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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERA
FACULTAD DE TECNOLOGA DE LA INDUSTRIA
PROGRAMA DE ASIGNATURA
I. INFORMACIN GENERAL.
Carrera: Ingeniería Industrial
Disciplina:
Asignatura: TERMODINMICA
Año académico: tercero
Semestre: sexto
Horas semanales: 6
Horas semestrales: 84
Créditos: 4
Asignatura pre-requisito: Fisica III
II. OBJETIVOS GENERALES Y PARTICULARES.
II.1 Generales:
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Aplicar conocimientos básicos necesarios para dar solución a los problemas
que se presentan en el desarrollo profesional y que conlleven un análisis
termoenergético determinado.
Identificar las propiedades que determinan a una sustancia pura y a un gas.
Aplicación de los principios básicos de la transformación de energía.
Balancear un proceso desde el punto de vista del estado de conservación de la
energía.
Aplicar el concepto de entropía en los balances energéticos de sistemas y
procesos.
Aplicar los conceptos de eficiencia o rendimiento tanto para los ciclos,
sistemas, procesos como para maquinas o dispositivos considerando el
concepto de la segunda ley de la termodinámica.
Balancear los diferentes ciclos termoenergéticos de potencia, así como los
ciclos de potencia utilizados en la producción de energía y refrigeración.
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II.2 Particulares:
Tema 1
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Conocer el objeto de estudio de la Termodinámica así como sus aplicaciones
en los diferentes campos de aplicación industrial.
Identificar y aplicar los conceptos de sistema y volumen de control en los
procesos energéticos.
Definir el equilibrio termodinámico tanto en los procesos como en los ciclos.
Identificar una sustancia pura a partir de sus propiedades termodinámicas.
Determinar las fases de una sustancia pura a partir de sus propiedades con el
uso correcto de tablas termodinámicas y nomogramas.
Aplicar las ecuaciones que rigen el comportamiento de los gases y su variación
dentro de los procesos mismos a que son sometidos.
Tema 2
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Aplicar el concepto de trabajo a los sistemas termodinámicos.
Aplicar los métodos de transferencia de energía mediante calor y los factores
que intervienen.
Tema 3
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Aplicar el principio de conservación de la energía y masa a los sistemas
térmicos.
Aplicar el principio de conservación de energía y masa a los sistemas y
procesos que se llevan a cabo dentro de un volumen de control.
Identificar en los procesos industriales los Estados de Flujo Estables y los
Estados de Flujo Uniformes de los sistemas.
Tema 4
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Aplicar el concepto físico de la segunda ley de la termodinámica aplicada a
ciclos reales, máquinas térmicas, refrigeradores y bombas de calor.
Aplicar los conceptos de eficiencia y rendimiento tanto para maquinas térmicas
como para refrigeradores y bombas de calor.
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Tema 5
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Aplicar el concepto físico de entropía a los sistemas.
Evaluar los sistemas termodinámicos basados en los enunciados que definen
la segunda ley de la termodinámica tanto para los sistemas que involucran
sustancias puras como para gases.
Evaluar un proceso de estado y flujo estable (EFE), así como un proceso de
estado y flujo uniforme (EFU), basados en la segunda ley de la termodinámica.
Definir y evaluar los diferentes dispositivos térmicos que usualmente están
involucrados en la explotación de la energía y dentro del desarrollo industrial
Nicaragüense.
Tema 6
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Evaluar plantas de potencia termoenergéticas.
Evaluar ciclos de potencia a gas, tales como: ciclos de potencia de motores de
combustión interna Otto, Diesel y ciclos Brayton y de turbinas a gas.
Tema 7
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Evaluar ciclos de refrigeración básicos desde el punto de vista energético.
III. PLAN TEMATICO
TEMA
TITULO
1
Propiedades de una sustancia pura
2
Trabajo y Calor
Primera ley de la Termodinámica para un
3
sistema y un volumen de control
4
Segunda ley de la termodinámica
Segunda ley de la Termodinámica aplicada a
5
un sistema y un volumen de control
Ciclos generadores de potencia con vapor y
6
productores de energía mecánica con gases.
7
Ciclos de refrigeración
Totales
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C
4
4
CP
6
4
TOTAL
10
8
4
12
16
4
4
8
4
10
14
4
14
18
4
28
6
56
10
84
IV. RECOMENDACIONES METODOLGICAS Y DE ORGANIZACIN.
En esta asignatura es necesario realizar visitas de campo para una mejor
comprensión de la misma. Estas visitas se han venido realizando y se obtienen
buenos resultados por lo cual se sugiere esta actividad extraclase.
