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Resol. N.º 123/12 Universidad Nacional de La Pampa Facultad de Ingeniería Carrera: Ingeniería Electromecánica Departamento de: Tec. Básicas y Aplic. de Electromecánica H. 1/7 Área: Tec. Básicas Asignatura: TERMODINÁMICA Carga Horaria: Objetivos: Teoría Laboratorio 70 20 Problemas Tipo/Rutinarios 30 Problemas Abiertos 20 Total 140 Desde esta materia, se propone generar un espacio de formación que le permita al estudiante: - Analizar energéticamente un proceso dado. - Discriminar y evaluar la posibilidad efectiva de realizar un proceso. - Analizar y evaluar las posibles causas del bajo rendimiento en un proceso determinado y proponer, en consecuencia, métodos y soluciones de mejora. - Valorizar las fuentes de energía. - Analizar sistemáticamente las máquinas térmicas y frigoríficas. - Trazar diagramas entrópicos de los ciclos termodinámicos y de interpretar las leyes de transmisión del calor. - Utilizar tablas y leer correctamente diferentes diagramas. Termometría. Calorimetría. Estado de un sistema. Gases ideales, reales y vapores. Primer principio de la Termodinámica. Segundo principio de la Termodinámica. Exergía. Funciones características. Transición de fases. Compresores. Ciclos de máquinas a vapor. Contenidos mínimos Proyecto y Diseño Ciclos de máquinas frigoríficas. Ciclos de motores a gas. Aire húmedo. Termoquímica y combustión. Transmisión de calor. Resol. N.º 123/12 Universidad Nacional de La Pampa Facultad de Ingeniería Carrera: Ingeniería Electromecánica Departamento de: Tec. Básicas y Aplic. de Electromecánica H. 2/7 Área: Tec. Básicas Asignatura: TERMODINÁMICA Programa Analítico: CONCEPTOS INICIALES: Sistemas termodinámicos. Propiedades y estado de un sistema. Equilibrio termodinámico. Proceso – trayectoria. Ciclo. Ecuación de estado. Unidades. Densidad, volumen específico, peso específico. Presión. Temperatura. Principio cero de la termodinámica. Medición de la temperatura. Escala relativa de temperatura. Escala absoluta de temperatura (empírica). Conservación de la masa. Energía. ESTADO – SUSTANCIAS PURAS: Superficie de estado p-v-t. Región líquido – vapor. Tablas de vapor de agua. Regla de las fases. Ecuación de estado de gas ideal. Mezcla de gases ideales. Ecuaciones de estado para gases no ideales. Diagramas Pv y PT. PRIMER PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA: Trabajo. Trabajo de expansión en un sistema termoelástico cerrado. Primer principio. Primer principio para un sistema cerrado. Propiedades de la energía interna. Primer principio para un sistema abierto a régimen permanente. Propiedades de la entalpía. Primer principio para un sistema abierto a régimen no permanente (transitorios). TRANSFORMACIONES CON GASES PERFECTOS: transformación isocora. Transformación isobara. Transformación isoterma. Transformación adiabática. Transformación politrópica. Representación gráfica de intercambios energéticos. SEGUNDO PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA: Introducción: Dirección de procesos. Posibilidad de producción de trabajo. Aspectos del segundo principio. Procesos reversibles e irreversibles: Identificación de irreversibilidades. Formulación del segundo principio: enunciado de Carnot, enunciado de Kelvin- Planck, enunciado de Clausius, enunciado de Sommerfeld, enunciado de Carathéodory, máquina térmica. Aplicación del segundo principio a ciclos termodinámicos: ciclo de Carnot, máquina frigorífica de Carnot: refrigerador - bomba de calor. Teorema de Carnot. Rendimiento del ciclo de Carnot. Corolarios del segundo principio. Eficiencia de la máquina frigorífica y de la bomba de calor. ENTROPÍA: función entropía. Valores numéricos de la entropía: gas ideal con calor específico constante, sustancia incompresible, agua y