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7645 - Termodinámica de los Procesos
PLANIFICACIONES
Planificaciones
7645 - Termodinámica de los Procesos
Docente responsable: IRIGOYEN BEATRIZ DEL LUJAN
1 de 8
Actualización: 2ºC/2016
7645 - Termodinámica de los Procesos
PLANIFICACIONES
Actualización: 2ºC/2016
OBJETIVOS
La Termodinámica es la ciencia que trata las transformaciones de la energía y las relaciones entre las
propiedades físicas de las sustancias involucradas en dichas transformaciones.
El objetivo de este curso es el estudio de la Termodinámica desde el punto de vista de la Ingeniería Química.
Se persigue la formación del estudiante de grado en la adquisición de los conocimientos básicos indispensables
para el posterior estudio de las materias Introducción a la Ingeniería Química y Evaluación de Propiedades; como
asimismo de los Fenómenos de Transferencia de Cantidad de Movimiento, de Calor y de Materia. En este
curso, el estudiante podrá determinar las condiciones de operación para procesos de separación de
compuestos químicos a través del estudio del equilibrio entre fases, y las condiciones de equilibrio para
procesos con reacción química.
El enfoque adoptado para el estudio termodinámico será fundamentalmente macroscópico.
CONTENIDOS MÍNIMOS
-
PROGRAMA SINTÉTICO
Conceptos básicos.
La Termodinámica en Ingeniería Química. Estado termodinámico de un sistema. Propiedades extensivas e
intensivas. Funciones de punto y de camino. Dimensiones y unidades.
Las Propiedades Físicas de los Fluidos Puros.
La superficie P-v-T. Los diagramas P-v y P-T. El comportamiento real de los gases - Los modelos del virial,
Van der Waals, Redlich-Kwong, Benedict-Webb-Rubin - El factor de compresibilidad y los estados
correspondientes - Las tablas generalizadas. La presión de vapor: ecuación de Clausius-Clapeyron.
Las Propiedades Físicas de los Sistemas multicomponentes.
Los modelos de Van der Waals y del factor de compresibilidad promedio. El equilibrio gas-líquido. Las leyes de
Raoult y Henry. Las constantes de equilibrio de vaporización.
La Conservación de la Materia y la energía. El Primer Principio de la Termodinámica.
Procesos sin reacción química: Calor, trabajo y energía interna. El primer principio de la termodinámica.
Concepto de entalpía y de capacidad calorífica. La capacidad calorífica de sólidos, líquidos y gases: ecuaciones
polinómicas, método de contribuciones de grupos funcionales. Aplicaciones a sistemas cerrados y abiertos. El
calor de reacción a presión constante y a volumen constante.
El Segundo y Tercer Principio de la Termodinámica.
Procesos reversibles e irreversibles. El Teorema de Carnot. Temperatura absoluta. Entropía. Aplicaciones a
sistemas cerrados y abiertos. Condiciones generales de espontaneidad y estabilidad del equilibrio.
Las Relaciones entre Magnitudes Termodinámicas.
Las relaciones fundamentales y las relaciones de Maxwell.
Propiedades residuales. Cálculo a partir de ecuaciones de estado y de correlaciones generalizadas. Distintos
diagramas termodinámicos.
Teoría de la Termodinámica de Soluciones.
Propiedades medias, propiedades molares parciales, propiedades de mezcla. Aplicaciones. Potencial químico.
Ecuación de Gibbs-Dühem. Mezclas gaseosas, concepto de fugacidad. Soluciones ideales. Leyes de LewisRandall y de Henry. Soluciones reales. Coeficiente de actividad. Propiedades de exceso.
Aplicaciones de la Termodinámica de Soluciones.
Cálculo de puntos de burbuja y rocío en soluciones no-ideales. Operación flash. Diagramas binarios. Azeótropos,
eutécticos.
Equilibrio Químico.
Energía libre, entalpía y entropía de formación. Constante de equilibrio de una reacción química.
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PROGRAMA ANALÍTICO
1.- Conceptos básicos.
La Termodinámica en Ingeniería Química. Su naturaleza. Conceptos y definiciones básicas.
Estado termodinámico de un sistema. Propiedades extensivas e intensivas. Dimensiones y unidades.
La temperatura. Las escalas de temperaturas absolutas y relativas.
La presión. La densidad, densidad relativa y volumen específico.
La fracción molar y fracción másica. La concentración y sus expresiones. La energía.
2.- Las Propiedades Físicas de los Fluidos Puros.
La superficie P-v-T de sustancias puras. Los fenómenos de fusión, vaporización y sublimación. Los estados
saturados. El punto crítico y el estado triple.
