básico en la ingeniería industrial. El conocimiento de si un proceso
termodinámico puede ocurrir o no en la realidad es imprescindible para el diseño de nuevos
procesos. El estudio de las propiedades termodinámicas de los fluidos de trabajo que circulan por
los dispositivos, agua, aire, refrigerantes, gases y mezcla de gases, es indispensable para analizar el
comportamiento de los sistemas térmicos existentes en las industrias.
Todas las industrias bolivianas funcionan en base a los principios propuestos por la termodinámica,
por lo que es fundamental su conocimiento tanto teórico como práctico, ya que solo el manejo de
éstos es la base para posteriormente entender y adquirir herramientas que nos permitirán realizar
mejoras continuas en los procesos industriales, lo cual es clave en la industria nacional para que esta
haga frente al paradigma de una realidad mundial globalizada.
Para un correcto aprendizaje de la asignatura de Termodinámica, es necesario contar con
conocimientos previos de física y matemáticas, ya que en ésta se realizaran análisis matemáticos y
estadísticos es por eso que esta asignatura se sitúa en el cuarto semestre de la carrera de Ingeniería
Industrial. El conocimiento de la Termodinámica, posteriormente nos servirá de base para
desarrollar otras competencias en el área de Operaciones Industriales y Ciencias de los Materiales.
III. PROPÓSITO GENERAL
Promover la reflexión del estudiante respecto al papel de la termodinámica en las industrias y en la
vida diaria, brindándole herramientas para el análisis termodinámico y la resolución de problemas.
IV. COMPETENCIA
Maneja los fundamentos de la termodinámica para la resolución de problemas de ingeniería,
considerando el análisis lógico, matemático y reflexivo.
Asignatura:
Carrera/Programa: Licenciatura en Ingeniería Industrial
Termodinámica
Semestre:
Cuarto
CONTEXTUALIZACIÓN DE LA ASIGNATURA
Problemas de la práctica
profesional que la asignatura
contribuye a resolver:
 Desconocimiento
de
propiedades termodinámicas de
sustancias empleadas en los
procesos industriales.
 Consumo innecesario de
energía (Calor y trabajo) dentro
de procesos Industriales.
 Funcionamiento
inadecuado
de
máquinas
térmicas
y
sistemas
de
refrigeración.
Tareas/funciones/procesos de la práctica
profesional que se aprenden en la asignatura:

Aplicar los principios de la termodinámica
en sistemas cerrados y abiertos.

Calcular las propiedades termodinámicas
de los diferentes fluidos empleados en
ingeniería térmica, con la ayuda de tablas y
diagramas.

Analizar el funcionamiento de los
sistemas de refrigeración y bomba de calor,
identificando los componentes, así como los
ciclos empleados.

Analizar el funcionamiento de los
sistemas de acondicionamiento de aire y su
aplicación en la industria, así como los procesos
de combustión, aplicando un balance
energético.
COMPETENCIA DE LA ASIGNATURA
Verbo de
desempeño
Maneja
Condición de
referencia
Para la resolución de
Considerando el
Los fundamentos de problemas de
análisis lógico,
la termodinámica
ingeniería
matemático y reflexivo.
REDACCIÓN FINAL DE LA COMPETENCIA
Objeto
Finalidad
Maneja los fundamentos de la termodinámica para la resolución de problemas de
ingeniería, considerando el análisis lógico, matemático y reflexivo.
Unidad I: Conceptos y Definiciones básicos
Carrera/Programa: Ingeniería Industrial
Asignatura: Termodinámica
Semestre: Cuarto
Competencia de la Asignatura
Maneja los fundamentos de la termodinámica para la resolución de problemas de ingeniería, considerando el análisis lógico, matemático y reflexivo.
Elemento de competencia
Utiliza los conceptos y definiciones básicos de la Termodinámica de manera clara.
Criterios de desempeño
a) Identifica los conceptos y principios fundamentales de la termodinámica de manera clara.
b) Determinar el sistema de unidades adecuado de en la solución de problemas con claridad.
c) Describe los procesos termodinámicos de manera fluida.
d) Establece el concepto de Temperatura de un sistema con coherencia y desde el punto de vista termodinámico.
e) Diferenciar entre sistema termodinámico y volumen de control con claridad.
Evidencias
De producto:
Organizador grafico de conceptos y principios.
Documento de resolución de problemas de unidades de los sistemas Ingles, Internacional y otros.
De desempeño:
Descripción de procesos termodinámicos.
Diferenciación de sistemas termodinámicos y volúmenes de control
Uso de conceptos y principios fundamentales.
Saberes








Saber (Conceptual)
Formas de energía. (a)
Sistemas y volumen de control.(e)
Propiedades termodinámicas. (a)
Estado termodinámico. (a)
Proceso. (c)
Temperatura(d)
Presión y volumen específico.(a)
Sistemas de unidades(b)





