Download Termodinámica - FRT UTN - Universidad Tecnológica Nacional

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL
FACULTAD REGIONAL TUCUMÁN
Departamento: Electrotecnia.
Asignatura: Termodinámica
Bloque: Tecnologías Básicas
Área: Complementaria
Horas/año: 72
Fundamentación de la materia dentro del plan de estudios
Esta es una materia de 3° año de la carrera de Ing. Eléctrica y se encuentra en
el bloque de las tecnologías Básicas en el área de asignaturas
complementarias.
Ello implica que los alumnos deben poseer conocimientos previos de materias
básicas como Química, Física y Análisis Matemático.En esta materia , la actividad curricular se basa en la aplicación , por una
parte , de los conceptos adquiridos en las ciencias básicas y por otro lado , de
los contenidos temáticos propios de la termodinámica , para analizar y resolver
procesos de ingeniería , tanto en la fase de diseño como la de proyectos .Los docentes orientan a los alumnos mediante conceptos de características
teóricas, para luego, por medio de una serie de trabajos prácticos, consolidar
los conceptos antes adquiridos.
Además existen otras actividades tales como el análisis de simulaciones reales,
bibliografía específica y el aporte de herramientas informáticas.Así en todo momento se da prioridad al método realidad – teoría – práctica,
incentivando al alumno, en todo momento, a la búsqueda de información en
sitios sugeridos por la cátedra.La enseñanza de la Termodinámica, base de los conocimientos de la Ingeniería
en todas sus especialidades y de las ciencias aplicadas, tiene como fin el
desarrollo de las capacidades para predecir los efectos posibles de los
fenómenos térmicos y sus distintas aplicaciones en los sistemas energéticos.La modelización de problemas reales, su resolución numérica y el manejo de
fórmulas, diagramas y tablas, serán las herramientas a utilizar para el alcance
de los objetivos propuestos.Objetivos
Objetivos generales:
Que el alumno pueda:
 Adquirir conocimientos que le permitan tener distintas perspectivas
aplicables a la resolución de situaciones problemáticas concretas que ,
surgen del trabajo los principios que rigen la termodinámica . Adquirir habilidades a partir de la articulación de conocimientos previos que
le permitan desarrollar y potenciar sus capacidades de aprendizaje. Conocer los elementos básicos, para analizar realidades concretas,
reflexionando a partir de ello y estableciendo relaciones entre los mismos.-
 Comprender que los fenómenos térmicos, no se lo debe interpretar como
aislado sino como integrantes de un conjunto, previsto para la realización de
una trabajo. Asumir actitudes críticas durante el desarrollo de actividades prácticas. Adquirir un vocabulario técnico adecuado.Objetivos específicos:
Que el alumno pueda:
 Interpretar la importancia de los principios que rigen los fenómenos
térmicos, como elementos fundamentales para lograr el correcto análisis y
entendimiento de las distintas transformaciones. Resolver situaciones problemáticas
referidos
a los Principios
Termodinámicos. Usar los principios de la conservación de la energía para el análisis de
máquinas y motores térmicos. Analizar críticamente un proceso de transformación termodinámica desde el
punto de vista energético aplicado en la Ingeniería Eléctrica. Diseñar, realizar y evaluar proyectos que incorporen los contenidos
específicos profundizados en la carrera.Contenidos
Unidad 1: El sistema termodinámico. Sistemas abiertos y cerrados, adiabáticos
y aislados . Magnitudes de estado (intensivas, extensivas ) . Principales
magnitudes de estado. Presión. Temperatura. Termometría . Volumen .
Ecuación de Estado. Transformaciones . Ciclos . Calor especifico . Concepto
de trabajo . Tipos . Formas de energía . El primer principio de la termodinámica
para sistemas cerrados y abiertos . La función entalpía . Transformaciones .
Calculo del trabajo . Compresión de gases . Mezclas de gases . Aplicaciones
del primer principio aplicados a sistemas eléctricos .Unidad 2: Comportamiento de le energía . El sentido de las transformaciones .
Concepto de transformación reversible e irreversible . El segundo principio de
lea termodinámica : su concepto . Enunciado de Kelvin – Planck y Clausius . Su
equivalencia . La maquina térmica . Concepto de rendimiento termino . La
función entropía . Propiedades de la misma . El diagrama T-S
Transformaciones en el mismo . La maquina de Carnot . Sus características . El
factor de Carnot . Su determinación . La maquina térmica reversible .
Aplicaciones del segundo principio a sistemas eléctricos .Unidad 3: Vapores. Diagrama de equilibrio de una sustancia pura. Estudio del
plano P-V. Caracterización de las zonas . Liquido saturado. Vapor húmedo.