refrigerantes. Desigualdad de Clausius. Flujo de entropía – entropía generada, entropía en procesos irreversibles, entropía del universo. Balance de entropía: sistemas cerrados, sistemas abiertos, rendimiento isoentrópico. Diagramas entrópicos: Ts, hs, ph. Tercer principio. EXERGÍA: exergía – anergía. . Calor utilizable o exergía del calor. Exergía debida a desequilibrio mecánico. Exergía de un sistema cerrado. Exergía de un sistema abierto en régimen permanente. Destrucción de exergía. Rendimiento exergético. Variación de exergía del universo. Diagramas. CICLOS DE GAS: Ciclo Otto. Ciclo Otto de aire. Ciclo Diesel. Ciclo Diesel de aire. Comparación de rendimientos – Otto y Diesel. Ciclo Sabathe o semi Diesel o dual. Ciclo Joule Brayton…Ciclo Joule Brayton de aire. Ciclo Joule Brayton con regeneración o ciclo Ericsson.. Ciclo Stirling. Ciclo de compresión. CICLOS DE VAPOR: Ciclo Carnot. Ciclo Rankine. Ciclo Rankine con vapor sobrecalentado. Ciclo con recalentamiento intermedio. Ciclo regenerativo. Cogeneración. Ciclo Rankine supercrítico. Efecto de las pérdidas sobre el rendimiento del ciclo. Resol. N.º 123/12 Universidad Nacional de La Pampa Facultad de Ingeniería Carrera: Ingeniería Electromecánica Departamento de: Tec. Básicas y Aplic. de Electromecánica H. 3/7 Área: Tec. Básicas Asignatura: TERMODINÁMICA Programa Analítico: CICLOS FRIGORÍFICOS: Ciclos con dos fuentes Ciclo frigorífico con compresor de vapor - ciclo de Carnot. Ciclo frigorífico con compresor en régimen húmedo. Ciclo frigorífico con compresor en régimen seco. Ciclo frigorífico con compresor en dos etapas. Ciclo con compresión en dos etapas con enfriamiento por reinyección de líquido Ciclo frigorífico con doble evaporador y doble compresión. Ciclo frigorífico de absorción. Ciclo frigorífico a gas. Criogenia. AIRE HÚMEDO: Humedad absoluta. Humedad relativa. Volumen específico. Entalpía. Temperatura de saturación adiabática y de bulbo húmedo. Temperatura de rocío. Diagrama entálpico. Diagrama psicrométrico. Procesos de acondicionamiento con aire. TRANSFERENCIA DE CALOR: Conducción. Ley de Fourier. Conducción a través de resistencias planas en serie. Conducción a través de una pared cilíndrica. Convección. Ley de Newton del enfriamiento Números adimensionales. Nº de Nusselt, Prandtl, Grashof, Reynolds Convección natural. Convección forzada. Intercambiadores de calor. Radiación: cuerpo negro, reflectividad, absortividad, emisividad. Ley de Kirchoff: Ley de Stefan Boltzmann: Resol. N.º 123/12 Universidad Nacional de La Pampa Facultad de Ingeniería Carrera: Ingeniería Electromecánica Departamento de: Tec. Básicas y Aplic. de Electromecánica H. 4/7 Área: Tec. Básicas Asignatura: TERMODINÁMICA Descripción de las actividades teóricas y prácticas: Exposición de los temas teóricos fundamentales por parte del docente. Análisis y discusión de sus aplicaciones en forma colectiva. Discusión de problemas tipo. Trabajo individual y/o grupal de los alumnos en los problemas restantes. Empleo de elementos de aula y laboratorio. Tablas, diagramas, audiovisuales, software y equipamiento específico. Metodología de Enseñanza: El desarrollo de la asignatura, en principio, estará basado en el uso clases expositivas. Se inducirá al auto aprendizaje mediante el aporte de textos directivos y la comunicación anticipada y abreviada de las características de los próximos temas, de sus aplicaciones y las fuentes bibliográficas. A la exposición de fundamentos que realizarán los docentes se la complementará con la discusión conceptual entre los asistentes, con la inclusión de ejemplos numéricos o genéricos, y con el análisis de aplicaciones. Se ofrecerá una reducida práctica de ejercicios rutinarios para dar lugar a problemas de diseño, de final abierto o investigación y cuestiones para la reflexión. Se