Saber hacer (Procedimental)
Análisis de los procesos
termodinámicos describiendo los
cambios en sus propiedades y
estados.(a,b,c)
Diferenciación de los diferentes tipos
de energía.(a)
Definición de las características de un
sistema y un volumen de control (e)
Definición de Temperatura desde el
punto de vista termodinámico. (d).
Manejo de Sistemas de Unidades (b)



Saber ser (Actitudinal)
Interés hacia el aprendizaje de los
contenidos estudiados.(Todos)
Disposición hacia el trabajo en
equipo.(Todos)
Responsabilidad por el cumplimiento
de las actividades.(Todos)
Unidad II: Sustancias Puras
Carrera/Programa: Ingeniería Industrial
Asignatura: Termodinámica
Semestre: Cuarto
Competencia de la Asignatura
Maneja los fundamentos de la termodinámica para la resolución de problemas de ingeniería, considerando el análisis lógico, matemático y reflexivo.
Elemento de competencia
Aplica las propiedades de las sustancias puras utilizando conceptos, ecuaciones y diagramas termodinámicos.
a)
b)
c)
d)
Criterios de desempeño
Las propiedades de las sustancias puras se analizan usando diagramas P-v, T-v y P-T.
Las propiedades de sustancias puras son determinadas usando tablas termodinámicas.
Los procesos experimentados en sustancias puras son representados en diagramas termodinámicos.
La ecuación de estado de gases ideales y otras ecuaciones de estado son aplicadas considerando el contexto del problema.
Evidencias
De producto:
Organizador gráfico de conceptos básicos.
Documento de resolución de problemas propuestos.
De desempeño:
Uso de conceptos básicos de sustancias puras en los ejercicios.
Resolución de problemas de sustancias puras en prácticas de clase.
Saberes







Saber (Conceptual)
Sustancia pura.(a,b,c)
Fases de una sustancia pura(a,b,c,d).
Procesos de cambios de fase.(a,c)
Diagramas de propiedades para
procesos de cambio de fase.(a)
Tablas de propiedades.(b)
Ecuación de estado de gas ideal.(d)
Otras ecuaciones de estado.(d)





Saber hacer (Procedimental)
Descripción del comportamiento P-vT de una sustancia pura con cambios
de fase.(a,b,c)
Uso de tablas termodinámicas para
determinación de propiedades de
sustancias puras y solución de
problemas.(a,b,d)
Representación y utilización
diagramas P-v, T-v y P-T de sustancias
puras.(a)
Identificación los gases ideales (a,b,c)
Calculo propiedades P, v y T para
gases ideales y gases reales.(a,b,d)





Saber ser (Actitudinal)
Valoración de la importancia del
manejo de sustancias puras en
actividades industriales.(todos)
Interés hacia el aprendizaje de los
contenidos estudiados. (todos)
Apertura a problemas y retos teniendo
en consideración los objetivos que
persigue. (todos)
Disposición hacia el trabajo en equipo.
(todos)
Responsabilidad por el cumplimiento
de las actividades. (todos)
Unidad III: Calor y Trabajo
Carrera/Programa: Ingeniería Industrial
Asignatura: Termodinámica
Semestre: Cuarto
Competencia de la Asignatura
Maneja los fundamentos de la termodinámica para la resolución de problemas de ingeniería, considerando el análisis lógico, matemático y reflexivo.
Elemento de competencia
Utiliza conceptos de Calor y Trabajo aplicando las ecuaciones correspondientes.
Criterios de desempeño
a) Expresa el concepto termodinámico de trabajo claramente
b) Define el concepto de Calor con claridad.
c) Diferencia las formas de trabajo que se presentan en la naturaleza sin errores
d) Aplica la convención de signos existente para calor y trabajo de manera correcta.
e) Describe las diferentes formas de transmisión de calor de manera correcta.
Evidencias
De producto:
Plantilla de cuadro de diferenciación y formas de Calor y trabajo
Ejercicios de Calor y Trabajo
De desempeño:
Uso de conceptos relacionados con calor y trabajo.
Resolución de problemas de calor y trabajo en prácticas de clase.
Saberes




Saber (Conceptual)
Trabajo (a)
Calor(b)
Formas de trabajo (c)
Métodos de transmisión de calor (e)





Saber hacer (Procedimental)
Definición de Trabajo (a)
Definición de Calor (b)
Diferenciación de las formas de
trabajo(c)
Identificación de las formas de
transmisión de calor. ( e)
Resolución de ejercicios con calor y
trabajo (a,b,c,d,e)



