Termodinámica y transferencia de calor

MANUAL DE LA
ASIGNATURA
MTMT-SUPSUP-XXX
REV00
INGENIERÍA MECATRÓNICA
MECATRÓNICA
TERMODINÁMICA Y
TRANSFERENCIA DE CALOR
0
DIRECTORIO
Secretario de Educación Pública
Dr. Reyes Taméz Guerra
Subsecretario de Educación Superior
Dr. Julio Rubio Oca
Coordinador de Universidades Politécnicas
Dr. Enrique Fernández Fassnacht
1
PAGINA LEGAL
Manuel Sánchez Cárdenas – (UPA)
José Manuel Robles Solís – (UPZ)
Primera Edición: 2006
DR  2005 Secretaría de Educación Pública
México, D.F.
ISBN-----------------
2
INTRODUCCIÓN
Este manual sirve para identificar los objetivos, los contenidos y la
programación, correspondiente a la asignatura: Termodinámica y
Transferencia de Calor. En él se detalla las habilidades y valores que se
desarrollan en el estudiante al cumplir con cada objetivo, también da
algunas directrices en cuanto a los instrumentos didácticos y de
evaluación que podrían aplicarse durante el curso.
Hoy en día es común encontrar procesos que involucren intercambio de
energía en industrias, universidades, centros de investigación e incluso
en ocasiones resulta necesario aplicar las leyes de la termodinámica
para entender procesos tan comunes como el funcionamiento de un
motor de combustión o una simple olla Express.
Entre las aplicaciones de las ciencias, la termodinámica es
indispensable para los estudiantes y profesionistas de diversas carreras,
entre las que podemos mencionar ingenierías con especialidad en
mecánica, mecatrónica, química entre otras, de ahí la importancia de
que los alumnos de la carrera de Ing. Mecatrónica logren entender como
se pueden controlar diversos procesos en los que se aprovecha la
energía para producir trabajo en diferentes sistemas abiertos, cerrados,
aislados entre otros. Finalmente y después de abordar los temas
descritos en el presente manual el alumno tendrá bien claros conceptos
claves como entalpía y entropía así como su relación y aplicación
mediante las leyes de la termodinámica a procesos de transferencia de
calor y de combustión.
Una vez establecida la relevancia de la asignatura en la carrera de Ing.
Mecatrónica, se plantea como objetivo de la asignatura que: Desarrollar
la capacidad en el alumno para interpretar el funcionamiento de las
máquinas térmicas considerando las propiedades termodinámicas y de
transferencia de calor.
Termodinámica y Transferencia de Calor tienen influencia sobre otras
materias debido a que permite al alumno comprender el
comportamiento de los materiales y los fluidos en diferentes procesos,
teniendo aplicación directa en materias como mecánica de fluidos,
propiedades mecánicas de materiales I, propiedades mecánicas de
materiales II, resistencia de materiales y en proyectos de estancia
industrial.
ÍNDICE
ÍNDICE ----------------------------------------------------------------------------------------------- 3
INTRODUCCIÓN -------------------------------------------------------------------------------- 3
3
FICHA TÉCNICA--------------------------------------------------------------------------------- 5
IDENTIFICACIÓN DE RESULTADOS DE APRENDIZAJE ------------------- 7
FICHA TÉCNICA
FICHA TÉCNICA
TERMODINÁMICA Y TRANSFERENCIA DE CALOR
Nombre:
Clave:
Justificación:
Objetivo:
Pre requisitos:
En esta asignatura se adquieren los conocimientos y habilidades para
interpretar los fenómenos termodinámicos y de transferencia de calor
que ocurren en sistemas mecatrónicos donde existen cambios de
temperatura relacionados con sólidos y fluidos compresibles e
incompresibles. Esta asignatura contribuye directamente
a la
competencia de Diseño de Sistemas Mecánicos que integran Equipos
Mecatrónicos.
Desarrollar la capacidad en el alumno para interpretar el
funcionamiento de las máquinas térmicas considerando las
propiedades termodinámicas y de transferencia de calor.
• Calculo diferencial e integral
• Álgebra
• Mecánica de fluidos
Capacidades y/o Habilidades
•
•
•
•
•
•
Comprender los conceptos básicos de la termodinámica
Identificar las fases y comportamiento de las sustancias puras
Aplicar la primera ley de la termodinámica en diferentes sistemas
Entender la segunda ley de la termodinámica, identificar las causas de reversibilidad y
cambios de entropía.
Comprender ciclos termodinámicos de potencia
Analizar deferentes procesos que involucran transferencia de calor
5
UNIDADES DE
APRENDIZAJE
Estimación de tiempo
(horas) necesario para
transmitir el aprendizaje
al alumno, por Unidad de
Aprendizaje:
Total de horas
cuatrimestre:
Total de horas
semana:
Créditos:
Bibliografía:
por
por
Conceptos básicos de
termodinámica
Sustancias puras
Primera ley de la
termodinámica
Segunda ley de la
termodinámica y
entropía
Ciclos termodinámicos
de potencia
Transferencia de calor
TEORÍA
PRÁCTICA
presencial
No
presencial
presencial
No
presencial
10.5
0
4.0
2
6.5
0
3.5
4.0
8.0
0
0
0
9.0
0
0
0
8.0
0
4.0
2.0
11.0
0
13.5
4.0
90
6
6
1.- Termodinámica Clásica.Russell y Adebiyi. Pearson
Educación.
2.- Thermodynamics an Engineering Approach. Yunus A,
Cengel. McGraw-Hill.
3.-. Termodinámica. José Ángel Manrique Valadez.
Editorial Oxford.
4.-Energía mediante vapor, aire o gas. W. H. Severns/H.E.
Degler. Editorial Reverte.
5.- Fundamentos de transferencia de Calor. Frank P.
Incropera. Prentice Hall.
6
IDENTIFICACIÓN DE RESULTADOS DE APRENDIZAJE
IDENTIFICACION DE RESULTADOS DE APRENDIZAJE
Unidades de
Aprendizaje
Resultados de
Aprendizaje
Identifica los
conceptos básicos
de la termodinámica
Conceptos básicos
de termodinámica
Analiza el
comportamiento de
los gases ideales.
Identifica los tipos
de energía y las
diferencias entre el
trabajo y el calor, así
como su relación en
los sistemas
Criterios de Desempeño
La persona es competente
cuando:
Total
Evidencias
(EC, EP, ED, EA)
Hrs.
Entiende los conceptos
fundamentales de la
termodinámica.
EC: Definición de
termodinámica e Importancia
de la energía.
1.0
Resuelve problemas en clase que
involucren conceptos
fundamentales de la
termodinámica.
ED: Definición de estado,
proceso, trayectoria, ciclo,
sistema, propiedad extensiva,
propiedad intensiva,
propiedad específica,
densidad, volumen, volumen
especifico, temperatura,
escalas de medición de
temperatura, presión
manométrica, atmosférica y de
vacío.
2.0
Resuelve Problemas que
involucren cálculos con leyes de
gases ideales.
EC: Gases ideales y
ecuaciones de estado. Leyes
de Boyle, Charles, Gay-Lussac.
Leyes de Dalton, Amagat,
Avogadro y Factor de
comprensibilidad.
2.0
Elabora un reporte donde explica
las formas de la energía.
EP: Principio de conservación
de la masa, y la conservación
de la energía.
1.5
Plantea y resuelve problemas de
trabajo en diferentes sistemas.