espera, mediante estas actividades alentar: el ejercicio de la creatividad, al establecimiento de criterios, la aplicación de restricciones, la elaboración de juicios de ingeniería. Se solicitará que la resolución de problemas se acompañe del correspondiente análisis e interpretación de resultados y los diagramas termodinámicos que ayuden al modelado (Pv, Pt, Ts, Ph, Hs, Sankey, Grassman). Se realizarán dinámicas grupales en las que se defiendan y discutan ideas, proyectos, leyes y conceptos, contribuyendo al fomento de análisis críticos. Se generarán espacios específicos para la corrección de problemas y la aclaración de cuestiones. La práctica de laboratorio constituirá una parte importante en el desarrollo de la asignatura. En este caso, los alumnos, agrupados de manera conveniente, realizarán diversas actividades con la ayuda de los correspondientes guiones y la supervisión del profesor. Se podrán programar visitas a empresas del medio, con el objeto de conocer físicamente sus equipos y reconocer los procesos termodinámicos involucrados. En tales casos se requerirán luego los informes correspondientes. Resol. N.º 123/12 Universidad Nacional de La Pampa Facultad de Ingeniería Carrera: Ingeniería Electromecánica Departamento de: Tec. Básicas y Aplic. de Electromecánica H. 5/7 Área: Tec. Básicas Asignatura: TERMODINÁMICA Forma de Evaluación: La evaluación se basará en dos exámenes parciales, con posibilidad de recuperación, uno al finalizar el desarrollo de la Termodinámica de fundamentos y otro al finalizar el desarrollo de la Termodinámica técnica. En cada uno de ellos las instancias teórica y práctica se realizarán por separado. Para acceder al examen el alumno deberá tener las resoluciones de los trabajos prácticos y los informes de laboratorio previamente aprobados. Los exámenes teóricos serán fundamentalmente del tipo conceptual y aplicativo. Los exámenes prácticos incluirán problemas de nivel similar a los desarrollados en los trabajos prácticos de la materia. La práctica de laboratorio, se evaluará en base a la observación directa de la labor del estudiante y a la defensa de los informes (con sus respectivas memorias, cálculos y discusión de los resultados). Actividades complementarias: Para un mejor seguimiento de los procesos de enseñanza aprendizaje y su evaluación, se solicitará periódicamente la presentación de los informes de laboratorio y de las prácticas de problemas, debidamente resueltas. Siendo una valiosa oportunidad para aclarar las cuestiones pendientes. A efectos de atender situaciones de riesgo, se podrán acordar clases especiales de consulta (tutorías). Con carácter voluntario, se propondrá al alumno la realización de problemas complementarios, la realización de trabajos monográficos de interés científico o tecnológico, o la presentación de una colección de problemas adicional al estilo de los propuestos en la bibliografía sugerida. La calificación de estas actividades servirá para ponderar la nota obtenida, de acuerdo con el sistema de evaluación descrito en el apartado anterior y los criterios de acreditación siguientes. Acreditación: El estudiante deberá demostrar un adecuado conocimiento de los pilares termodinámicos: Estado, Primer Principio y Segundo Principio, y un desempeño básico en las aplicaciones tecnológicas. Se considerará: Promocionado: al estudiante que haya alcanzado en ambas instancias de evaluación una calificación igual o superior a los cuatros puntos. Regularizado: cuando no habiendo alcanzado la condición anterior, pero sí participado activamente en el desarrollo del curso, haya presentado todos los trabajos solicitados (informes de laboratorio, guías de ejercicios, problemas y cuestiones debidamente resueltos, visitas, etc.). De considerarlo necesario, los profesores podrán realizar al respecto una serie de preguntas. No regularizado: cuando no cumpla los requerimientos anteriores. Resol. N.