FACULTAD DE INGENIERÍA
DIVISIÓN DE CIENCIAS BÁSICAS
DEPARTAMENTO DE FÍSICA
Programa de la Asignatura: TERMODINÁMICA
Clave: 1310 Número de créditos: 10
Carrera: ICi, ICo, IEe, IGf, IGl, IIn, IMe, IMm, IPe, ITc,ITg
Duración del curso:
Semanas: 16
Horas: 96
Semestre: 3º
Horas a la semana:
Teoría: 4.0 Obligatoria: SI
Prácticas: 2.0 Optativa:
OBJETIVO DEL CURSO :
El alumno analizará los conceptos y principios fundamentales de la
termodinámica clásica para aplicarlos en la solución de problemas
físicos. Desarrollará sus capacidades de: observación, modelado
de fenómenos físicos, manejo de instrumentos y equipos experimentales,
razonamiento lógico y toma de decisiones.
TEMARIO :
Núm. Nombre Horas
I CONCEPTOS FUNDAMENTALES Y LA
LEY CERO DE LA TERMODINAMICA 8.0
II LA 1a. LEY DE LA TERMODINAMICA 12.0
III PROPIEDADES DE LAS SUSTANCIAS PURAS 16.0
IV EL BALANCE DE ENERGIA.
APLICACIONES DE LA PRIMERA LEY
DE LA TERMODINAMICA 16.0
V LA 2a. LEY DE LA TERMODINAMICA 12.0
TOTAL 64.0
Prácticas de laboratorio 32.0
TOTAL DE HORAS 96.0
ASIGNATURAS ANTECEDENTES :
CÁLCULO II
ANTECEDENTES, OBJETIVOS Y CONTENIDOS DE LOS TEMAS
I. CONCEPTOS FUNDAMENTALES Y LA LEY
CERO DE LA TERMODINAMICA.
ANTECEDENTES: Cálculo II.
OBJETIVO:
El alumno calculará la variación de la presión en los fluidos estáticos,
relacionará las diversas escalas de temperatura, establecerá las condi-
ciones de equilibrio de un sistema según sus restricciones e identificará
las características distintivas de las propiedades de la sustancia.
CONTENIDO:
I.1 Sistemas termodinámicos. Fronteras.
I.2 Propiedades macroscópicas de las sustancias (extensivas e intensivas).
I.3 Equilibrio termodinámico.
I.4 Volumen, volumen específico y densidad.
I.5 Presión. El gradiente de presión. Manometría.
I.6 Equilibrio térmico. La ley Cero. Temperatura.
I.7 Escalas empíricas de temperatura. Propiedades termométricas.
I.8 El postulado de estado. El diagrama (v,P). Procesos.
Proceso casiestático.
I.9 Las características matemáticas de las propiedades de la sustancia.
II. LA 1a. LEY DE LA TERMODINAMICA.
ANTECEDENTES: Cálculo II.
OBJETIVO:
El alumno reconocerá la importancia del concepto de energía y de sus
formas en tránsito y formulará las ecuaciones que modelen el funcio-
namiento de los sistemas de interés en la ingeniería.
CONTENIDO:
II.1 Concepto de calor: sensible y latente.
II.2 Concepto de trabajo. Trabajo casiestático de una sustancia
compresible.
II.3 El trabajo y los cambios de las energías cinética y potencial.
II.4 Los experimentos de Joule.
II.5 La relación de equivalencia entre el calor y el trabajo.
II.6 La Primera ley.
II.7 La energía como propiedad de la sustancia.
II.8 Las energías cinética, potencial e interna.
II.9 El principio de conservación de la masa.
II.10 El principio de conservación de la energía.
II.11 La Primera ley en ciclos. Eficiencia térmica.
II.12 Balances de energía y de masa (la ecuación de continuidad).
II.13 La entalpia.
II.14 Balances de energía en casos especiales: régimen permanente,
estado estable, fluidos incompresibles (ecuación de Bernoulli).
II.15 Balances de energía en equipos.
II.16 La energía interna y el calor a volumen constante: Cv.
II.17 La entalpia y el calor a presión constante: Cp.
III. PROPIEDADES DE LAS SUSTANCIAS PURAS.
ANTECEDENTES: Cálculo II.
