DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA Y AMBIENTAL TERMODINÁMICA (2015741)

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SEDE BOGOTÁ

FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA Y AMBIENTAL

TERMODINÁMICA (2015741)

INTENSIDAD: 4 HORAS / SEMANA

CRÉDITOS: 3

MISIÓN

El Departamento de Ingeniería Química y Ambiental, dependiente de la Facultad de Ingeniería, está encargado de cumplir la Misión que a la Universidad Nacional le ha encomendado la Constitución Nacional en los siguientes aspectos: Promoción de la excelencia de la educación de ingenieros químicos; asimilación, producción y difusión del conocimiento requerido por la industria química; interacción e integración con la sociedad promoviendo la formación de ciudadanos sensibles a los intereses nacionales, libres, creativos, críticos, respetuosos de los valores democráticos, los deberes civiles y los Derechos Humanos.

Como integrante de una universidad pública, se reconoce abierto a todas las corrientes de pensamiento y a todos los sectores sociales y culturales. Contribuye al servicio de la tarea permanente de la construcción de la nacionalidad en un país pluricultural y multiétnico que debe preservar y aprovechar su riqueza en biodiversidad y recursos naturales renovables y no renovables.

VISIÓN

El Departamento de Ingeniería Química y Ambiental se proyecta como un espacio organizacional para la formación integral de profesionales que contribuyan a la solución de problemas actuales y al planteamiento de opciones para el desarrollo de la industria y del país. Es un grupo de trabajo comprometido con la asimilación, aplicación, adaptación, producción y difusión de conocimiento científico y tecnológico y promueve la formación integral en cuanto al proceso educativo corresponde, con el acercamiento continuo a la sociedad, que reconoce necesidades y ofrece soluciones que garantizan preservación de los recursos naturales y aseguran sostenibilidad.

OBJETIVOS

Desarrollar en el estudiante la habilidad para el manejo de propiedades termodinámicas en gráficos y tablas, el uso y los criterios de selección de los métodos de  cálculo de propiedades, la identificación  de sistemas termodinámicos y la aplicación de las leyes de la termodinámica a la solución de problemas. Formular la primera y segunda leyes de la termodinámica en las modalidades de sistemas de masa fija y sistemas de flujo. Precisar las circunstancias en las que se produce la conversión de formas de energía en otras.

CONCEPTOS Y DEFINICIONES PRELIMINARES

1. Termodinámica y plan curricular. Generación de Energía en Colombia, descripción de instalaciones para la transformación de energía. Conceptos preliminares: sistema termodinámico, límites, alrededores del sistema, masa de control, volumen de control, superficie de control. Descripción del estado de un sistema: propiedades termodinámicas. Propiedades independientes y dependientes, principio de estado. Procesos termodinámicos, ciclos.

Sistemas de unidades. Las propiedades masa, volumen, presión y temperatura. Propiedades intensivas y extensivas. Equilibrio térmico y ley cero de la termodinámica. Escalas de temperatura.

Actividad

1. Levantar un plano del recorrido del refrigerante en la nevera de su lugar de vivienda, identificar el refrigerante que utiliza, la cantidad del mismo (gramos) y la potencia del compresor. Proponer un procedimiento experimental para estimar de manera gruesa el costo de congelar 1 kg de agua  

 .

1. Levantar un plano del recorrido del agua que Ud. utiliza para bañarse en su sitio de habitación. Proponga un procedimiento que permita determinar el costo de una ducha de 15 minutos con agua a 40 oC

 SUSTANCIAS PURAS.

2. Definición, fases de una sustancia pura. Cambios de fase de una sustancia: vaporización, sublimación y fusión.

Presión de vapor. Punto triple y punto crítico. Las superficies termodinámicas de una sustancia pura en el plano P-V-T. Calidad de un vapor. Tablas de propiedades termodinámicas.

3. La fase gaseosa. El gas ideal. Temperatura absoluta del gas ideal. La superficie P-V-T de un gas ideal. Gases no ideales: comportamiento. Principio de estados correspondientes: teorías, factor de compresibilidad crítico y factor acéntrico. Diagramas de comportamiento generalizado P-V-T.

4. Tablas de comportamiento generalizado. Ecuaciones de estado de los gases no ideales: ecuaciones con coeficientes viriales, cúbicas,(Van der Waals, Redlich – Kwong, Soave, Peng – Robinson). Otras ecuaciones (Beattie – Bridgeman, BWR) Ecuaciones de estado para líquidos y sólidos.

PRIMER PARCIAL

5. TRABAJO Y CALOR. Funciones de punto y funciones de la trayectoria. Trabajo: definición en física. Trabajo como función de la trayectoria. Convención de signos. Trabajo de una sustancia compresible en procesos cuasiestáticos de sistemas cerrados.  Representación del trabajo en el plano P-V. Proceso reversible. Trabajo de una sustancia compresible en procesos de flujo y estado estable. Otras formas de trabajo. Calor como función de la trayectoria. Similitud entre trabajo y calor. Convención de signos.

6 PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA. Experimentos de Joule: equivalencia entre calor y trabajo. Primera ley aplicada a un sistema cerrado (masa de control). El concepto de energía acumulada: energías interna, cinética y potencial. Entalpía. Energía interna y entalpía en tablas de propiedades termodinámicas. Diagramas p - u y p – h.

 Los calores específicos Cv y Cp. Ley de Joule: energía interna, entalpía y calores específicos de los gases ideales. Tablas de propiedades de gases a baja presión (ideales). Calores específicos de líquidos y sólidos.

7. Conservación de masa y energía (primera ley) en un volumen de control. Energía de flujo. Procesos de flujo y estado estables, PFEE. Procesos en toberas, difusores, turbinas, bombas, compresores e intercambiadores de calor. Procesos de flujo y estado uniforme, PFEU.

SEGUNDO PARCIAL

8. EXPOSICION TRABAJOS

9. SEGUNDA LEY DE LA TERMODINAMICA. Insuficiencia en la primera ley. Conceptos de máquina térmica y bomba térmica. Enunciados de la segunda ley: Kelvin – Planck y Clausius. Eficiencia térmica y coeficiente de rendimiento, COP. El proceso reversible. Ciclo de Carnot. Reversibilidad interna y externa.

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