º 123/12 Universidad Nacional de La Pampa Facultad de Ingeniería Carrera: Ingeniería Electromecánica Departamento de: Tec. Básicas y Aplic. de Electromecánica H. 6/7 Área: Tec. Básicas Asignatura: TERMODINÁMICA Bibliografía: 1. ADKINS, 1977 - TERMODINÁMICA DEL EQUILIBRIO - Inglaterra - Reverté, España. 2. BAEHR ,1965- TRATADO MODERNO DE TERMODINÁMICA– J. Montesó. 3. BARRIO CASADO y otros, 2005 – PROBLEMAS RESUELTOS DE TERMODINAMICA -Thomson. 4. BIEL GAYE /L´PEZ LACOMBA, 1997, CURSO SOBRE EL FORMALISMO Y LOS MÉTODOS DE LA TERMODINÁMICA, Reverté. 5. BURGHARDT M.D., 1982- INGENIERÍA TERMODINÁMICA – México. 6. CALZETTA E, 2009 – ENTROPÍA – INET Argentina 7. CAO E., 1983 - INTERCAMBIADORES DE CALOR - Bs.As. 8. CAO E, 2008 – TRANSFERENCIA DE CALOR EN INGENIERÍA DE PROCESOS – Nueva Librería. Argentina 9. ÇENGEL / BOLES, 2009 - TERMODINÁMICA - Mc Graw Hill.. 10. CEREIJIDO M, 2009 – ELOGIO DEL DESEQUILIBRIO – Siglo XXI Argentina 11. CHAPMAN, 1987 – FUNDAMENTALS OF HEAT TRANSFER – Macmillan. 12. DIEZ, 2006 – TERMODINAMICA TECNICA – Univ. de Cantabria. 13. DIEZ GARCIA, 1984 – PROBLEMAS DE TERMODINAMICA TECNICA - Nueva Librería 14. FACORRO RUIZ L.A., 1997 - CURSO DE TERMODINÁMICA - Nueva Librería, Argentina 15. FAIRES/SIMMANG/BREWER, 1983 - TERMODINÁMICA – UTHEA. 16. GARCÍA C. A., 1987- PROBLEMAS DE TERMODINÁMICA TÉCNICA – Alsina. 17. GARCÍA C. A., 1978 - TERMODINÁMICA TÉCNICA - Argentina – Alsina. 18. GRANET I. 1988 - TERMODINÁMICA – Prentice Hall Hispanoamericana.. 19. GYFTOPOULOS /BERETTA, 1991 – THERMODYNAMICS Foundatios and applications- Macmillan. 20. HABERMAN / JOHN, 1996 – TERMODINAMICA PARA INGENIERÍA CON TRANSFERENCIA DE CALOR Trillas. 21. HOLMAN J.P., 1974 - TERMODINÁMICA - MC GRAW HILL 22. HOLMAN J.P., 1984 - TRANSFERENCIA DE CALOR - CECSA 23. HUANG FRANCIS F., 1981 - INGENIERÍA TERMODINÁMICA - CECSA 24. JONES / DUGAN, 1997 – INGENIERIA TERMODINAMICA - Prentice Hall Hispanoamericana, 25. KIRILLIN/SICHEV/SHEINDLIN, 1974 - TERMODINÁMICA TÉCNICA – MIR. Resol. N.º 123/12 Universidad Nacional de La Pampa Facultad de Ingeniería Carrera: Ingeniería Electromecánica Departamento de: Tec. Básicas y Aplic. de Electromecánica H. 7/7 Área: Tec. Básicas Asignatura: TERMODINÁMICA Bibliografía (continuación): 26. LLORENS M/ MIRANDA A, 2009 –INGENIERIA TERMICA - Marcombo 27. LUMBROSO HUBERT, 1979 - TERMODINÁMICA/100 ejercicios y problemas resueltos – Reverté. 28. MORAN M./SHAPIRO H., 2005 – FUNDAMENTOS DE TERMODINAMICA TECNICA – Reverté. 29. NIETO CARLIER y otros, 1998 –CUESTIONES DE TERMODINAMICA – Síntesis. 30. POTTER M./ SOMERTON C., 2004 – TERMODINAMICA PARA INGENIEROS – Mc Graw Hill 31. RIBELLES/PRADAS/GREUS ‚ 1990- TERMODINÁMICA - ANÁLISIS EXERGÉTICO – Reverté 32. ROLLE, 2006 – TERMODINAMICA – Pearson Education, 33. ROTSTEIN/ FORNARI 1984 – TERMOD. DE PROCESOS INDUSTRIALES/EXERGÍA Y CREACIÓN DE ENTROPÍA – Edigem. 34. RUSSELL – ADEBIYI, 1997 - TERMODINÁMICA CLÁSICA – Addison Wesley Iberoamericana, 35. SEGURA CLAVELL JOSÉ, 1980 - TERMODINÁMICA TÉCNICA - AC España. 36. SEGURA RODRIGUEZ, 1990 – PROBLEMAS DE TERMODINAMICA TECNICA - Reverté 37. SONNTAG r /VAN WYLEN G, 1998 – FUNDAMENTALS OF THERMODYNAMICS – Wyley & Sons 38. VAN WYLEN G.J./ SONNTAG R., 1997 -FUNDAMENTOS DE TERMODINÁMICA - Limusa Noriega E. 39. WARK, 2001- TERMODINÁMICA Mc Graw Hill. SOFTWARE (Versión académica) (Web edition). CYCLEPAD – K Forbus - Northwestern University EES – F-Chart Software TERMOGRAF Grupo de Didáctica de la Termodinámica de la Universidad de Zaragoza TEST (The expert system for thermodynamics) Bhattacharjee -San Diego State Univ VIGENCIA DE ESTE PROGRAMA AÑO 2012 PROFESOR RESPONSABLE FIRMA GAGO, Luis Alberto VISADO JEFE DEPARTAMENTO SECRETARIO ACADÉMICO DECANO