EC: Formas de energía,
energía potencial, cinética e
interna. Concepto de trabajo y
calor. Trabajo en sistemas
térmicos, cerrados y abierto
4.0
Realiza la practica 1
“Determinación del trabajo por
medio de una curva p-v”, elabora
un reporte con marco teórico y
cálculos
EC, ED, EP: Determinación del
trabajo por medio de una
curva p-v
6.0
7
Unidades de
Aprendizaje
Resultados de
Aprendizaje
Identifica las
coordenadas
termodinámicas y
fases de una
sustancia pura
Sustancias puras
Analiza los
diagramas y utiliza
las tablas de
propiedades
termodinámicas
Explica las
definiciones del
calor especifico a
p=cte. Y a v=cte y la
forma de calcularlo.
Aplica la primera ley
de la termodinámica
en el análisis de
procesos cíclicos
Primera ley de la
termodinámica
Segunda ley de la
termodinámica y
entropía
Aplica la primera ley
de la termodinámica
en el análisis de
sistemas cerrados y
abiertos.
Analiza los axiomas
y sus
consecuencias.
Compara las
diferencias entre los
procesos reversibles
e irreversibles.
Analiza el ciclo de
Carnot y Carnot
inverso y resolver
problemas
relacionados con
estos ciclos
Criterios de Desempeño
La persona es competente
cuando:
Elabora un reporte sobre
sustancia pura, fases y
coordenadas termodinámicas.
Resuelve problemas de titulo de
calidad y cambio de fases.
Identifica los puntos importantes
del diagrama de fases.
Analiza diagramas y utiliza las
tablas de propiedades
termodinámicas en la resolución
de problemas.
Resuelve problemas que
involucren cálculos de calores
específicos.
Realiza la practica 2 “Capacidad
térmica y calor especifico”,
elabora un reporte con marco
teórico y cálculos
Realiza un reporte sobre el
funcionamiento y aplicaciones de
los procesos cíclicos y no cíclicos
Realiza una investigación sobre
las aplicaciones de la energía en
el área de ingeniería.
Total
Evidencias
(EC, EP, ED, EA)
Hrs.
EP: Concepto de estado,
sustancia pura.
Coordenadas termodinámicas
y fases
EC: Diagramas de fase, punto
triple y punto critico y titulo de
calidad.
ED: Regiones del diagrama y
cambio de fases.
1.0
1.5
1.5
EC: Diagramas presiónvolumen, presión-entalpía,
aplicación de tablas de
propiedades termodinámicas.
1.5
EC: Calor especifico a presión
constante, calor especifico a
volumen constante.
1.0
EC, ED, EP: Capacidad térmica
y calor especifico
7.5
EP: Primera ley para procesos
cíclicos y no cíclicos
1.5
EP: Definición de energía
almacenada y su naturaleza:
2.5
ED: Primera ley de la
termodinámica para sistemas
abiertos y cerrados.
2.0
EC: Primera ley para evaluar el
rendimiento.
2.0
Realiza una investigación y
reportar conclusiones sobre los
axiomas.
EP: Axiomas de Clausius y
Kelvin-Planck.
1.5
Realiza una exposición de un
ejemplo de procesos reversible o
irreversible.
EC, ED: Procesos reversibles e
irreversibles.
2.0
Resuelve problemas de aplicación
que involucren el ciclo de Carnot y
Carnot inverso.
EC: Ciclo de Carnot y Carnot
inverso.
2.5
Resuelve problemas en clase de
sistemas cerrados y abiertos.
8
Unidades de
Aprendizaje
Resultados de
Aprendizaje
Emplea la
desigualdad de
Clausius para
indicar si un ciclo
dado en reversible e
irreversible
Analiza la definición
de entropía y usa las
ecuaciones
aplicables para
calcular los cambios
de entropía en los
procesos
Interpreta y analiza
los procesos del
ciclo Otto y realiza
los cálculos para la
obtención de la
eficiencia.
Criterios de Desempeño
La persona es competente
cuando:
Transferencia de
calor
Enumera y reconoce
los procesos de los
ciclos Diesel,
Brayton y Rankine y
realiza los cálculos
para la obtención de
la eficiencia.
Identifica las leyes
que gobiernan la
transferencia de
calor por conducción
y su aplicación en
casos prácticos.
Hrs.
Realiza un reporte con 10
ejemplos indicando si los ciclos
involucrados son reversibles o
irreversibles.
EP: Desigualdad de Clausius
2.0
Resuelve problemas de aplicación
utilizando la ecuación para
cambio de entropía y de
requerirse utiliza diagramas T-S y
H-S.
EC: Cambio de entropía.
Diagramas temperaturaentropía; entalpía-entropía.
1.0
Analiza y resuelve problemas de
aplicación que involucren el ciclo
Otto.
EC: Ciclo Otto de aire estándar.
2
EC: Ciclo Diesel de aire
estándar.
2
Interpreta y resuelve problemas
de aplicación que involucren el
ciclo Diesel.
Ciclos
termodinámicos
de potencia
Total
Evidencias
(EC, EP, ED, EA)
Resuelve problemas de aplicación
que involucren el ciclo Brayton y
Brayton con regeneración.
EC, ED: Ciclo Brayton y Brayton
con regeneración
2
Analiza y resuelve problemas de
aplicación que involucren el ciclo
Rankine.
EC: Ciclo Rankine.
2
Realiza la practica 3 “Cálculo de
calor en una caldera”, elabora un
reporte con marco teórico y
cálculos
EC, ED, EP: Cálculo de calor en
una caldera
6
Resuelve problemas de aplicación
que involucren transferencia de
calor por conducción
EC, ED: Transferencia de calor
por conducción.
3
9
Unidades de
Aprendizaje
Resultados de
Aprendizaje
Reconoce las leyes
aplicables a la
transferencia de
calor por convección
en diferentes
sistemas.
Identifica las leyes
que gobiernan la
transferencia de
calor por radiación y
su aplicación en el
área de Ingeniería
Mecatrónica.
Reconoce los
mecanismos de
transferencia de
calor en diferentes
procesos.
Criterios de Desempeño
La persona es competente
cuando:
Analiza y Resuelve problemas que
impliquen transferencia de calor
por convección.
Realiza una investigación y una
exposición sobre transferencia de
calor por radiación.
Realiza la practica 4
“Transferencia de calor”, elabora
un reporte con marco teórico y
cálculos
Diseña y construye un proyecto de
aplicación de transferencia de
calor aplicado a Ing. Mecatrónica
Total
Evidencias
(EC, EP, ED, EA)
Hrs.
EC, ED: Transferencia de calor
por convección
EC, ED: Transferencia de calor
por radiación
3
3
EC, ED, EP: Transferencia de
calor
7.5
EC, ED, EP: Mecanismos
combinados de transferencia
de calor.
12
10
PLANEACIÓN DEL APRENDIZAJE
PLANEACIÓN DEL APRENDIZAJE
Resultados de
Aprendizaje
Criterios de Desempeño
Entiende
los
fundamentales
termodinámica.
Identifica los
conceptos básicos
de la termodinámica
Analiza el
comportamiento de
los gases ideales.
conceptos
de
la
Resuelve problemas en clase que
involucren
conceptos
fundamentales
de
la
termodinámica.
Resuelve
Problemas
que
involucren cálculos con leyes de
gases ideales.
Evidencias
(EP, ED, EC, EA)
EC:
Definición
de
termodinámica
e
Importancia de la energía.
ED: Definición de estado,
proceso, trayectoria, ciclo,
sistema,
propiedad
extensiva,
propiedad
intensiva,
propiedad
específica,
densidad,
volumen,
volumen
especifico, temperatura,
escalas de medición de
temperatura,
presión
manométrica,
atmosférica y de vacío.
EC: Gases ideales y
ecuaciones de estado.
Leyes de Boyle, Charles,
Gay-Lussac.
Leyes de Dalton, Amagat,
Avogadro y Factor de
comprensibilidad.