El diagrama P-T. El punto normal de ebullición - el líquido subenfriado - el vapor sobrecalentado.
El diagrama P-v. La calidad de un vapor húmedo.
El gas ideal: isotermas, isobaras e isocoras.
El comportamiento real de los gases. La ecuación de estado del virial.
Las ecuaciones de estado cúbicas: Van der Waals y de Redlich-Kwong. Determinación de sus parámetros. La
ecuación de estado de Benedict-Webb-Rubin.
El factor de compresibilidad y los estados correspondientes. Correlaciones generalizadas.
El factor acéntrico.
La presión de vapor. El efecto de la temperatura sobre la presión de vapor: Clapeyron y Clausius-Clapeyron.
3.- Las Propiedades Físicas de los Sistemas multicomponentes.
El comportamiento de las mezclas. La regla de las fases de Gibbs.
Mezclas gaseosas ideales: las leyes de Dalton y Amagat.
Mezclas gaseosas reales: los modelos de Van der Waals, del factor de compresibilidad promedio y el método
de Kay de las propiedades pseudocríticas.
El equilibrio gas-líquido. Las leyes de Raoult y Henry.
Los diagramas P - composición y T - composición para sistemas binarios ideales. Los puntos de rocío y de
burbuja. Cálculos de puntos de burbuja y de rocío en soluciones ideales. Las constantes de equilibrio de
vaporización.
4.- La Conservación de la Materia y la energía. El Primer Principio de la Termodinámica.
Conceptos y definiciones básicas: el flujo másico, los estados estacionarios y no-estacionarios. El balance
global y parcial de materia.
Procesos sin reacción química. Las consideraciones generales sobre el calor y el trabajo. Las propiedades
termodinámicas. Las funciones de estado. La energía interna.
El primer principio de la termodinámica. Concepto de entalpía y de capacidad calorífica.
La capacidad calorífica de sólidos, líquidos y gases: ecuaciones polinómicas, método de contribuciones de grupos
funcionales. La discrepancia de capacidades caloríficas.
Los calores latentes de fusión y de vaporización: la ecuación de Clapeyron.
Aplicaciones del primer principio a sistemas cerrados y abiertos. Procesos cuasiestáticos.
5.- El Segundo Principio de la Termodinámica.
El equilibrio termodinámico. El segundo principio de la Termodinámica: los enunciados de Kelvin y de
Clausius.
Los procesos reversibles e irreversibles. Las máquinas térmicas y el Teorema de Carnot. El concepto de
temperatura absoluta.
La desigualdad de Clausius. La definición de Entropía.
El cambio de entropía de un gas ideal: mezclado. El cambio de entropía en las transiciones de fase.
El balance entrópico. Los procesos isoentrópicos y politrópicos.
El rendimiento adiabáticos de equipos: toberas, comprensores, turbinas y bombas.
El tercer principio de la Termodinámica.
6.- Las Relaciones entre Magnitudes Termodinámicas.
Propiedades termodinámicas de los fluidos puros. Energías de Gibbs y Helmholtz. Las relaciones
fundamentales y las relaciones de Maxwell. Efecto de la presión sobre la entalpía y la entropía. La expansión de
Joule-Thomson y el coeficiente de Euken.
Distintos diagramas termodinámicos.
7.- Propiedades residuales. Cálculo de propiedades residuales a partir de correlaciones generalizadas y de
ecuaciones de estado.
8.- Teoría de la Termodinámica de Soluciones.
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Potencial químico y equilibrio de fases. Propiedades parciales. Propiedades molares parciales. Cambio de las
propiedades molares parciales con la composición. La ecuación de Gibbs-Duhem.
Fugacidad y coeficiente de fugacidad. Fugacidades de compuestos puros y de un componente en una mezcla.
Aplicaciones al cálculo de fugacidades.
Concepto de solución ideal según Lewis-Randall y según Henry.
Soluciones reales. Coeficientes de actividad. Propiedades de exceso. Aplicaciones al cálculo de coeficientes
de actividad.
Cambio de propiedades de mezclado. Diagramas entalpía-concentración.
9.- Aplicaciones de la Termodinámica de Soluciones.
Equilibrio de fases en mezclas. Equilibrio líquido-vapor usando modelos del coeficiente de actividad. Cálculo
de puntos de burbuja y rocío en soluciones no-ideales. Operación flash. Diagramas binarios. Azeótropos,
eutécticos. Comportamiento de mezclas a altas presiones.
10.- Equilibrio de las Reacciones Químicas.
