Download programa docente - ETSEI

PROGRAMA DE TERMODINÁMICA
2º CURSO DE INGENIERÍA INDUSTRIAL SUPERIOR
UNIVERSIDAD DE VIGO
CURSO 2002-2003
PROGRAMA DOCENTE
Datos administrativos 1
Nombre de la materia
Código
Créditos Aula/grupo
Créditos Laboratorio/grupo
Créditos Prácticas/grupo
Número grupos Aula
Número grupos Laboratorio
Número grupos Prácticas
Anual /Cuatrimestral
Departamento
Área de conocimiento
Termodinámica
3041102080
6
1,5
3
10
1º Cuatrimestre
Ingeniería Mecánica, Máquinas y Motores Térmicos
y Fluidos
Máquinas y Motores Térmicos
PROFESORADO DE LA MATERIA
Nombre profesor/a 2
COORDINADOR
Manuel Vázquez Vázquez
Profesor Visitante
Código
Créditos 3
0655
17,5 A
Lugar y horario tutorías
Despacho 216 (edificio nuevo)
1º Cuatrimestre
Martes: 12-14, 16-18
Miércoles: 10-12, 16-18
Jueves: 12-14
Viernes: 10-11, 13-14
0,5 A+15 L
OBJETIVO
Etimológicamente Termodinámica significa dinámica del calor, por lo que tratará sobre la
capacidad del calor para producir trabajo. En sentido amplio, la Termodinámica trata básicamente
del estudio de la energía y de las conversiones de energía de una forma en otra, entendiendo como
energía de un cuerpo o substancia la capacidad que tiene de realizar trabajo.
El estudio de la Termodinámica está basado en los principios o leyes fundamentales de la
Termodinámica. El Principio Cero trata sobre un estado final de equilibrio térmico de los cuerpos
en contacto y es el fundamento de los termómetros y la termometría. El Primer Principio de la
Termodinamica es el principio general de conservación de la energía. El Segundo Principio de la
Termodinámica es el principio general del incremento constante de entropía en el universo, y del
que se deduce el concepto de exergía. Y el Tercer Principio de la Termodinámica es el principio de
la inalcanzabilidad del cero absoluto de temperaturas.
1
Datos disponibles na páxina web da Universidade.
No caso de varios profesores/as, suliñarase o profesor/a coordinador/a da materia
3
Indicando A (alula), L (laboratorio) ou P (prácticas)
2
Además de estos principios, en este curso se estudian las propiedades termodinámicas de las
sustancias puras, concretadas en gases ideales y vapor de agua, se aprende a hacer balances de
materia, energía, entropía y exergía en procesos técnicos y se hace una introducción a las
principales aplicaciones técnicas de la Termodinámica, los ciclos motores y frigoríficos.
TEMARIO 4
PROGRAMA DE TEORÍA
Parte 1: Termodinámica Fundamental
Tema 1: Propiedades básicas, conceptos y definiciones (6 horas)
1.1 Energía y Termodinámica
1.1.1
Unidades
1.1.2
Perspectiva macroscópica y microscópica de la Termodinámica
1.1.3
Propiedades termodinámicas. Extensivas e intensivas
1.2 Volumen
1.3 Presión
1.4 Temperatura
1.4.1
Principio Cero de la Termodinámica
1.4.2
Termómetro de mercurio
1.4.3
Termómetro de gas a volumen constante. Temperatura absoluta
1.4.4
Escalas Kelvin, Celsius, Rankine y Fahrenheit
1.5 Ley del Gas Ideal o Gas Perfecto
1.6 Algunas definiciones termodinámicas. Sistema, estados y equilibrio termodinámicos
1.7 Procesos termodinámicos
1.8 Metodología para resolver problemas de Termodinámica
Tema 2: Trabajo y Calor (4 horas)
2.1 Trabajo
2.1.1
Trabajo y energía cinética
2.1.2
Trabajo y energía potencial
2.1.3
Otros ejemplos de trabajo
2.2 Trabajo termodinámico. Energía transferida
2.3 Trabajo en un sistema compresible. Aplicación al gas ideal
2.4 Calor o energía térmica
Tema 3: El Primer Principio de la Termodinámica. Sistemas cerrados (9 horas)
3.1 Energía de un sistema
3.2 El Primer Principio de la termodinámica. Ejemplos de aplicación
3.2.1
El Primer Principio en procesos cíclicos
3.3 La energía interna
3.4 La entalpía
3.5 Calores específicos a volumen y presión constante
3.6 Procesos adiabáticos
3.7 Procesos cíclicos
3.7.1