Las conferencias deberán
desarrollarse tomando como consideración los
conocimientos adquiridos en la asignatura de Física III. Se deberán de ejemplificar
los conceptos con casos de la industria Nicaragüense.
Las clases prácticas no deberán de desarrollarse con grupos de más de 20
estudiantes, esto se sugiere con el objetivo de garantizar el nivel de aprendizaje
del estudiante, mediante una atención más individualizada del profesor.
Antes de realizarse las clases prácticas así como las evaluaciones sistemáticas se
les deben dar a conocer los temas y en lo posible una guía de autopreparación a
los estudiantes, con el sano propósito de que este se prepare teóricamente y
presente un mejor grado de asimilación y rendimiento.
Las evaluaciones sistemáticas se deberán de planificar para períodos de clases
prácticas programadas.
La impartición de las formas organizativas de docencia deben de apoyarse con los
sistemas y medios técnicos necesarios, de forma tal que motiven y hagan más
eficiente el proceso docente, tales como láminas, filminas, maquetas, software y
videos.
Las actividades docentes que no se abordan dentro de las conferencias son las
que a continuación se detallan:
C.P.# 1 : Uso de tablas Termodinámicas.
Objetivo: Usar las tablas termodinámicas para las sustancias puras simples e
incompresibles a partir de las propiedades fundamentales de las mismas.
C.P. # 2 : Resolución de problemas con el uso de tablas termodinámicas.
Objetivo: Usar correctamente tablas termodinámicas así como construir gráficos
Pv y Tv, con el análisis de sistemas que evolucionan ante un cambio de estado a
que es sometido el sistema mismo.
C.P. # 3 : Resolución de problemas teniendo como sustancia de trabajo un gas.
Objetivo: Aplicar la ecuación de estado de los gases ideales en el análisis de
cambios de estados a que es sometido el sistema en estudio.
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C.P. # 4, y # 5: Cálculo del trabajo con sustancias puras y gases.
Objetivo: Aplicar la ecuación fundamental del trabajo desde el punto de vista
termodinámico, en sistemas que involucran el análisis de sustancias puras y
sustancias compresibles como los gases bajo la condición de cambios de estados
así como construir sus respectivos diagramas que definen el comportamiento de
los mismos.
C.P. # 6, y #7: Aplicación de la primera ley de la termodinámica a un sistema,
utilizando como sustancia de trabajo puras e incompresibles.
Objetivos: Calcular los parámetros de calor, trabajo y propiedades de un sistema
cerrado con el uso de la ley de conservación de la energía.
C.P. # 8: Aplicación de la primera ley de la termodinámica a un sistema, utilizando
como sustancia de trabajo un gas.
Objetivo: Calcular los parámetros de energía como calor, trabajo y propiedades de
un sistema cerrado con el uso de la ley de conservación de la energía.
C.P. # 9, y #10: Aplicación de la Primera Ley de la termodinámica a sistemas
abiertos, procesos (EFE ).
Objetivos: Evaluar los parámetros de calor, trabajo y propiedades de un sistema
abierto con el uso de la primera ley de la termodinámica aplicada a estos sistemas
e identificar uno de estos procesos en la industria Nicaragüense.
C.P. # 11: Aplicación de la primera ley de la termodinámica a sistemas abiertos,
procesos (EFU).
Objetivo: Evaluar los parámetros de calor, trabajo y propiedades de un sistema
abierto con el uso de la primera ley de la termodinámica aplicada a estos
sistemas.
C.P. # 12: Aplicación de la segunda ley de la termodinámica a ciclos térmicos.
Objetivo: Calcular parámetros de eficiencia o rendimiento a dispositivos térmicos
que trabajan en forma cíclica, determinar y comparar máquinas térmicas Carnot.
C.P. # 13: Aplicación de los teoremas Carnot.
Objetivo: Realizar comparaciones de ciclos térmicos Carnot y ciclos reales
tomando en consideración los parámetros de funcionamiento y eficiencia.
C.P. # 14: Uso del diagrama de Mollier.
Objetivo: Calcular propiedades termodinámicas con el uso del diagrama de Mollier,
mediante trazos de procesos en el mismo.
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C.P. # 15,y #16: Aplicación de la segunda ley de la termodinámica y el concepto
de entropía a un sistema.
Objetivo: Calcular calor, trabajo, propiedades de un sistema termodinámico con el
uso de tablas termodinámicas utilizando como fluido de trabajo tales como gases y
sustancias puras.