Coordenada de reacción. Aplicación del criterio de equilibrio a reacciones químicas. Energía de Gibbs de
formación. Constante de equilibrio de una reacción química. Efecto de la temperatura y de la presión en la
constante de equilibrio. Ecuación de van´t Hoff. Aplicaciones al cálculo de conversiones de equilibrio para
reacciones simples.
BIBLIOGRAFÍA
- “Termodinámica”, Kenneth Wark and D. E. Richards; 6ª. Ed., Mc Graw-Hill, 2001.
- “Introducción a la Termodinámica en Ingeniería Química”, J.M. Smith J.M. y H.C. Van Ness; 6ª. Ed. Mc GrawHill, 2006.
- “Principios de los Procesos Químicos”, Tomo II: Termodinámica, O.Hougen, K.Watson and R. Ragatz.
- “Chemical and Engineering Thermodynamics”. Stanley Sandler; 3ª. Ed., J. Wiley & Sons, 1999.
- “Fundamentals of Engineering Thermodynamics”, M.J. Moran and H.N. Shapiro; 2ª. Ed., J. Wiley & Sons, 1996.
- “Termodinámica”, Yunus Cengel and M. Boles; 4ª. Ed., Mc Graw-Hill, 2002.
- “Manual del Ingeniero Químico”, Robert H. Perry and Cecil H. Chilton; Mc Graw-Hill.
RÉGIMEN DE CURSADA
Metodología de enseñanza
La metodología a emplear en el dictado de la materia consiste en un enfoque teórico-práctico.
Durante las clases teóricas se presentarán y discutirán los conceptos correspondientes a los distintos temas
involucrados, ejemplificando las aplicaciones más interesantes. Para ello se emplearán técnicas
audiovisuales.
Durante las clases prácticas se realizarán problemas de aplicación sobre los temas presentados en las clases
teóricas; para lo cual, los alumnos disponen de una guía de problemas.
Además se realizará un trabajo práctico de cálculo de propiedades termodinámicas aplicado a un caso
real.
Modalidad de Evaluación Parcial
El examen parcial se dividirá en 2 partes e incluirá los temas de la materia vistos en el período
correspondiente a cada instancia de evaluación, según el calendario académico vigente.
Para cursar la materia, el alumno deberá aprobar el examen parcial como asimismo realizar y aprobar el
trabajo práctico. Se preveen, además, dos (2) oportunidades para la recuperación del examen parcial.
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CALENDARIO DE CLASES
Semana
Temas de
teoría
Resolución
de problemas
Laboratorio
Otro tipo
Fecha entrega
Informe TP
Bibliografía
básica
<1>
15/08 al 20/08
Conceptos
Básicos. Las
Propiedades
de los
Fluidos Puros.
Unidades. Las
Propiedades de
los Fluidos Puros.
“Termodinámi
ca”, Kenneth
Wark and D.
E. Richards;
6ª. Ed., Mc
Graw-Hill,
2001.
<2>
22/08 al 27/08
Las
Propiedades
de las
Mezclas
Multicompone
ntes.
Las Propiedades
de los Fluidos
Puros.
“Termodinámi
ca”, Kenneth
Wark and D.
E. Richards;
6ª. Ed., Mc
Graw-Hill,
2001.
- “Principios
de los
Procesos
Químicos”,
Tomo II:
Termodinámi
ca,
O.Hougen,
K.Watson
and R.
Ragatz.
<3>
29/08 al 03/09
Balances de
Masa y
Energía.
Mezclas
Multicomponentes.
“Termodinámi
ca”, Kenneth
Wark and D.
E. Richards;
6ª. Ed., Mc
Graw-Hill,
2001.
- “Principios
de los
Procesos
Químicos”,
Tomo II:
Termodinámi
ca,
O.Hougen,
K.Watson
and R.
Ragatz.
<4>
05/09 al 10/09
Balance de
Energía.
Balance de
Energía.
“Termodinámi
ca”, Kenneth
Wark and D.
E. Richards;
6ª. Ed., Mc
Graw-Hill,
2001.
<5>
12/09 al 17/09
El Segundo y
Tercer
Principios de
la
Termodinámi
ca. Entropía.
Balances de
Energía.
Aplicaciones.
“Termodinámi
ca”, Kenneth
Wark and D.
E. Richards;
6ª. Ed., Mc
Graw-Hill,
2001.
- “Principios
de los
Procesos
Químicos”,
Tomo II:
Termodinámi
ca,
O.Hougen,
K.Watson
and R.
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PLANIFICACIONES
Laboratorio
Otro tipo
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Semana
Temas de
teoría
Resolución
de problemas
Fecha entrega
Informe TP
Bibliografía
básica
<6>
19/09 al 24/09
Relaciones
Termodinámi
cas.