Instrumento de
evaluación.
Técnicas de
aprendizaje
Lista de cotejo,
Evaluación oral
y Cuestionario
Exposición del
Profesor
Lista de cotejo
y Cuestionario
Lista de cotejo,
Evaluación oral
y Cuestionario
Espacio educativo
Aula
Lab.
otro
Total de horas
Teoría
Práctica
HP
HNP
HP
HNP
X
1.0
0
0
0
Solución de
ejercicios en
clase
X
2.0
0
0
0
Exposición del
Profesor
X
2.0
0
0
0
11
Resultados de
Aprendizaje
Instrumento de
evaluación.
Técnicas de
aprendizaje
Lista de cotejo
y Cuestionario
Práctica
mediante la
acción
Plantea y resuelve problemas de
trabajo en diferentes sistemas.
EC: Formas de energía,
energía
potencial,
cinética
e
interna.
Concepto de trabajo y
calor.
Trabajo
en
sistemas
térmicos,
cerrados
y
abierto
Lista de cotejo,
Evaluación oral
y Cuestionario
Solución de
ejercicios en
clase
Realiza
la
practica
1
“Determinación del trabajo por
medio de una curva p-v”, elabora
un reporte con marco teórico y
cálculos
EC,
ED,
EP:
Determinación del trabajo
por medio de una curva pv
Evaluación
Práctica
Práctica
mediante la
acción
Criterios de Desempeño
Elabora un reporte donde explica
las formas de la energía.
Identifica los tipos
de energía y las
diferencias entre el
trabajo y el calor, así
como su relación en
los sistemas
Identifica las
coordenadas
termodinámicas y
fases de una
sustancia pura
Elabora
un
reporte
sobre
sustancia
pura,
fases
y
coordenadas termodinámicas.
Resuelve problemas de titulo de
calidad y cambio de fases.
Identifica los puntos importantes
del diagrama de fases.
Evidencias
(EP, ED, EC, EA)
EP:
Principio
de
conservación de la masa,
y la conservación de la
energía.
EP: Concepto de estado,
sustancia pura.
Coordenadas
termodinámicas y fases
EC: Diagramas de fase,
punto triple y punto critico
y titulo de calidad.
ED:
Regiones
del
diagrama y cambio de
fases.
Espacio educativo
Aula
Lab.
HP
HNP
HP
HNP
X
1.5
0
0
0
X
4.0
0
0
0
0
0
4.0
2
X
otro
Total de horas
Teoría
Práctica
X
Lista de cotejo
y Cuestionario
Práctica
mediante la
acción
X
1.0
0
0
0
Lista de cotejo,
Evaluación oral
y Cuestionario
Solución de
ejercicios en
clase
X
1.5
0
0
0
Lista de cotejo
y Cuestionario
Solución de
ejercicios en
clase
X
1.5
0
0
0
12
Resultados de
Aprendizaje
Analiza los
diagramas y utiliza
las tablas de
propiedades
termodinámicas
Explica las
definiciones del
calor especifico a
p=cte. Y a v=cte y la
forma de calcularlo.
Aplica la primera ley
de la termodinámica
en el análisis de
procesos cíclicos
Aplica la primera ley
de la termodinámica
en el análisis de
sistemas cerrados y
abiertos.
Criterios de Desempeño
Analiza diagramas y utiliza las
tablas
de
propiedades
termodinámicas en la resolución
de problemas.
Resuelve problemas que
involucren cálculos de calores
específicos.
Realiza la practica 2 “Capacidad
térmica y calor especifico”,
elabora un reporte con marco
teórico y cálculos
Realiza un reporte sobre el
funcionamiento y aplicaciones de
los procesos cíclicos y no cíclicos
Realiza una investigación sobre
las aplicaciones de la energía en
el área de ingeniería.
Resuelve problemas en clase de
sistemas cerrados y abiertos.
Evidencias
(EP, ED, EC, EA)
EC: Diagramas presiónvolumen,
presiónentalpía, aplicación de
tablas de propiedades
termodinámicas.
EC: Calor especifico a
presión constante, calor
especifico a volumen
constante.
EC, ED, EP: Capacidad
térmica y calor especifico
EP: Primera ley para
procesos cíclicos y no
cíclicos
EP: Definición de energía
almacenada
y
su
naturaleza:
ED: Primera ley de la
termodinámica
para
sistemas
abiertos
y
cerrados.
EC: Primera ley para
evaluar el rendimiento.
Instrumento de
evaluación.
Técnicas de
aprendizaje
Lista de cotejo,
Evaluación oral
y Cuestionario
Solución de
ejercicios en
clase
Lista de cotejo,
Evaluación oral
y Cuestionario
Solución de
ejercicios en
clase
Evaluación
Práctica
Práctica
mediante la
acción
Espacio educativo
Aula
Lab.
HP
HNP
HP
HNP
X
1.5
0
0
0
X
1.0
0
0
0
0
0
3.5
4.0
X
otro
Total de horas
Teoría
Práctica
X
Lista de cotejo
y Cuestionario
Práctica
mediante la
acción
X
1.5
0
0
0
Lista de cotejo
y Cuestionario
Práctica
mediante la
acción
X
2.5
0
0
0
Solución de
ejercicios en
clase
X
4.0
0
0
0
Lista de cotejo
y Cuestionario
13
Resultados de
Aprendizaje
Analiza los axiomas y
sus consecuencias.
Compara las
diferencias entre los
procesos reversibles
e irreversibles.
Analiza el ciclo de
Carnot y Carnot
inverso y resolver
problemas
relacionados con
estos ciclos
Emplea la
desigualdad de
Clausius para
indicar si un ciclo
dado en reversible e
irreversible
Criterios de Desempeño
Evidencias
(EP, ED, EC, EA)
Instrumento de
evaluación.
Técnicas de
aprendizaje
Espacio educativo
Aula
Lab.
otro
Total de horas
Teoría
Práctica
HP
HNP
HP
HNP
Realiza una investigación y
reportar conclusiones sobre los
axiomas.
EP: Axiomas de Clausius y
Kelvin-Planck.
Lista de cotejo
y Cuestionario
Práctica
mediante la
acción
X
1.5
0
0
0
Realiza una exposición de un
ejemplo de procesos reversible o
irreversible.
EC,
ED:
Procesos
reversibles e irreversibles.
Lista de cotejo,
Evaluación oral
y Cuestionario
Práctica
mediante la
acción
X
2.0
0
0
0
EC: Ciclo de Carnot y
Carnot inverso.
Lista de cotejo,
Evaluación oral
y Cuestionario
Solución de
ejercicios en
clase
X
2.5
0
0
0
Lista de cotejo
y Cuestionario
Práctica
mediante la
acción
X
2.0
0
0
0
Resuelve problemas de aplicación
que involucren el ciclo de Carnot y
Carnot inverso.
Realiza un reporte con 10
ejemplos indicando si los ciclos
involucrados son reversibles o
irreversibles.
EP:
Desigualdad
Clausius
de
14
Resultados de
Aprendizaje
Analiza la definición
de entropía y usa las
ecuaciones
aplicables para
calcular los cambios
de entropía en los
procesos utilizando
Interpreta y analiza
los procesos del
ciclo Otto y realiza
los cálculos para la
obtención de la
eficiencia.
Criterios de Desempeño
Resuelve problemas de aplicación
utilizando la ecuación para
cambio de entropía y de
requerirse utiliza diagramas T-S y
H-S.
Analiza y resuelve problemas de
aplicación que involucren el ciclo
Otto.
Interpreta y resuelve problemas
de aplicación que involucren el
ciclo Diesel.
Enumera y reconoce
los procesos de los
ciclos
Diesel,
Brayton y Rankine y
realiza los cálculos
para la obtención de
la eficiencia.