Vapor saturado seco. Vapor sobrecalentado. Transformaciones en los
diagramas P-V y T-S . Estudio analítico de las variables de estado. Título del
vapor . Calculo de las variables en la zona de vapor húmedo . Manejo de las
tablas de vapor saturado y sobrecalentado . El diagrama de Mollier . Manejo y
transformaciones en el mismo . Calculo de variables para vapores en la PC.-
Unidad 4: Ciclos de maquinas térmicas . El ciclo de Clausius – Ranquine y
sus mejoras . Representación de las transformaciones en diagramas T-S e I-S .
Concepto de rendimiento térmico y económico . Cogeneración . Factor de
utilización . Ciclos binarios . Ciclos combinados . Ciclos de Otto , Diesel y
Brayton . Rendimiento térmico y estudio comparativo .Unidad 5: Transformaciones directa de calor en energía eléctrica: aparatos
termoeléctricos para conversión de la energía. Efecto Seebeck. Diagrama
esquemático de un generador termoeléctrico. Generación de energía en los
materiales p y n . Balance de energía . Eficiencia y su relación con el factor de
Carnot . Aparatos termoiónicos. Esquema de un convertidor de energía
termoiónico . Principio de funcionamiento . Empleo de diodos de Plasma y
diodos al vacío . Eficiencia térmica . Generadores magnetohidrodinámicos.
Esquema del aparato y principio de funcionamiento . Esquema del ciclo de
potencia MHD y diagrama T-S para el mismo . Eficiencia del ciclo . Perspectiva
de todos estos aparatos , conversores de energía .Unidad 6: Aire húmedo . Definición de aire seco y aire húmedo . Humedad
absoluta del aire húmedo . Aire húmedo no saturado . Aire húmedo saturado .
Diagrama T-S para el vapor de agua . Presión de saturación . Humedad relativa
temperatura de rocío . Entalpía especifica del aire húmedo . Diagrama i-x para
mezclas gas-vapor . La zona del aire húmedo no saturado . La zona de niebla .
Aplicaciones del diagrama i-x o de Mollier . Diagrama x –tbs . Temperatura de
bulbo seco y de bulbo húmedo . Saturación adiabática . calentamiento y
enfriamiento . Calentamiento con humidificación . Enfriamiento con
deshumidificacion . Enfriamiento evaporativo . Torres de enfriamiento .Unidad 7: Combustión: el proceso de la misma . Combustibles . Poder
calorífico Aire mínimo y aire real . Factor de dilución . Estequiometria .
Combustión completa . Oxigeno mínimo . Determinación del aire mínimo y del
aire real . Productos de la combustión . El triangulo de Ostwald . Combustión
de hidrocarburos gaseosos . El control de la combustión . Diagrama entalpico
de los humos . Temperatura teórica de combustión . Perdidas en la
combustión. Eficiencia de la misma . Analizadores modernos de gases .
Manejo de tablas para determinar el factor de dilución .Unidad 8: Transmisión del calor . Transmisión por conducción . Mecanismos .
Ley de Fourier . Distintos casos . Transmisión del calor por conveccion .
Mecanismos . Ley de Newton . El coeficiente de película . Su determinación .
Distintos casos . Transmisión del calor por conducción/conveccion . El
coeficiente global de transmisor del calor . Transmisión del calor por radiación .
Mecanismos . Leyes que rigen este intercambio . Nociones sobre
predimensionado de un intercambiador de calor.
Cronograma estimado de clases ( hs cátedra)
Semana
TEMA A DESARROLLAR
Teoría Practica
1
Unidades – Ecuación de estado – Calor especifico 3 hs
2
Trabajo Practico N° 1
3
1er Principio para sistemas abiertos y cerrados –
3 hs
29
30
31
Entalpia – Aplicaciones
Trabajo Practico N° 2
Compresión y mezclas de gases .Transformaciones reversibles e irreversibles – El
2do principio de la termodinámica .Trabajo Practico N° 3.La máquina térmica – entropía – Diagrama T-S –
La maquina de Carnot – Aplicaciones .Trabajo Practico N°4.Vapor de agua . Diagrama P-V .. Tablas de vapor
saturado .Trabajo Practico N° 5
El vapor húmedo – Titulo - Diagramas T-S y I-S –
Calculo de variables – Trabajo practico N° 6 .Ciclos de maquinas térmicas . Rendimiento
térmico y económico .Cogeneración - Ciclos binarios – Ciclo Otto .
