CURSO: TERMODINAMICA
TRADUCCION: THERMODYNAMICS
SIGLA: ICM1003
CREDITOS: 10
MODULOS: 03
CARACTER: MINIMO
DISCIPLINA: INGENIERIA
I. DESCRIPCION
El estudiante aprendera en el curso, principalmente, como aplicar la Primera y Segunda Ley de la Termodinamica al comportamiento de compuestos puros en sistemas cerrados y abiertos. Esto le permitira calcular el trabajo, el calor y la eficiencia de diversos sistemas de interes en Ingenieria, tales como motores de combustion interna, ciclos de refrigeracion y ciclos de potencia.
II. OBJETIVOS
General:
1. Analizar y dise?ar conceptualmente maquinas termicas como plantas de poder, motores, sistemas de refrigeracion y bombas de calor.
Especificos:
1. Comprender las 4 leyes fundamentales de la Termodinamica.
2. Aplicar la ley cero para el analisis y dise?o de termometros.
3. Aplicar balances de energia y entropia a sistemas compresibles simples.
4. Comprender como se transforma y utiliza la energia en distintas aplicaciones de Ingenieria.
5. Aplicar conocimientos y habilidades para analizar diversos procesos de conversion calor-trabajo.
III. CONTENIDOS
1. Conceptos fundamentales y Ley Cero.
1.1. Conceptos y definiciones fundamentales (sistema, propiedades, equilibrio, proceso, ecuacion de estado).
1.2. Ley Cero, equilibrio termico, escalas de temperatura, termometros.
1.3. Equilibrio termodinamico, trabajo, expansion-compresion, procesos (reversibles/irreversibles, con/sin friccion), eficiencia termodinamica.
1.4. Propiedades y tablas termodinamicas.
2. La Primera Ley.
2.1. Formas de trabajo, experimento de Joule, energia, formulacion preliminar y aplicaciones de la Primera Ley.
2.2. Formulacion general de la Primera Ley, analisis de sistemas abiertos en estado estacionario y su aplicacion al dise?o de equipos de proceso.
2.3. Analisis de procesos simples en estado transitorio (flujo uniforme-estado uniforme, procesos de carga y descarga).
2.4. Unidades, propiedades importantes (energia interna, entalpia, calor sensible, calor latente, calor especifico).
2.5. Gases ideales y sus propiedades.
2.6. Analisis de diversos procesos con gases ideales (isotermico, isocorico, isobarico, adiabatico, politropico).
2.7. Gases reales, diagramas de fases, punto critico, volumen residual, temperatura de Boyle, factor de compresibilidad generalizado.
2.8. Ecuaciones de estado de gases reales I (ecuacion del virial, fuerzas de atraccion-repulsion, ecuacion de Van der Waals).
2.9. Ecuaciones de estado de gases reales II (ecuacion de Van der Waals ecuacion de Redlich y Kwong).
3. La Segunda Ley.
3.1. Conceptos fundamentales (direccionalidad de los procesos, reservorio termico, postulados de Clausius y de Kelvin-Planck, eficiencia termica, coeficientes de operacion).
3.2. Ciclo de Carnot (principios de Carnot, escala termodinamica de temperatura, eficiencia de Carnot).
3.3. Entropia (desigualdad de Clausius, entropia, diagramas de Mollier).
3.4. Exergia & Irreversibilidades (energia disponible y no disponible, trabajo perdido).
3.5. Balances de entropia, entropia y probabilidad, tercera ley.
3.6. Relaciones termodinamicas (funciones de Gibbs y Helmholtz, relaciones de Maxwell, ecuacion de Clapeyron).
4. Maquinas termicas.
4.1. Ciclos de potencia I (limitaciones ciclo de Carnot, ciclo de Rankine, efecto variables de operacion.
4.2. Ciclos de potencia II (modificaciones al ciclo de Rankine).
4.3. Motores de combustion interna (motor de Otto, motor Diesel, ciclo de aire estandar, analisis riguroso).
4.4. Refrigeracion y bombas de calor (ciclo de Carnot reverso, refrigeracion por compresion de vapor, coeficiente de Joule-Thompson).
4.5. Otras aplicaciones de la 1? y 2? ley.
IV. METODOLOGIA
- Clases expositivas.
- Talleres practicos.
- Trabajos grupales.
V. EVALUACION
- Nota de Catedra: 70% - Interrogaciones: 60%
- Promedio controles: 20%
- Promedio talleres: 20%
- 6 experiencias de laboratorio: 30%
VI. BIBLIOGRAFIA
Minima:
Cengel, Y. A. & M. A. Boles. Thermodynamics: An Engineering Approach w/ Student Resources DVD. 4? Ed. New york, Ed. McGraw-Hill, 2002.
Moran, M. J. & H. N. Shapiro. Fundamentos de Termodinamica Tecnica. Ed. Reverte, S.A., 1995, vol. 1 y 2.
Wisniak, J. Thermodynamics. Beer-Sheva, Israel, 2006.
Complementaria:
Sandler, S. I. Chemical, Biochemical, and Engineering Thermodynamics. 4? Ed. Wiley Higher Education, 2006.
Smith, J. M., H. C. Van Ness & M. M. Abbott. Introduccion a la Termodinamica en Ingenieria Quimica. 5? Ed. Mc Graw Hill, 1997.
Sonntag, R. E., C. Borgnakke & G. J. Van Wylen. Fundamentals of Thermodynamics. 6? Rev. Ed. John Wiley & Sons, 2004.
Wark, L. & D. E. Richards Termodinamica. 2? Ed. Mc Graw-Hill, 1991.
PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATOLICA DE CHILE
ESCUELA DE INGENIERIA / Junio 2013