Resuelve problemas de aplicación
que involucren el ciclo Brayton y
Brayton con regeneración.
Analiza y resuelve problemas de
aplicación que involucren el ciclo
Rankine.
Realiza la practica 3 “Cálculo de
calor en una caldera”, elabora un
reporte con marco teórico y
cálculos
Instrumento de
evaluación.
Técnicas de
aprendizaje
EC: Cambio de entropía.
Diagramas temperaturaentropía;
entalpíaentropía.
Lista de cotejo,
Evaluación oral
y Cuestionario
Solución de
ejercicios en
clase
EC: Ciclo Otto de aire
estándar.
Lista de cotejo,
Evaluación oral
y Cuestionario
Evidencias
(EP, ED, EC, EA)
EC: Ciclo Diesel de aire
estándar.
EC, ED: Ciclo Brayton y
Brayton con regeneración
EC: Ciclo Rankine.
EC, ED, EP: Cálculo de
calor en una caldera
Espacio educativo
Aula
Lab.
HP
HNP
HP
HNP
X
1.0
0
0
0
Exposición por
el profesor
Solución de
ejercicios en
clase
X
2.0
0
0
0
Lista de cotejo,
Evaluación oral
y Cuestionario
Solución de
ejercicios en
clase
X
2.0
0
0
0
Lista de cotejo,
Evaluación oral
y Cuestionario
Práctica
mediante la
acción
X
2.0
0
0
0
Lista de cotejo,
Evaluación oral
y Cuestionario
Solución de
ejercicios en
clase
X
2.0
0
0
0
Evaluación
Práctica
Práctica
mediante la
acción
0
0
4
2.0
X
otro
Total de horas
Teoría
Práctica
X
15
Resultados de
Aprendizaje
Identifica las leyes
que gobiernan la
transferencia de calor
por conducción y su
aplicación en casos
prácticos.
Reconoce las leyes
aplicables a la
transferencia de calor
por convección en
diferentes sistemas.
Identifica las leyes
que gobiernan la
transferencia
de
calor por radiación y
su aplicación en el
área de Ingeniería
mecatrónica.
Criterios de Desempeño
Evidencias
(EP, ED, EC, EA)
Instrumento de
evaluación.
Espacio educativo
Técnicas de
aprendizaje
Aula
Lab.
otro
Total de horas
Teoría
Práctica
HP
HNP
HP
HNP
Resuelve problemas de aplicación
que involucren transferencia de
calor por conducción
EC, ED: Transferencia de
calor por conducción.
Lista de cotejo,
Evaluación oral
y Cuestionario
Solución
ejercicios
clase
de
en
X
3
0
0
0
Analiza y Resuelve problemas que
impliquen transferencia de calor
por convección.
EC, ED: Transferencia de
calor por convección
Lista de cotejo,
Evaluación oral
y Cuestionario
Solución
ejercicios
clase
de
en
X
3
0
0
0
Lista de cotejo,
Evaluación oral
y Cuestionario
Solución
ejercicios
clase
de
en
X
3
0
0
0
0
0
4.0
3.5
2
0
10
0
Realiza una investigación y una
exposición sobre transferencia de
calor por radiación.
Realiza
la
practica
4
“Transferencia de calor”, elabora
un reporte con marco teórico y
cálculos
Reconoce los
mecanismos de
Diseña y construye un proyecto de
transferencia de calor aplicación de transferencia de
en diferentes
calor aplicado a Ing. Mecatrónica
procesos.
EC, ED: Transferencia de
calor por radiación
EC, ED, EP: Transferencia
de calor
EC, ED, EP: Mecanismos
combinados de
transferencia de calor.
Evaluación
Práctica
Lista de cotejo
Evaluación
práctica
Práctica
mediante la
acción
Práctica
mediante
acción
X
la
X
X
16
LINEAMIENTOS DE EVALUACIÓN
Los lineamientos de evaluación pueden variar dependiendo de las políticas de evaluación de cada
Universidad.
La evaluación será por evidencias
EVIDENCIAS
DESEMPEÑO
PRODUCTO
CONOCIMIENTOS
Participación en el aula.
Reporte de investigación
1er Parcial UA 1, y 2
Resolución de ejercicios
Ejercicios resueltos
2do Parcial UA 3 y 4
Explicación de tareas
Examen final Todas las unidades
Lluvia de ideas
Aplicación
adecuada
de
procedimientos.
Usar una metodología (cuando aplique)
Uso adecuado de las herramientas
Responsabilidad
Asistencia
Entrega de trabajos en tiempo y forma
Trabajo en equipo
Orden y limpieza
Honestidad
Disciplina y respeto
Uso adecuado de instalaciones
No ingerir alimentos en lugar de trabajo
Uso adecuado de inmobiliario
La evaluación de cada evidencia será mediante un instrumento de evaluación
La Evaluación Integradora puede ser la recopilación de evidencias no alcanzadas o Evaluación Departamental,
la cual evalúa que se ha alcanzado el objetivo general de la asignatura.
El Proyecto Integrador puede ser la presentación, el reporte y armado de un proyecto final que involucre los
conocimientos adquiridos que puede ser evaluado junto al profesor titular con otros profesores que le den una
vista objetiva al proyecto.
17
DESARROLLO DE PRÁCTICA
DESARROLLO DE PRACTICA
Nombre de
la
asignatura:
Fecha:
TERMODINÁMICA Y TRANSFERENCIA DE CALOR
Determinación del trabajo por medio de una curva p-v
Nombre:
Número :
1
Duración
(horas) :
7.5
Resultado El alumno determinara el trabajo que se realiza para comprimir una cierta cantidad
de
de aire.
aprendizaje:
Al determinar el trabajo en diferentes sistemas se pueden determinar las condiciones
Justificación adecuada de trabajo y eficientizar procesos.
Sector o subsector para el desarrollo de la práctica:
Sector Industrial
Actividades a desarrollar:
1. Con la jeringa, agregue al tubo del manómetro 1 mm de mercurio para lograr tener las dos
ramas del manómetro con el mismo nivel de mercurio. En la rama del tubo que esta cerrada
tenemos aire confinado, medir el volumen inicial cuando las dos ramas están en el mismo
nivel, o sea cuando la presión manométrica es igual a cero.
2. Agregue 0.5 mm de mercurio y medir la presión manométrica.
3. Efectué ocho mediciones mas, midiendo los cambios de volumen y presión.
Evidencia a generar en el desarrollo de la práctica
ED: Determinación del trabajo por medio de una curva
curva pp-v
EC, EP: Elabora y entrega el reporte
reporte de la práctica
EC, ED, EP:
EP: El alumno desarrolla en el laboratorio un proyecto de investigación de temas afines a la
finales
es
unidad en curso, incluso puede ser el avance y construcción de prototipos para proyectos final
18
DESARROLLO DE PRACTICA
Nombre de la
asignatura:
Fecha:
TERMODINÁMICA Y TRANSFERENCIA DE CALOR
Nombre:
Capacidad térmica y calor especifico
Número :
2
Resultado de
aprendizaje:
El alumno comprobará experimentalmente
experimentalmente el primer principio de termodinámica,
e identificará los conceptos de calorimetría, termómetro y calor específico,
específico, por
medio de la práctica.
