CURSO: TERMODINAMICA TRADUCCION: THERMODYNAMICS SIGLA: IIQ1003 CREDITOS: 10 MODULOS: 04 CARACTER: MINIMO DISCIPLINA: INGENIERIA I. DESCRIPCION En este curso el estudiante aprendera, principalmente, como utilizar la primera y segunda ley de la termodinamica para calcular el trabajo, el calor y la eficacia de diversos sistemas de la ingenieria: motores de combustion interna, refrigeradores, centrales electricas. II. OBJETIVOS Al finalizar el curso el alumno sera capaz de: 1. Definir el concepto de temperatura y temperatura absoluta 2. Explicar el equilibrio termico y el principio de expansion termica 3. Aplicar las ecuaciones de estado de gases reales 4. Explicar la primera ley de la termodinamica y aplicar la ley a ejemplos con gases ideales 5. Describir el concepto de entropia y de la direccion de los procesos 6. Calcular la entropia, potencial termodinamico y eficiencia en distintos ciclos ideales y reales 7. Calcular varias cantidades termodinamicas como promedios de propiedades mecanicas de sistemas de gran numero de particulas III. CONTENIDOS 1. Introduccion y Ley Cero 1.1. Motivacion: aplicaciones, relevancia, energia, potencia. 1.2. Definiciones e ideas fundamentales: sistema y alrededores, temperatura, estado termodinamico de un sistema, propiedades de estado. 1.3. Ley Cero: equilibrio termico, equilibrio termodinamico 1.4. Procesos termodinamicos: trabajo, expansion-compresion, procesos cuasi-estaticos o reversibles, procesos irreversibles, procesos con friccion. 2. 1? Ley 2.1. Introduccion: trabajo en procesos adiabaticos cerrados, experimento de Joule, concepto de energia, formulacion preliminar para sistemas diatermicos cerrados. 2.2. Formulacion general: formulacion de la primera ley para sistemas abiertos y estado transitorio, energia interna, entalpia. 2.3. Casos particulares de la primera ley: sistemas cerrados, flujo en estado estacionario, flujo uniforme-estado uniforme (procesos de carga y descarga). 2.4. Cambios de estado: calor latente, calor sensible, calor especifico, aplicaciones de la primera ley a sistemas cerrados con cambio de estado. 2.5. Aplicaciones de la 1? ley a procesos con gases ideales: proceso isotermico, proceso adiabatico, proceso politropico. 2.6. Caracteristicas de los gases reales: diagramas de fases, punto critico, volumen residual, temperatura de Boyle, factor de compresibilidad. 2.7. Ecuaciones de estado de gases reales de interes teorico: ecuacion del virial, fuerzas de atraccion-repulsion, ecuacion de Van der Waals, principio de Maxwell, principio de los estados correspondientes. 2.8. Ecuaciones de estado de gases reales aplicables en ingenieria: Redlich y Kwong, factor de compresibilidad generalizado. 3. 2? Ley 3.1. Introduccion: direccionalidad de los procesos, reservorio termico, postulados de Clausius y de Kelvin-Planck, eficiencia, refrigerador, bomba de calor. 3.2. Ciclo de Carnot: principios de Carnot, escala termodinamica de temperatura, eficiencia de un ciclo de Carnot reversible. 3.3. Entropia: desigualdad de Clausius, definicion de entropia, entropia de un gas ideal, diagrama de Mollier. 3.4. Aplicaciones de la 2? Ley: energia disponible y no disponible, irreversibilidad, trabajo perdido, balance de entropia. 3.5. Relaciones termodinamicas: Funciones de Gibbs y Helmholtz, relaciones de Maxwell. 4. Aplicaciones a la Ingenieria 4.1. Conversion de calor en trabajo: procesos ciclicos, limitaciones del ciclo de Carnot, Ciclo Rankine, eficiencia del ciclo Rankine. 4.2. Efecto de las variables de operacion: presion del condensador, presion de la caldera, temperatura del vapor, ciclo Rankine con regeneracion. 4.3. Motores de combustion interna: motor de Otto, motor Diesel. 4.4. Refrigeracion: ciclo de Carnot reverso, refrigeracion por compresion de vapor, coeficiente de Joule-Thomson, ciclo de refrigeracion por absorcion. 4.5. Otras aplicaciones de la 1? y 2? ley. IV. METODOLOGIA - El curso se realiza utilizando metodologias de ense?anza centradas en el alumno que permitan a los desarrollar las competencias definidas en los objetivos del curso. - El curso esta dise?ado de forma tal que el alumno dedique al estudio personal un promedio de 5 horas a la semana. V. EVALUACION El curso cuenta con un laboratorio, en el que se realizaran un minimo de seis experiencias relacionadas con el contenido teorico. VI. BIBLIOGRAFIA Textos Minimos Cengel Y.A. y Boles M. Thermodynamics: an engineering approach, McGraw-Hill Higher Education, c2006. Sandler S. I. Chemical, Biochemical, and Engineering Thermodynamics, 4th Edition", Wiley Higher Education, 2006. PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATOLICA DE CHILE ESCUELA DE INGENIERIA / DEPTO. INGENIERIA QUIMICA Y BIOPROCESOS / Agosto 2009