Relaciones
Termodinámicas.
“Termodinámi
ca”, Kenneth
Wark and D.
E. Richards;
6ª. Ed., Mc
Graw-Hill,
2001.
<7>
26/09 al 01/10
Propiedades
Residuales.
Propiedades
Residuales.
“Introducción a
la
Termodinámi
ca en
Ingeniería
Química”, J.M.
Smith J.M. y
H.C. Van
Ness; 6ª. Ed.
Mc Graw-Hill,
2006.
<8>
03/10 al 08/10
Propiedades
Molares
Parciales.
Propiedades
Molares Parciales.
Ragatz.
<9>
10/10 al 15/10
Trabajo
Práctico:
Cálculo de
Propiedades
Termodinámi
cas - Caso
Real.
- “Introducción
a la
Termodinámi
ca en
Ingeniería
Química”, J.M.
Smith J.M. y
H.C. Van
Ness; 6ª. Ed.
Mc Graw-Hill,
2006.
Fugacidad.
“Introducción a
la
Termodinámi
ca en
Ingeniería
Química”, J.M.
Smith J.M. y
H.C. Van
Ness; 6ª. Ed.
Mc Graw-Hill,
2006.
Fugacidad
<10>
17/10 al 22/10
Propiedades
de Exceso.
Coeficientes
de Actividad.
Propiedades de
Exceso.
Coeficientes de
Actividad.
“Introducción a
la
Termodinámi
ca en
Ingeniería
Química”, J.M.
Smith J.M. y
H.C. Van
Ness; 6ª. Ed.
Mc Graw-Hill,
2006.
<11>
24/10 al 29/10
Equilibrio
Líquido-Vapor.
Equilibrio LíquidoVapor.
“Introducción a
la
Termodinámi
ca en
Ingeniería
Química”, J.M.
Smith J.M. y
H.C. Van
Ness; 6ª. Ed.
Mc Graw-Hill,
2006.
<12>
31/10 al 05/11
Modelado
con
Ecuaciones
de Estado.
Modelado de
Sistemas
Bifásicos.
“Introducción a
la
Termodinámi
ca en
Ingeniería
Química”, J.M.
Smith J.M. y
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Semana
Temas de
teoría
Resolución
de problemas
PLANIFICACIONES
Laboratorio
Otro tipo
Actualización: 2ºC/2016
Fecha entrega
Informe TP
Bibliografía
básica
H.C. Van
Ness; 6ª. Ed.
Mc Graw-Hill,
2006.
<13>
07/11 al 12/11
Equilibrio
VLL, LL, SL.
Diagramas
Binarios.
Consultas
Generales.
“Introducción a
la
Termodinámi
ca en
Ingeniería
Química”, J.M.
Smith J.M. y
H.C. Van
Ness; 6ª. Ed.
Mc Graw-Hill,
2006.
<14>
14/11 al 19/11
Equilibrio
Químico.
Equilibrio Químico.
“Introducción a
la
Termodinámi
ca en
Ingeniería
Química”, J.M.
Smith J.M. y
H.C. Van
Ness; 6ª. Ed.
Mc Graw-Hill,
2006.
<15>
21/11 al 26/11
Procesos de
Separación.
Consultas
Generales.
“Introducción a
la
Termodinámi
ca en
Ingeniería
Química”, J.M.
Smith J.M. y
H.C. Van
Ness; 6ª. Ed.
Mc Graw-Hill,
2006.
<16>
28/11 al 03/12
Consultas
Generales.
Evaluación del
Trabajo Práctico.
Evaluación del Trabajo Práctico.
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PLANIFICACIONES
Actualización: 2ºC/2016
CALENDARIO DE EVALUACIONES
Evaluación Parcial
Oportunidad
Semana
Fecha
Hora
Aula
1º
6
19/09
18:00
Magna
2º
13
07/11
18:00
Magna
3º
15
21/11
18:00
Magna
4º
16
05/12
18:00
Magna
Observaciones sobre el Temario de la Evaluación Parcial
La Evaluación Parcial de la Primera Parte (Parte I) incluirá Fluidos Puros, Mezclas Multicomponentes y Balances de Masa y Energía. La
Evaluación Parcial de la Segunda Parte (Parte II) incluirá Propiedades Residuales, Propiedades Molares parciales, Fugacidad y Equilibrio
Líquido-Vapor.
Otras observaciones
Las Evaluaciones Parciales Parte I y Parte II se tomarán los días 19/09 y 7/11, respectivamente. Los Recuperatorios de las Partes I y II
se tomarán los días 21/11 y 5/12.
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