OBJETIVO:
El alumno establecerá las propiedades necesarias, basado en el postulado
de estado,para aplicar las leyes de la termodinámica, utilizando tablas y
gráficas.Así mismo reconocerá las limitaciones y los alcances de los
modelos matemáticos, principalmente de la ecuación de estado del gas
perfecto, en la aplicación de las leyes de la termodinámica.
CONTENIDO:
III.1 Diagramas de fase. Estados triple y crítico.
III.2 Procesos casiestáticos y su representanción en diagramas de fase.
III.3 Tablas de las propiedades: P, v, t, u y h.
III.4 La ecuación de estado.
III.5 Los coeficientes de compresibilidad isotérmica y de expansión
isobárica. El coeficiente de Joule y de Thomson.
III.6 Los experimentos de Boyle y de Mariotte, de Gay-Lussac y de Charles.
III.7 La temperatura absoluta.
III.8 El gas perfecto y su ecuación.
III.9 La ley de Joule para el gas ideal.
III.10 La fórmula de Mayer. La ecuación de Poisson para el proceso
adiabático.
IV. EL BALANCE DE ENERGIA. APLICACIONES DE LA
PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA.
ANTECEDENTES: Cálculo II.
OBJETIVO:
El alumno modelará matemáticamente y resolverá cuantitativamente los
problemas en que sean importantes las transmisiones energéticas, rela-
cionados con los principales sistemas de aplicación en la ingeniería.
CONTENIDO:
IV.1 Metodología general en la resolución de problemas.
IV.2 Aplicación de la Primera ley a sistemas cerrados:
procesos isotérmicos, isométricos, isobáricos,
adiabáticos y politrópicos con gas ideal y con
sustancias reales.
IV.3 Aplicación de la Primera ley en ciclos: de Rankine
y de refrigeración. Los ciclos de Carnot, de Brayton,
de Otto y de Diesel. Las eficiencias
de los ciclos.
V. LA 2a. LEY DE LA TERMODINAMICA.
ANTECEDENTES: Cálculo II.
OBJETIVO:
El alumno calculará los cambios de entropía y establecerá las
posibilidades de realización de los procesos y las mejores con-
diciones de funcionamiento de los sistemas de aplicación en la
ingeniería.
CONTENIDO:
V.1 El postulado de Clausius (refrigeradores) y de Kelvin y de Planck
(máquinas térmicas).
V.2 El proceso reversible. Causas de irreversibilidad.
V.3 El teorema de Carnot. La escala de temperaturas absolutas.
V.4 La desigualdad de Clausius como consecuencia de la Segunda ley.
V.5 La entropía.
V.6 Diagramas de fase: (s,t) y (s,h) o de Mollier.
V.7 Generación de entropía. Balance de entropía.
V.8 La eficiencia isentrópica de equipos: turbinas, compresores
y bombas.
V.9 El trabajo útil: las funciones de Helmholtz y de Gibbs.
TÉCNICAS DE ENSEÑANZA: ELEMENTOS DE EVALUACIÓN:
Exposición oral (X) Exámenes parciales (X)
Exposición audiovisual (X) Exámenes finales (X)
Ejercicios dentro de clase (X) Trabajos y tareas fuera del aula (X)
Ejercicios fuera del aula (X) Participación en clase (X)
Seminarios ( ) Asistencia a prácticas ( )
Lecturas obligatorias (X) Otros: Participación en prácticas
Trabajos de investigación (X)
Prácticas de taller o lab. (X)
Prácticas de campo ( )
BIBLIOGRAFIA :
Texto Temas de la asignatura para los que se recomienda:
LIBROS DE TEXTO
WARK, Kenneth TODOS
“Termodinámica”
McGraw Hill, 5a. edición
México, 1992
BURGHARDT, David TODOS
”Ingeniería Termodinámica”
Harla, 2a. edición
México 1988
LIBROS DE CONSULTA
HOWELL, John R., y BUCKIUS, Richard O. TODOS
“Principios de Termodinámica
para Ingenieros”
McGraw Hill
México, 1991
MANRIQUE, José A. y CARDENAS, Rafael S. TODOS
“Termodinámica”
Harla, 3a. edición
México, 1984
HUANG, Francis P. TODOS
”Ingeniería Termodinámica”
CECSA, 2a. edición
México, 1981