Trabajo Practico N° 7
Ciclo Diesel y de Brayton –
Trabajo Practico N° 7
Transformación directa de calor en energía –
Aparatos termodinámicos .Trabajo Practico N° 8
Efecto SEEBECIL – El generador termoeléctrico –
Balance de energía – Convertidor de energía
térmica
Trabajo Practico N° 9
Generadores magnetohidrodinamicos .Psicometría - Aire húmedo . Parámetros
característicos – Entalpías - Diagramas .Trabajo Practico N° 10
Procesos psicrometricos – manejo del diagrama
psicromètrico mediante el uso de sofá especifico .Trabajo Practico N° 11
Diagrama I-T . temperatura teórica de combustión
– Control de la combustión – Analizador de gases
.Transmisión del calor – conducción – Ley de
Fourier .- Conveccion
Trabajo Practico N° 12
Transmisión por conducción y conveccion –
Coeficiente global – Transmisión por radiación .Trabajo Practico N° 12
Predimensionado de Intercambiadores de calor Trabajo Practico N° 13.-
32
Segundo parcial.-
3 hs
CARGA HORARIA ANUAL
96
4
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6
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28
3 hs
3 hs
3 hs
3 hs
3 hs
3 hs
3 hs
3 hs
3 hs
3 hs
3 hs
3 hs
3 hs
3 hs
3 hs
3 hs
3 hs
3 hs
3 hs
3 hs
3 hs
3 hs
3 hs
3 hs
3 hs
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Metodología de Enseñanza
El método es el conjunto de procedimientos destinados a encaminar el espíritu
al conocimiento; cada ciencia tiene además sus procedimientos particulares
según su objetivo y naturaleza.
Un punto de partida en el proceso de enseñanza-aprendizaje es el diagnostico
de los conceptos o ideas previas de los alumnos; es por ello que una actividad
inicial puede consistir en la búsqueda de ideas previas de los alumnos, ya sea
mediante una actividad abierta en clases o con un cuestionario.
Eso nos permite conocer los conocimientos previos que trae el alumno.
Teniendo en cuenta lo anterior , se dictaran las clases teóricas con desarrollos
de problemas a modo de ejemplos, presentando estrategias para su resolución
, teniendo como premisa fijar los conceptos fundamentales .
Las clases practicas se realizan junto al docente a cargo de esa actividad; en
las mismas se plantearan problemas , en el cual será muy importante la
participación de todos los alumnos , buscando en todo momento el dinamismo
y el intercambio de opciones , como una manera de enriquecer el proceso de
enseñanza .
Para esta materia el proceso de aprendizaje tiene características inductivas ,
por lo que el tratamiento de situaciones problemáticas debe empezar desde lo
las sencillos hasta acciones de mayor complejidad .Metodología de Evaluación
El proceso de evaluación debe tener características de continua , tratándose
de no centrarse en una sola etapa. Inicialmente se realizara una evaluación
diagnostica para determinar el grado de conocimientos que tiene los alumnos
antes de iniciar las actividades y que servirá para elaboración de la
planificación.
Está prevista que se evalúen mediante dos parciales al finalizar cada
cuatrimestre , estando previstas etapas de recuperación .
Al finalizar las actividades áulicas y antes de la evaluación final, los alumnos
deben presentar sus carpetas de Trabajos Prácticos para su visado . Además
deben tener un porcentaje del 75% de las clases teóricas y prácticas.Entre los criterios de evaluación , podemos destacar los siguientes :
1.- Comprensión y aprendizaje de los contenidos y responsabilidades frente al
trabajo.2.- Interés por hallar soluciones a los problemas que se presentan y la
aplicación de conocimientos adquiridos a objetos tecnológicos.3.- Desenvolvimiento autónomo en clase y en las tareas grupales propuestas.4.- Reflexión critica sobre los trabajos propuestos.5.- Uso correcto del vocabulario técnico y el simbolismo de la asignatura.6.- Presentación en tiempo y forma de los trabajos asignados.7.- Participación positiva en clase.8.- Interpretación correcta de consignas y conceptos.Recursos didácticos a utilizar como apoyo a la enseñanza
Se dispone de bibliografía específica de la materia, como también se ha
elaborado guías de trabajos prácticos.
Se incentiva al estudiante a recurrir al uso de la bibliografía referida, como
también a la búsqueda de información relevante en páginas de internet.
Recursos tecnológicos.
Se dispone de Notebook y proyector multimedial para presentaciones Power
Point, como también se hace uso del campus virtual de la universidad a través
del aula virtual.
Bibliografía
Tratado Moderno de Termodinámica – Hans Baehr – Edit. Montesco – 1974.Termodinámica ( 2 tomos ) – Cengel y Boles – Edit . Mc. Graw – Hill – 1996
(con software) Termodinamica – JP colman – Edit. Mc Graw – Hill – 1975.Termodinámica – Manqriue – Cardenas – Edit . Harla * 1796.Apuntes de la cátedra – Ing. Molina R G .-