Al comprobar el primer principio de la termodinámica se puede reconocer la
cantidad de energía que existe en los procesos
Justificación
Duración
(horas) :
7.5
Sector o subsector para el desarrollo de la práctica:
Sector Industrial
Actividades a desarrollar:
1. Pesar el calorímetro
2. Pesar el calorímetro con agua
3. Sacamos el peso del agua
4. Sacamos de la tabla el Calor Especifico del agua y de cada metal
5. Pesamos los dos metales
6. Tomamos la temperatura ambiente
7. Tomamos la temperatura del agua hirviendo
8. Calentamos los dos metales en agua hirviendo y luego los trasladamos al calorímetro
tomamos la temperatura
9. Hicimos una tabla de datos
10. Calculamos el calor especifico de los metales
El experimento lo realizamos tres veces con cada uno de los metales
Evidencia a generar en el desarrollo de la práctica:
ED: Capacidad térmica y calor especifico
EC, EP: Elabora y entrega el reporte de la práctica
práctica
EC, ED, EP: El alumno desarrolla en el laboratorio un proyecto de investigación de temas afines a la
unidad en curso, incluso puede ser el avance y construcción de prototipos para proyectos finales
19
DESARROLLO DE PRACTICA
Fecha:
TERMODINÁMICA Y TRANSFERENCIA DE CALOR
Nombre de la
asignatura:
Nombre:
Cálculo de calor en una caldera
Número :
Duración
(horas) :
3
7.5
Resultado de
aprendizaje:
El alumno determinará experimentalmente la cantidad de calor suministrado por
una caldera para un sistema cerrado y un sistema abierto.
Justificación
Al determinar la cantidad de calor en una caldera se aplican la primera y segunda
ley de la termodinámica
Sector o subsector para el desarrollo de la práctica:
Sector Industrial
Actividades a desarrollar:
Sistema cerrado.cerrado.- Se denomina así al proceso de generación de vapor antes de que se abra la
válvula de paso para consumo del vapor.
•
Primeramente se deberá identificar cada uno de los equipos de la planta de vapor.
•
Luego antes de iniciar la práctica se deberán tomar los datos iniciales del estado de la
planta de vapor.
•
Se pasa al encendido de la caldera
•
Después de 20 minutos se pasa a tomar los primeros datos de la presión de la caldera; y se
continúa cada 5 minutos hasta que la caldera alcance su presión de trabajo.
Sistema Abierto.Abierto.- Se caracteriza porque ya se empieza a consumir el vapor generado, para esto:
•
Se hace circular agua a atemperar en el intercambiador
•
Una vez que la caldera alcanza su presión de trabajo se abre la válvula de paso de vapor al
intercambiador.
20
•
Controlar con la llave de paso de vapor que la presión de trabajo no supere el límite máximo
de la caldera para que no se apague la llama del quemador.
•
Trabajar de este modo entre 20 a 30 minutos. Y calcular datos cada 5 minutos.
Evidencia a generar en el desarrollo de la práctica:
ED: Cálculo de calor en una caldera
EC, EP: Elabora y entrega el reporte de la práctica
EC, ED, EP: El alumno desarrolla en el laboratorio un proyecto de investigación de temas afines a la
unidad en curso, incluso puede ser el avance y construcción de prototipos para proyectos finales
21
DESARROLLO DE PRACTICA
Fecha:
Nombre de
la
asignatura:
TERMODINÁMICA Y TRANSFERENCIA DE CALOR
Transferencia de calor
Nombre:
Número :
Duración
4
(horas) :
7.5
El alumno analizara la transferencia de calor a través de una pared metálica.
Resultado
de
aprendizaje:
Al analizar la transferencia de calor en paredes de diferentes materiales se
Justificación aplican las ecuaciones de radiación, conducción y convección según sea el
caso, lo que hace un enlace directo entre la teoría y los casos prácticos.
Sector o subsector para el desarrollo de la práctica:
Sector Industrial
Actividades a desarrollar:
1. Corte las tres placas metálicas de tal forma que embonen como tapa en la caja de
madera. Es importante que no existan huecos por donde se escape el calor.
2. Coloque una placa en la caja.
3. Coloque el foco dentro de la caja sacando el cable por la parte trasera por un pequeño
orificio.
4. Realice una perforación cercana a la pared interna metálica de la caja (Por esa
perforación se introduce el termómetro para tomar la temperatura Tc en el interior de
la caja).
5. Coloque el termómetro a 0.5 cm. de la placa por la parte exterior para leer la Tf.
Repita el mismo procedimiento para cada placa.
Evidencia a generar en el desarrollo de la práctica:
ED: Transferencia de calor
EC, EP: Elabora y entrega el reporte de la práctica
EC, ED, EP: El alumno desarrolla en el laboratorio un proyecto de investigación de temas
afines a la unidad en curso, incluso puede ser el avance y construcción de prototipos para
proyectos finales
22
MÉTODO DE EVALUACIÓN
EVALUACIÓN
Unidades de
aprendizaje
Resultados de
aprendizaje
Enfoque:
(DG)Diagnóstica, (FO)
Formativa, (SU)
Sumativa
Técnica
Instrumento
Total de
horas
DG
FO
Exposición
del Profesor
Lista de cotejo,
Evaluación oral
y Cuestionario
1.0
FO
SU
Solución de
ejercicios en
clase
Lista de cotejo
y Cuestionario
1.5
Identifica los
conceptos básicos
de la termodinámica
Conceptos básicos
de termodinámica
Analiza el
comportamiento de
los gases ideales.
Identifica los tipos de
energía y las
diferencias entre el
trabajo y el calor, así
como su relación en
los sistemas
DG
FO
FO
SU
Práctica
mediante la
acción
FO
SU
Solución de
ejercicios en
clase
Sustancias puras
Lista de cotejo,
Evaluación oral
y Cuestionario
Lista de cotejo
y Cuestionario
1.0
1.5
Lista de cotejo,
Evaluación oral
y Cuestionario
2.0
Práctica
mediante la
acción
Evaluación
Práctica
7.5
FO
SU
Práctica
mediante la
acción
Lista de cotejo
y Cuestionario
1.0
DG
FO
Solución de
ejercicios en
clase
Lista de cotejo,
Evaluación oral
y Cuestionario
1.5
SU
Identifica las
coordenadas
termodinámicas y
fases de una
sustancia pura
Exposición
del Profesor
23
FO
Analiza los
diagramas y utiliza
las tablas de
propiedades
termodinámicas
Explica las
definiciones del calor
especifico a p=cte. Y
a v=cte y la forma de
calcularlo.
FO
FO
SU
Aplica la primera ley
de la termodinámica
en el análisis de
procesos cíclicos
Primera ley de la
termodinámica
Aplica la primera ley
de la termodinámica
en el análisis de
sistemas cerrados y
abiertos.
Analiza los axiomas y
sus consecuencias.
Segunda ley de la
termodinámica y
entropía
Compara las
diferencias entre los
procesos reversibles
e irreversibles.
Analiza el ciclo de
Carnot y Carnot
inverso y resolver
problemas
relacionados con
estos ciclos
Emplea la
desigualdad de
Clausius para indicar
si un ciclo dado en
Solución de
ejercicios en
clase
Lista de cotejo
y Cuestionario
Solución de
ejercicios en
clase
Lista de cotejo,
Evaluación oral
y Cuestionario
1.5
Lista de cotejo,
Evaluación oral
y Cuestionario
1.0
Solución de
ejercicios en
clase
Práctica
mediante la
acción
1.5
Evaluación
Práctica
7.5
FO
SU
Práctica
mediante la
acción
Lista de cotejo
y Cuestionario
1.5
FO
SU
Práctica
mediante la
acción
Lista de cotejo
y Cuestionario
2.5
Solución de
ejercicios en
clase
Lista de cotejo
y Cuestionario
4.0
FO
SU
Práctica
mediante la
acción
Lista de cotejo
y Cuestionario
1.5
FO
SU
Práctica
mediante la
acción
Lista de cotejo,
Evaluación oral
y Cuestionario
2.0
Lista de cotejo,
Evaluación oral
y Cuestionario
2.5
FO
FO
FO
SU
Solución de
ejercicios en
clase
Práctica
mediante la
acción
Lista de cotejo
y Cuestionario
2.0
24
reversible e
irreversible
Analiza la definición
de entropía y usa las
ecuaciones
aplicables para
calcular los cambios
de entropía en los
procesos
Interpreta y analiza
los procesos del ciclo
Otto y realiza los
cálculos para la
obtención de la
eficiencia.