Saber ser (Actitudinal)
Valoración de la importancia del calor y
trabajo como formas de energía (todos)
Interés hacia el aprendizaje de los
contenidos estudiados.(todos)
Apertura a problemas y retos teniendo
en consideración los objetivos que
persigue.(Todos)
Unidad IV: Primera Ley de la Termodinámica
Carrera/Programa: Ingeniería Industrial
Asignatura: Termodinámica
Semestre: Cuarto
Competencia de la Asignatura
Maneja los fundamentos de la termodinámica para la resolución de problemas de ingeniería, considerando el análisis lógico, matemático y reflexivo.
Elemento de competencia
Aplica correctamente la primera ley de la Termodinámica a sistemas cerrados y volúmenes de control usando de manera adecuada los conceptos
y ecuaciones correspondientes.
a)
b)
c)
d)
e)
f)
g)
Criterios de desempeño
Establece la ecuación de la primera ley de la termodinámica de manera correcta.
Evaluá el trabajo, con los cambios de la energía interna de sistema y el calor con claridad.
Emplea los conceptos de calores específicos y coeficiente de Joule Thomson en sistemas cerrados de manera correcta en la solución de
problemas.
. Analiza los sistemas que incluyen flujo de masa a través de sus fronteras de manera correcta.
. Establece los procesos de flujo permanente para dispositivos de ingeniería correctamente.
Define la propiedad termodinámica Entalpía de manera correcta.
Aplicar correctamente la ecuación de la primera ley de la termodinámica para volúmenes de control en la solución de problemas.
Evidencias
De producto:
Documento de resolución de problemas propuestos.
De desempeño:
Resolución de problemas de la primera ley en prácticas de clase.
Saberes





Saber (Conceptual)
Primera ley para un sistema cerrado
(a,c)
Primera ley para un volumen de control
(d,e,g).
Entalpía. (f)
El proceso de flujo permanente o
estable. (c,e)
Energía (b)





Saber hacer (Procedimental)
Aplicación de la primera ley en
sistemas cerrados (a,c)
Aplicación de la primera ley en
Volúmenes de Control (d,e)
Deducción de entalpia (f)
Aplicación de entalpia (f)
Manejo de energía (b).



Saber ser (Actitudinal)
Interés hacia el aprendizaje de los
contenidos estudiados.(Todos)
Disposición hacia el trabajo en
equipo.(Todos)
Responsabilidad por el cumplimiento
de las actividades.(Todos)
Unidad V: Segunda ley de la Termodinámica
Carrera/Programa: Ingeniería Industrial
Asignatura: Termodinámica
Semestre: Cuarto
Competencia de la Asignatura
Maneja los fundamentos de la termodinámica para la resolución de problemas de ingeniería, considerando el análisis lógico, matemático y reflexivo.
Elemento de competencia
Aplica correctamente la segunda ley de la Termodinámica en sistemas abiertos y cerrados usando los conceptos y ecuaciones correspondientes.
Criterios de desempeño
a) Establece la segunda ley de la termodinámica con claridad.
b) Evaluar la eficiencia de las máquinas térmicas sin error.
c) Aplica el concepto de ciclo de manera correcta.
d) Establecer la relación entre la entropía y el desorden de un sistema con claridad.
e) Describe las transformaciones de energía en una máquina térmica de manera fluida.
f) Establece correctamente los principios de Carnot.
g) Emplea los principios relacionados con los refrigeradores y la bomba de calor de Carnot de manera adecuada.
Evidencias
De producto:
Organizador gráfico de conceptos sobre maquinas térmicas, bombas de calor y entropía
Grafico del ciclo de Carnot
Documento de resolución de problemas propuestos.
De desempeño:
Resolución de problemas de la segunda ley.
Saberes
Saber (Conceptual)
Saber hacer (Procedimental)
Saber ser (Actitudinal)
 Segunda ley de la
 Aplicación de la segunda ley a problemas de ingeniería(a)
 Valoración de la importancia
termodinámica.(a)
de la segunda ley de la
 Identificación un depósito de energía térmica(e)
termodinámica en la industria
 Depósitos de energía
 Identificación maquinas térmicas (e )
(Todos).
térmica.(e)
 Resolución de ejercicios de máquinas térmicas.

Interés hacia el aprendizaje de
 Máquinas térmicas.(e)
 Definición y aplicación de entropía (d)
los contenidos estudiados
 Entropía. (d)
 Diferenciación entre refrigeradores y bombas de calor (g)
(Todos).
 Eficiencia térmica. (b)
 Definición de ciclo (c)
 Apertura a problemas y retos
 Refrigeradores y
 Resolución de ejercicios de refrigeradores(g)
teniendo en consideración los
bombas de calor (g).
 Resolución de ejercicios de bombas de calor(g)
objetivos que persigue.(Todos)
 El ciclo de Carnot (c,f)
 Aplicación de la eficiencia térmica (b)
 Responsabilidad por el
 Aplicación del ciclo de carnot a maquinas térmicas y
cumplimiento de las
refrigeradores (g,c,f)
actividades.(Todos)
 Definición del ciclo de Carnot (c,f)