C.P. # 17,y #18: Aplicación de la segunda ley de la termodinámica a un volumen
de control.
Objetivo: Calcular los parámetros energéticos con la aplicación de la segunda ley
de la termodinámica a los sistemas abiertos.
C.P.# 19, #20, y #21: Cálculo de los parámetros de eficiencia en los ciclos
generadores de potencia con vapor.
Objetivo: Aplicar las condiciones básicas del diseño de plantas termoenergéticas
así como calcular los parámetros de eficiencia de las plantas, considerando las
eficiencias de los dispositivos que conforman la misma.
C.P. # 22, #23, #24, y # 25: Cálculo de los parámetros de eficiencia de los
diferentes ciclos productores de energía mecánica con gases.
Objetivo: Aplicar el método de evaluación de los diferentes ciclos productores de
energía mecánica con gases, así como calcular el parámetro de eficiencia térmica
de cada uno de los ciclos.
C.P.# 26, y #27: Aplicación de los métodos de evaluación energética a la
refrigeración por compresión de vapor.
Objetivo: Evaluar las diferentes disposiciones de la refrigeración mecánica por
compresión de vapor.
C.P.# 28: Aplicación del método de evaluación energética a la refrigeración por
absorción.
Objetivo: Aplicar el método de evaluación energética a sistemas de refrigeración
por absorción.
Cabe señalar que cada clase práctica se desarrolla con una duración de 2 horas
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V. CONTENIDOS POR TEMAS.
Tema 1: Propiedades de una sustancia pura.
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Definición y fundamentos de la Termodinámica, desarrollo histórico
Sistema y volumen de control, límites y fronteras rígidas, deformables,
adiabáticas diatérmicas, permeables e impermeables.
Fases, propiedades y estados de una sustancia pura, variables
termodinámicas y función de estado, propiedades intensivas y extensivas.
Procesos y ciclos termodinámicos, proceso cuasiequilíbrico, proceso reversible
y proceso irreversible.
Igualdad de temperatura, ley cero de la termodinámica, equilibrio térmico.
Definición de una sustancia pura incompresible simple.
Equilibrio de fases en una sustancia pura, definición de temperatura de
saturación, presión de saturación, curva de presión de vapor, definición de
líquido saturado, líquido comprimido, vapor saturado, mezcla de vapor más
líquido, definición de la calidad de la mezcla.
Definición de vapor sobrecalentado, punto crítico de una sustancia pura, línea
triple de una sustancia pura, cambios de fases a presión y temperatura
constantes, definición de los procesos de vaporización, licuefacción, fusión,
solidificación y sublimación.
Propiedades independientes de una sustancia pura.
Gráficos P-v, P-T, T-v, superficie termodinámica P-V-T
Uso de tablas termodinámicas
Tema 2: Trabajo y calor.
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Trabajo y calor como energía en transición.
Definición del trabajo, identificación del trabajo en las fronteras de un sistema.
Unidades de trabajo.
Trabajo en las fronteras de un sistema debido al cambio de volumen en un
proceso cuasiequilíbrico, representación gráfica del trabajo reversible e
irreversible.
Otras formas de trabajo en diversos sistemas.
Expresión general del trabajo desde el punto de vista termodinámico.
Definición termodinámica del calor, naturaleza física del calor, métodos de
transferencia de calor.
Transformación adiabática de un gas ideal, análisis de proceso.
Transformación politrópica reversible de un gas ideal.
Análisis de diferentes procesos pilitrópicos.
Comparación entre el calor y el trabajo.
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Tema 3: Primera ley de la termodinámica para un sistema.
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Ley de conservación de la energía.
La primera ley de la termodinámica aplicada a un sistema que pasa por un
ciclo, equivalencia entre el calor y el trabajo (coeficiente de Joule).
Trabajo total en un proceso adiabático.
La primera ley de la termodinámica aplicada a un sistema que sufre un cambio
de estado.
Energía total de un sistema, definición de la energía interna, energía cinética,
energía potencial de un sistema, energía interna como propiedad
termodinámica
Entalpía como propiedad misma de un sistema.
Capacidades térmicas a presión y volumen constantes
Energía interna y entalpía de un gas, capacidades térmicas de los gases
ideales, experimento de Joule, ecuación energética del gas ideal.
Primera ley de la termodinámica expresada como una ecuación temporal.
Ley de conservación de la masa, ecuación de continuidad, caudal másico y
volumétrico.
Primera ley de la termodinámica aplicada a un volumen de control.
Primera ley de la termodinámica para un proceso de estado y flujo estable
(EFE).