FO
DG
FO
FO
Ciclos
termodinámicos
de potencia
Enumera y reconoce
los procesos de los
ciclos Diesel, Brayton
y Rankine y realiza
los cálculos para la
obtención de la
eficiencia.
FO
SU
DG
FO
SU
Transferencia de
calor
Identifica las leyes
que gobiernan la
transferencia de
calor por conducción
y su aplicación en
casos prácticos.
Reconoce las leyes
aplicables a la
transferencia de
calor por convección
en diferentes
sistemas.
Identifica las leyes
que gobiernan la
transferencia
de
calor por radiación y
su aplicación en el
área de Ingeniería
Mecatrónica.
Reconoce
los
mecanismos
de
transferencia
de
calor en diferentes
procesos.
DG
FO
DG
FO
Solución de
ejercicios en
clase
Exposición
por el
profesor
Solución de
ejercicios en
clase
Solución de
ejercicios en
clase
Práctica
mediante la
acción
Solución de
ejercicios en
clase
Evaluación
Práctica
Solución de
ejercicios en
clase
Solución de
ejercicios en
clase
Lista de cotejo,
Evaluación oral
y Cuestionario
1.0
Lista de cotejo,
Evaluación oral
y Cuestionario
1.5
Lista de cotejo,
Evaluación oral
y Cuestionario
1.5
Lista de cotejo,
Evaluación oral
y Cuestionario
1.5
Lista de cotejo,
Evaluación oral
y Cuestionario
Evaluación
Práctica
2.0
7.5
Lista de cotejo,
Evaluación oral
y Cuestionario
2.0
Lista de cotejo,
Evaluación oral
y Cuestionario
2.0
DG
FO
Solución de
ejercicios en
clase
Lista de cotejo,
Evaluación oral
y Cuestionario
1.5
SU
Práctica
mediante la
acción
Evaluación
Práctica
7.5
SU
Evaluación
Práctica
Lista de cotejo
Evaluación
práctica
2.5
25
INSTRUMENTOS DE EVALUACIÓN
CONCEPTOS
CONCEPTOS BASICOS DE TERMODINAMICA
(TM0101)
TM0101)
CUESTIONARIO
DATOS GENERALES DEL PROCESO DE EVALUACIÓN
NOMBRE DEL ALUMNO
MATRICULA:
FECHA:
NOMBRE DE LA ASIGNATURA,
CÓDIGO Y TÍTULO DE LA ASIGNATURA, CUATRIMESTRE O CICLO DE FORMACIÓN
Sexto Cuatrimestre
TERMODINÁMICA Y TRANSFERENCIA DE CALOR
NOMBRE DEL EVALUADOR
INSTRUCCIONES
Estimado usuario:
•
•
•
Usted tiene en las manos un instrumento de evaluación que permitirá fundamentar las actividades que ha demostrado a través
de su desempeño o en la entrega de sus productos.
Conteste los siguientes planteamientos de manera clara.
Le recordamos tomar el tiempo necesario para contestar y desarrollar su contenido.
CÓDIGO
ASPECTO
Defina de la manera mas adecuada los siguientes conceptos
TM0101
TM01010101-01
A) Termodinámica e Importancia de la energía:
_________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________
B) Estado, proceso, trayectoria, ciclo, sistema:
_________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________
C) Propiedad extensiva, propiedad intensiva, propiedad específica:
_________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________
D) Densidad, volumen, volumen especifico, temperatura:
_________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________
D) Escalas de medición de temperatura, presión manométrica, atmosférica y de vacío.___
_________________________________________________________________________________
____________________
CUMPLE :
SI
NO
26
CONCEPTOS BASICOS DE TERMODINAMICA
(TM0102)
CUESTIONARIO
DATOS GENERALES DEL PROCESO DE EVALUACIÓN
NOMBRE DEL ALUMNO
MATRICULA:
FECHA:
NOMBRE DE LA ASIGNATURA
CÓDIGO Y TÍTULO DE LA ASIGNATURA, CUATRIMESTRE O CICLO DE FORMACIÓN
TERMODINÁMICA Y TRANSFERENCIA DE CALOR
Sexto Cuatrimestre
NOMBRE DEL EVALUADOR
INSTRUCCIONES
Estimado usuario:
•
•
•
Usted tiene en las manos un instrumento de evaluación que permitirá fundamentar las actividades que ha demostrado a través de
su desempeño o en la entrega de sus productos.
Conteste los siguientes planteamientos de manera clara.
Le recordamos tomar el tiempo necesario para contestar y desarrollar su contenido.
CÓDIGO
ASPECTO
1.- La temperatura de un cilindro cerrado que contiene aire a 25° C y con una presión de 760 mm Hg
se eleva a 100° C. ¿Cuál es la nueva presión?
2.- Un neumático de automóvil tiene un volumen de 0.0165 m3 cuando se infla a una presión
manométrica de 165 kPa a 0° C. ¿Cuál es la masa del aire dentro del neumático?¿Cual es la nueva
presión cuando la temperatura se eleva a 2° C y el volumen del neumático es de 0.0168 m3?
Suponga que la presión atmosférica es de 100 kPa.
TM01020102-01
3.- Una habitación mide 5m X 6m X 4m. ¿Cuál es la masa de aire contenida en la habitación si la
temperatura es de 20° C y la presión es de 1 atm.
4.- Se almacena oxigeno a 200 bar en un recipiente de acero a 27° C. La capacidad del recipientes de
0.05 m3. Si se supone que el oxigeno es un gas perfecto, calcule la masa del oxigeno almacenada en
el recipiente. El recipiente esta protegido contra la presión excesiva mediante un tapón fusible que se
fundirá si la temperatura se eleva a cierto nivel. ¿A que temperatura debe fundirse el tapón para
limitar la presión del recipiente a 250 bar?
CUMPLE :
SI
NO
27
FUNDAMENTOS DE HIDROSTATICA
(TMF0103)
MF0103)
CUESTIONARIO
DATOS GENERALES DEL PROCESO DE EVALUACIÓN
NOMBRE DEL ALUMNO
MATRICULA:
FECHA:
NOMBRE DE LA ASIGNATURA
CÓDIGO Y TÍTULO DE LA ASIGNATURA, CUATRIMESTRE O CICLO DE FORMACIÓN
TERMODINÁMICA Y TRANSFERENCIA DE CALOR
Sexto Cuatrimestre
NOMBRE DEL EVALUADOR
INSTRUCCIONES
Estimado usuario:
•
•
•
Usted tiene en las manos un instrumento de evaluación que permitirá fundamentar las actividades que ha demostrado a través de
su desempeño o en la entrega de sus productos.
Conteste los siguientes planteamientos de manera clara.
Le recordamos tomar el tiempo necesario para contestar y desarrollar su contenido.
CÓDIGO
ASPECTO
ASPECTO
1.- Hay una persona levantando una carga de 150 N con ayuda de una polea sencilla. El hombre
levanta la carga lentamente una distancia de 0.6 m. Se puede suponer que la polea carece de fricción
y que la cuerda no es elástica.
a) Si el sistema se define como todo lo que hay dentro del conjunto (el hombre, la polea, la carga, y
todo), ¿Cuál es el trabajo realizado por el sistema?
b) Suponga ahora que solo el hombre es el sistema. ¿Cuál es el trabajo realizado por el sistema?
c) Si la carga se define como el sistema, ¿Cual es el trabajo realizado?