Ciclos de potencia. Ciclo de carnot y Ciclo Otto
3.7.2
Ciclos de refrigeración y bomba de calor
4
Incluir contido teórico e contido de prácticas de laboratorio, con indicación de horas por lección ou tema
Tema 4: Propiedades de una sustancia pura, simple y compresible (6 horas)
4.1 El principio de estado
4.2 Superficies p-v-T. Proyecciones de la superficie p-v-T
4.3 Fases líquido y vapor
4.3.1
Título de una mezcla
4.3.2
Tablas de propiedades para fases líquido y vapor
4.4 El Primer Principio y las fases líquido y vapor
4.5 Fases sólida y líquida
4.6 La relación p-v-T para gases. Ecuaciones de estado del gas ideal
Tema 5: El Primer Principio y sistemas abiertos (6 horas)
5.1 Volumen de control
5.1.1
Equilibrio local en un proceso de flujo
5.2 Conservación de la masa y volumen de control
5.3 Trabajo de flujo y transferencia de energía en la superficie de control
5.4 Ecuación de la energía para un volumen de control
5.5 Aplicaciones de la ecuación de la energía en flujos estacionarios
5.6 Válvula de estrangulamiento y coeficiente Joule-Thomson
5.7 Otras aplicaciones. Ciclo Brayton. Bomba de calor
5.8 Ecuación de la energía en flujos no estacionarios
Tema 6: El Segundo Principio de la Termodinámica (11 horas)
6.1 Procesos reversibles e irreversibles
6.2 El Segundo Principio de la Termodinámica
6.2.1
La escala Kelvin de temperaturas
6.3 Desigualdad de Clausius
6.4 Entropía
6.4.1
Diagrama T-s
6.4.2
Ciclo de Carnot
6.4.3
Entropía y procesos irreversibles
6.4.4
Representación de procesos irreversibles
6.5 Variación de entropía de un gas ideal
6.5.1
Entropía de una sustancia pura
6.6 Variación de entropía en sistemas cerrados
6.7 Variación de entropía en un volumen de control
6.8 Procesos isoentrópicos
6.9 Rendimientos isoentrópicos de turbinas, toberas, compresores y bombas
Tema 7: Trabajo disponible y exergía (7 horas)
7.1. Trabajo disponible
7.1.1. Un foco térmico
7.1.2. Una fuente finita
7.2. Trabajo disponible en sistemas cerrados
7.3. Trabajo disponible en sistemas abiertos
7.4. Irreversibilidad
7.5. Exergía. Sistemas abiertos y cerrados
Parte 2: Introducción a la Termodinámica Técnica
Tema 8: Ciclos motores de gas y de vapor. Ciclos frigoríficos (11 horas)
8.1. Ciclos motores de gas
8.2. Ciclos motores de vapor
8.3. Ciclos frigoríficos
Docencia práctica
Las prácticas de teoría se complementan con prácticas de pizarra mediante la resolución de
ejemplos y problemas y prácticas de laboratorio.
PROGRAMA DE PRACTICAS DE LABORATORIO
Práctica 1.- (3 horas)
EL AIRE COMO GAS IDEAL. LEYES DE BOYLE- MARIOTE, GAY-LUSSAC Y AMONTONS.
Estudiar el aire a temperaturas próximas a la del ambiente comprobando que su comportamiento responde al
modelo de gas ideal por cumplir las leyes de Boyle-Mariote, Gay-Lussac y Amontons.
Práctica 2.- (3 horas)
MASA MOLECULAR DEL ALCOHOL ETÍLICO.
Calcular la masa molecular del alcohol etílico por evaporación del mismo a presión atmosférica, a través del
método de densidad de vapor de Viktor Meyer,.
Práctica 3.- (3 horas)
CALIBRACIÓN DE UN CALORÍMETRO.
Calibrar el calorímetro determinando la capacidad calorífica conjunta, Capacidad Calorífica de los elementos
que conforman el equipo excepto el agua, de la que ese dato ya es conocido.
Práctica 4.- (3 horas)
COMPROBACIÓN DE LAS LEYES TERMODINÁMICAS EN PROCESOS ADIABÁTICOS E
ISOTÉRMICOS EN GASES Y EL TRABAJO INTERCAMBIADO
Medir el trabajo intercambiado por el gas y compararlo con la variación de energía interna (cvT), así como
con el trabajo teórico. Determinación de , cociente de los calores específicos del gas (cp/cv), en gases
monoatómicos, diatómicos y poliatómicos
Práctica 5.- (3 horas)
MEDIDA DE LA CURVA DE PRESIÓN DE VAPOR DE AGUA
Experimento de la “caldera de Marcet” para determinar la relación entre la presión y la temperatura del vapor
saturado.