Primera ley de la termodinámica aplicada a un proceso de estado y flujo
uniforme y variable (EFU).
Tema 4: Segunda ley de la termodinámica.
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Concepto físico de la segunda ley de la termodinámica, verificación de la
segunda ley en los procesos reales, ejemplos.
Máquinas térmicas, refrigeradores y bombas de calor, ejemplos y aplicaciones,
depósitos térmicos, fuentes y sumideros, sustancia de trabajo.
Eficiencia térmica y rendimiento de máquinas térmicas, coeficiente de
funcionamiento de refrigeradores y bombas de calor.
Segunda ley de la termodinámica, enunciado de Kelvin-Plank, enunciado de
Clausius, equivalencia entre ambos enunciados.
Ciclo Carnot, teorema de Carnot, rendimiento del ciclo Carnot.
Escala termodinámica de temperatura.
Tema 5: Segunda ley de la termodinámica aplicada a un sistema y un
volumen de control.
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Entropía, la entropía como propiedad de un sistema.
Entropía de una sustancia pura, diagrama temperatura - entropía y diagrama
de Mollier (Entalpía - Entropía).
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Cambio de entropía de un gas ideal.
Representación gráfica de los procesos politrópicos de un gas ideal.
Ecuaciones fundamentales de la termodinámica.
Cambio de entropía para procesos reversibles.
Cambio de entropía para procesos irreversibles.
Trabajo perdido en procesos irreversibles, producción irreversible de entropía.
Principio de aumento de entropía, entropía del universo.
Segunda ley de la termodinámica aplicada a un volumen de control.
Segunda ley de la termodinámica para un proceso de estado de flujo estable
(EFE), caso particular del proceso EFE.
Segunda ley de la termodinámica para un proceso de estado de flujo uniforme
(EFU).
Principio de aumento de entropía aplicado a un volumen de control.
Eficiencia o rendimiento de dispositivos.
Tema 6: Ciclos generadores de potencia con vapor y productores de energía
mecánica con gas.
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Ciclo Carnot de vapor de agua.
Ciclo Rankine básico.
Efecto de la presión y la temperatuara sobre el ciclo Rankine.
Ciclo Rankine con sobrecalentamiento.
Ciclo Rankine con recalentamiento.
Ciclo Rankine con regeneración.
Ciclo Rankine combinados.
Ciclo Carnot estándar de aire.
Ciclo Otto estándar de aire.
Ciclo Diesel estándar de aire.
Ciclo Dual estándar de aire.
Ciclo Brayton, ciclo abierto y ciclo cerrado.
Ciclos regenerativo de turbina a gas.
Ciclos de turbina a gas con enfriamiento intermedio y recalentamiento.
Tema 7: Ciclos de Refrigeración.
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Ciclo Carnot invertido.
Ciclo de refrigeración por compresión de vapor.
Bomba de calor.
Sistemas de compresión de vapor en cascada y de etapas múltiples.
Refrigeración por absorción.
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VI. SISTEMA DE EVALUACIN.
Esta asignatura se debe de evaluar según el reglamento académico vigente
siendo de la siguiente forma:
Evaluaciones sistemáticas del primer parcial, estas pueden evaluarse dentro de
las clases practicas o como trabajos extraclases.
15%
Examen del primer parcial.
35%
Total acumulado del primer parcial.
50%
Evaluaciones sistemáticas segundo parcial estas pueden, evaluarse dentro de las
clases practicas o como trabajos extraclases.
15%
Exámenes del segundo parcial.
35%
Total acumulado del segundo parcial.
50%
Calificación final.
Total acumulado del primer parcial.
Total acumulado del segundo parcial.
Nota final.
50%
50%
100%
VII. LITERATURA DOCENTE:
Texto Básico:
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Wark., Termodinámica Mc Graw Hill, México, 5ta Edición, 1993.
Textos Auxiliares:

Faires, Termodinámica, UTEHA, Noriega Editores Limusa, México, 1993.

Burgharadt, Ingeniería Termodinámica, Harla, México, 1984.

Sonntag, Gordon, Introducción a la Termodinámica Clásica y Estadística,
Noriega Editores Limusa, México, 1991.
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VIII. RELACIN DE AUTORES Y APROBACIN.
Elaborado por:
Ing. Abelardo A. Barrios González.
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Ing. Liboria Salgado Escoto.
Responsable Transformación
Curricular Ing. Industrial
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Ing. Clementino Solares Castillo.
Decano FTI
Managua, Febrero de 1999.
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