Haga los dibujos apropiados que indiquen con claridad la frontera del sistema en cada caso.
TM0
TM0103
103-01
2.- Un alambre de 10 mts. de largo se estira a una distancia de 3 cm. La tensión en el alambre varia
de acuerdo a la expresión f = 1.5(L2-100)N, donde L es longitud del alambre en mts.
Calcule el trabajo realizado por el alambre
3.- ¿Cuál es el trabajo mínimo requerido para aumentar en 20 m2 el área de superficie de la glicerina
liquida cuando la superficie esta en contacto con aire?
CUMPLE :
SI
NO
28
SUSTANCIAS PURAS
(TM0104
0104)
CUESTIONARIO
DATOS GENERALES DEL PROCESO DE EVALUACIÓN
NOMBRE DEL ALUMNO
MATRICULA:
FECHA:
NOMBRE DE LA ASIGNATURA
CÓDIGO Y TÍTULO DE LA ASIGNATURA, CUATRIMESTRE O CICLO DE FORMACIÓN
TERMODINÁMICA Y TRANSFERENCIA DE CALOR
Sexto Cuatrimestre
NOMBRE DEL EVALUADOR
INSTRUCCIONES
Estimado usuario:
•
•
•
Usted tiene en las manos un instrumento de evaluación que permitirá fundamentar las actividades que ha demostrado a través de
su desempeño o en la entrega de sus productos.
Conteste los siguientes planteamientos de manera clara.
Le recordamos tomar el tiempo necesario para contestar y desarrollar su contenido.
CÓDIGO
ASPECTO
1.- ¿Determine la fase o fases en un sistema constituido por H2O en las condiciones siguientes y
localice los estados sobre diagramas p-v y T-v adecuadamente caracterizados.
a) p= 500 kPa, T= 200° C
b) p= 5MPa, T= 264° C
c) T= 180° C, p= 0.9 MPa
d) p= 20 MPa, T= 100° C
e) T= -10°C, p=1.0 kPa.
TM0104
0104-01
2.- Represente la relación presión-temperatura para mezclas bifásicas liquido-vapor del refrigerante
134ª en el rango de temperaturas de -40 a 100° C, con la presión en kPa y la temperatura en ° C.
Utilice una escala logarítmica para la presión y una lineal para la temperatura.
3.-Cinco kg de vapor de agua saturados están contenidos en un depósito rígido a una presión inicial de
4 bar. La presión del agua cae a 20 bar como consecuencia de la cesión de calor ambiente.
Determínese el volumen del depósito, en m3, y el titulo del estado final.
4.- Calcule la entalpía específica en kJ/kg, del agua a 100° C y a 15 MPa de presión.
5.- En un sistema cilindro-pistón se caliente vapor de agua a temperatura constante igual a 400° F
desde la presión de saturación hasta una presión de 100 lbf/in2. Determínese el trabajo en Btu por lb
de vapor de agua.
CUMPLE :
SI
NO
29
PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA
(TM0105)
CUESTIONARIO
DATOS GENERALES DEL PROCESO DE EVALUACIÓN
NOMBRE DEL ALUMNO
MATRICULA:
FECHA:
NOMBRE DE LA ASIGNATURA
CÓDIGO Y TÍTULO DE LA ASIGNATURA, CUATRIMESTRE O CICLO DE FORMACIÓN
TERMODINÁMICA Y TRANSFERENCIA DE CALOR
Sexto Cuatrimestre
NOMBRE DEL EVALUADOR
INSTRUCCIONES
Estimado usuario:
•
•
•
Usted tiene en las manos un instrumento de evaluación que permitirá fundamentar las actividades que ha demostrado a través de
su desempeño o en la entrega de sus productos.
Conteste los siguientes planteamientos de manera clara.
Le recordamos tomar el tiempo necesario para contestar y desarrollar su contenido.
CÓDIGO
ASPECTO
1.- Un ciclo termodinámico para un sistema cerrado consiste en los procesos I y III. Durante el proceso
I, del estado 1 al estado 2, el trabajo hecho por el sistema es de 20 kJ, mientras que el calor añadido
al sistema es de 50 kJ. Durante el proceso III, del estado 2 al estado 1, el calor rechazado por el
sistema es de 12 kJ.
a) Cual es el trabajo hecho por el sistema durante el proceso III?
b) ¿Cual es el trabajo neto hecho por el sistema durante el ciclo?
TM010
TM0105
0105-01
2.- Durante un proceso del estado 1 al estado 2 el calor rechazado por un sistema cerrado es de 60
kJ, mientras que el trabajo agregado al sistema es de 75 kJ. ¿Cuál es el cambio en la energía total del
sistema durante el proceso?
3.- Un ciclo termodinámico para un sistema cerrado consiste en cinco procesos. El calor agregado al
sistema durante los procesos I a V son 12 Btu, 16 Btu, -5Btu, 0Btu y -10Btu, respectivamente. El
trabajo hecho por el sistema durante los primero cuatro procesos son 4 Btu, 8 Btu, 5Btu y -4 Btu.
a) ¿Cuál es el trabajo hecho por el sistema durante el proceso V?
b) ¿Cuál es le trabajo neto hecho por el sistema durante el ciclo?
c) ¿Cuál es le trabajo neto hecho por el medio circundante durante el ciclo?
d) ¿Cual es el cambio en la energía total del universo durante el ciclo?
30
PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA
(TM0106)
CUESTIONARIO
DATOS GENERALES DEL PROCESO DE EVALUACIÓN
NOMBRE DEL ALUMNO
MATRICULA:
FECHA:
NOMBRE DE LA ASIGNATURA
CÓDIGO Y TÍTULO DE LA ASIGNATURA, CUATRIMESTRE O CICLO DE FORMACIÓN
TERMODINÁMICA Y TRANSFERENCIA DE CALOR
Sexto Cuatrimestre
NOMBRE DEL EVALUADOR
INSTRUCCIONES
Estimado usuario:
•
•
•
Usted tiene en las manos un instrumento de evaluación que permitirá fundamentar las actividades que ha demostrado a través de
su desempeño o en la entrega de sus productos.
Conteste los siguientes planteamientos de manera clara.
Le recordamos tomar el tiempo necesario para contestar y desarrollar su contenido.
CÓDIGO
ASPECTO
1.-Es un experimento para determinar el calor específico del agua, un tambor que contiene 0.02 kg de
agua se lanza contra un freno que le aplica un par de torsión de frenado de 0.306 Nm. La capacidad
térmica del tambor es de 90 J/°K. Después de que el tambor ha girado 110 revoluciones, se encontró
que la elevación de la temperatura del agua y el tambor fue de 1.23 ° C. Determine:
a) El trabajo hecho sobre el sistema que comprende el tambor y el agua.
b) El calor especifico del agua.
TM0106M0106-01
2.- 0.05 kg de aire ha 100 kPa y 300° K se comprimen en un proceso cuasi estático de acuerdo con la
ley politropica pVn=cte. La presión final es de 1MPa. Para (i) n=1.4 y (ii) n=1, determine:
a) W12
b) Q12
3.- Un objeto de 5000kg que se mueve a 20 m/seg choca contra un embolo en 0.0012 m3 de agua
que finalmente lo pone en reposo. ¿Cual es la elevación máxima posible de la temperatura del agua?