Práctica 5.- (3 horas)
ESTUDIO TERMODINÁMICO DEL MOTOR STIRLING, TRABAJANDO COMO MOTOR Y COMO
REFRIGERADOR
Determinación de la energía y potencia mecánica proporcionadas por un motor que sigue un ciclo de Stirling
en función de su velocidad de giro. Posteriormente se representa gráficamente obteniendo la curva
característica de potencia efectiva del motor. Asimismo, se realizará la determinación de la potencia eléctrica
efectiva proporcionada por un motor que sigue un ciclo de Stirling, en dos modos de trabajo, en función del
número de revoluciones por minuto para representarlo gráficamente.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 5
Bibliografía Básica
El programa del curso se basa fundamentalmente en los libros Fundamentos de
termodinámica técnica cuyos autores son Moran y Shapiro de Editorial Reverté y
Thermodynamics for engineers de Karlekar, editorial Prentice-Hall. Respecto a libros
específicos de problemas es útil el libro Problemas Resueltos de Termodinámica Técnica:
Primer y Segundo Principio de M. Vazquez, Servicio de Publicaciones de la Universidad
de Vigo.
Bibliografía Complememtaria
 Agüera Soriano, J., <<Termodinámica Lógica y Motores Térmicos>>. Madrid: Ed. Ciencia 3, 1993
 Aguilar Peris J., <<Curso de Termodinámica>>Alhambra Longman, 1996
 Baher H. D., <<Tratado Moderno de Termodinámica. Teoría y Aplicaciones Técnicas>>. Barcelona: K.
Monteso, 1979.
 Gómez Ribelles, J.L., <<Termodinámica. Análisis exergético>>Ed. Reverté., 1990
 Kirillin V.A., Sichev V.V. y Sheindlin A.E., <<Termodinámica Técnica>>. Moscú: Ed. MIR, 1980.
 Lacalle, J.M., <<Termodinámica>> Madrid: Servicio de Publicaciones ETSII, 1997
 Palacios J., <<Termodinámica Aplicada>>. Madrid: I.N.T.A., 1970.
 Reynolds C.W. and Perkins H.C., <<Ingeniería Termodinámica>>. New York: Mc Graw-Hill, 1980.
 Sala Lizarraga, J.M., <<Termodinámica de Fluidos y el Método de Análisis Exergético>>Servicio
Editorial Univ. del País Vasco, 1987
 Sears F.W. y Salinger G.L., <<Termodinámica, Teoría cinética y Mecánica Estadística>>. Barcelona: Ed.
Reverté, 1978.
 Segura J., <<Termodinámica Técnica>>. Barcelona: Ed. Reverté 1994.
 Tejerina F., <<Termodinámica: teoría y problemas con soluciones programadas>> Alfa Centauro, 1986.
 Zemansky M.W. y Dittman R.H., <<Calor y Termodinámica>>. Madrid: Mc Graw- Hill, 1981.
Libros de problemas




5
Segura J., y Rodriguez J <<Problemas de Termodinámica Técnica>> Barcelona: Ed. Reverté, 1990
T. Andrianova. <<Problemas de Termodinámica Técnica>> Editorial MIR
Lacalle-Nieto. << Problemas de termodinámica>> E.T.S.I.I. Madrid
Pellicer J. y Tejerina F.,<< Problemas de termodinámica con soluciones programadas>> Secretariado de
Publicaciones Univ. de Valladolid, 1997
Especificando bibliografía básica e complementaria.
MÉTODO DOCENTE 6
La docencia teórica está fundada básicamente en la lección magistral donde se hace uso de la
pizarra y transparencias. Se procura hacer participar al alumno de todos los desarrollos teóricos. Los
ejemplos y problemas se realizan inmediatos a las clases de teoría con participación de los alumnos.
Las prácticas de laboratorio se desarrollan en el laboratorio de Termodinámica del área de
Máquinas y Motores Térmicos.
MÉTODO DE EVALUACIÓN 7
Evaluación contínua: A lo largo del curso y durante las clases, el profesor podrá hacer preguntas a
los alumnos de los temas dados hasta la fecha y podrá poner notas en función de las
respuestas. Estas notas serán tenidas en cuenta en caso de que los resultados de los
exámenes sean ligeramente inferiores al aprobado.
Exámenes:
Se realizará un único examen que será el examen oficial aprobado por la Escuela
Técnica Superior de Ingenieros Industriales.
Contenido:
El examen consistirá básicamente en la resolución de problemas aunque puede
haber una parte de teoría que consistirá en preguntas de tipo conceptual.
Prácticas de Laboratorio: La realización de las mismas es requisito obligatorio para aprobar la
asignatura.
OTROS DATOS DE INTERÉS 8
6
Indicando:
medios materiales que utilizará para desenvolver a materia nas aulas (transparencias, cañón electrónico, internet,...)
denominación dos lugares onde será deselvonta a docencia de Prácticas, se as houbera, é de Laboratorio.
7
Indicando:
tipo de avaliacións: avaliación da docencia de aulas, prácticas e laboratorios, avaliación / escrita / oral / outras,
criterios de avaliación: exámes / participación / traballos / outros
criterios de valoración das probas: indicar si se farán en cada proba ou son comúns para tódalas probas. Neste último caso
especificar estos criterios.
En cada proba indicaráse a data de publicación das calificacións e a data de revisión
8
Calquera outra información adicional de interés para o alumno.