CUMPLE :
SI
NO
31
PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA
(TM01
TM0107
0107)
07)
CUESTIONARIO
DATOS GENERALES DEL PROCESO DE EVALUACIÓN
NOMBRE DEL ALUMNO
MATRICULA:
FECHA:
NOMBRE DE LA ASIGNATURA
CÓDIGO DE LA ASIGNATURA, CUATRIMESTRE O CICLO DE FORMACIÓN
TERMODINÁMICA Y TRANSFERENCIA DE CALOR
Sexto Cuatrimestre
NOMBRE DEL EVALUADOR
INSTRUCCIONES
Estimado usuario:
•
•
•
Usted tiene en las manos un instrumento de evaluación que permitirá fundamentar las actividades que ha demostrado a través de
su desempeño o en la entrega de sus productos.
Conteste los siguientes planteamientos de manera clara.
Le recordamos tomar el tiempo necesario para contestar y desarrollar su contenido.
CÓDIGO
CÓDIGO
ASPECTO
1.- Defina la eficiencia térmica (primera ley) de una maquina de calor. Determine la eficiencia según
la primera ley de los siguientes dispositivos o sistemas (suponga que el carbón tiene un valor de
calentamiento de 33500 kJ/kg).
a) Un conjunto de maquinas de vapor de agua Newcomen produce 2.08 kWh de trabajo mientras
consume 37.5 kg de carbón.
b) Una estación de energía alimentada con carbón genera 2000 MW de potencia. El carbón se
quema a una velocidad de 8.1X1005 kg/h.
c) Una maquina de aceite para un submarino desarrolla 1200 kW. Su velocidad de consumo de
combustible es de 5 kg/min. El valor de calentamiento del combustible se puede tomar como 43 500
kJ/kg
TM01
TM0107
010707-01
2.-Defina las eficiencias según la primera ley CDRe y CDRc para una maquina reversible de calor.
Calcule CDRe y CDRc para los siguientes valores:
a) Qc= 350 W, W= 110W
b) Qc= 240 W, EIN= 300 W
c) QH= 14 kW, W= 4 kW
d) Qc= 1.5 kW, QH= 3 kW
3.-Durante un ciclo de una maquina de calor se agregan al sistema (la maquina) 1000 Btu de calor,
mientras que 700 Btu de calor son rechazados por el sistema hacia el entorno.
a) ¿Cuál es el trabajo hecho (en ft* lbf) por la maquina de calor?
b) ¿Cuál es la eficiencia según la primera ley del ciclo de la maquina de calor?
CUMPLE :
SI
NO
32
SEGUNDA LEY DE LA TERMODINAMICA
(TM01
TM0108)
0108)
CUESTIONARIO
DATOS GENERALES DEL PROCESO DE EVALUACIÓN
NOMBRE DEL ALUMNO
MATRICULA:
FECHA:
NOMBRE DE LA ASIGNATURA
CÓDIGO DE LA ASIGNATURA, CUATRIMESTRE O CICLO DE FORMACIÓN
TERMODINÁMICA Y TRANSFERENCIA DE CALOR
Sexto Cuatrimestre
NOMBRE DEL EVALUADOR
INSTRUCCIONES
Estimado usuario:
•
•
•
Usted tiene en las manos un instrumento de evaluación que permitirá fundamentar las actividades que ha demostrado a través de
su desempeño o en la entrega de sus productos.
Conteste los siguientes planteamientos de manera clara.
Le recordamos tomar el tiempo necesario para contestar y desarrollar su contenido.
CÓDIGO
ASPECTO
1.- Una maquina Carnot de calor reversible funciona entre 1000 K y 300 K.
a) ¿Cual es la eficiencia térmica de la maquina?
b) Si se agregan 500 KJ de calor a la maquina a 1000 K, ¿Cuál es la salida de trabajo y cual es el calor
rechazado?
TM0108M0108-01
2.-Una maquina de calor de Carnot reversible funciona entre 1200° F y 100° F.
a) ¿Cuál es la eficiencia térmica de la maquina?
b) Si la maquina rechaza 1600 Btu de calor, ¿Cuál es la salida de trabajo (en ft*lbf) y cual la entrada
de calor (en Btu)?
3.-El horno de una caldera, a una temperatura de 1500° C, es la fuente de calor de una planta de
energía que rechaza calor hacia un sumidero ha 30° C. ¿Cuál es la máxima eficiencia térmica
absoluto que se puede alcanzar? Si la temperatura del ciclo de potencia no debe exceder de 800 K,
¿Cuál es la eficiencia máxima según la primera ley?
CUMPLE :
SI
NO
33
CICLOS TERMODINAMICOS DE POTENCIA
(TM01
TM0109)
0109)
CUESTIONARIO
DATOS GENERALES DEL PROCESO DE EVALUACIÓN
NOMBRE DEL ALUMNO
MATRICULA:
FECHA:
NOMBRE DE LA ASIGNATURA
CÓDIGO DE LA ASIGNATURA, CUATRIMESTRE O CICLO DE FORMACIÓN
TERMODINÁMICA Y TRANSFERENCIA DE CALOR
Sexto Cuatrimestre
NOMBRE DEL EVALUADOR
INSTRUCCIONES
Estimado usuario:
•
•
•
Usted tiene en las manos un instrumento de evaluación que permitirá fundamentar las actividades que ha demostrado a través de
su desempeño o en la entrega de sus productos.
Conteste los siguientes planteamientos de manera clara.
Le recordamos tomar el tiempo necesario para contestar y desarrollar su contenido.
CÓDIGO
ASPECTO
34
1.- Una maquina de calor que usa vapor de agua como fluido de trabajo esta diseñada para funcionar
idealmente con un ciclo Carnot. La maquina tiene una presión de 10 MPa (100 bar) en la caldera y una
presión de 5 KPa (0.05 bar) en el condensador. El ciclo comprende procesos con flujo y w23=0 y W41= 0 ya
que el ciclo proporciona los siguientes resultados para el ciclo ideal:
Salida de trabajo positivo (w34) = 1015 kJ/kg
Trabajo negativo (W12) = -3.87 kJ/kg
Entrada de calor al ciclo (q23) = 1318 kJ/kg
Para el ciclo Carnot ideal calcule:
a) La salida neta de trabajo (w) en kJ/kg
b) La razón de trabajo (rw)
c) La eficiencia térmica (n ideal)
2.- Una planta de energía de vapor de agua recibe calor de una fuente de calor a razón de 100 MW. La
planta opera con una presión de 40 bar (4 MPa) en la caldera y una presión de 0.075 bar en el
condensador.
TM01090109-01
Si la planta esta diseñada para funcionar idealmente con el ciclo Rankine básico, calcule
a) la eficiencia del ciclo
b) la razón de trabajo para el ciclo
c) la salida de potencia (en MW) de la planta
d) Velocidad requerida de flujo masico (en kg/h) del fluido de trabajo
e) el consumo especifico de vapor de agua (en kg/kWh)
3.- Una turbina de gas natural usa aire a 1 atm y 300 K. El aire se comprime a 6 atm y la temperatura de
ciclo máxima se limita a 1100 K usando una relación grande de aire a combustible. Suponga que la
turbina de gas funciona con el ciclo Brayton ideal y que el proceso de calentamiento o combustión equivale
a una entrada de energía de 100 MW al aire a una presión de 6 atm. La condición del ambiente esta dada
por p0= 1 atm y To= 300 K. Para el ciclo ideal, determine:
a) la eficiencia térmica
b) la razón de trabajo
c) la salida de potencia (en MW)
d) la velocidad de flujo de energía (en MW) del gas de descarga que sale de la turbina
CUMPLE :
SI
NO
35
TRANFERENCIA DE CALOR
(TM0110
M0110)
10)
CUESTIONARIO
DATOS GENERALES DEL PROCESO DE EVALUACIÓN
NOMBRE DEL ALUMNO
MATRICULA:
FECHA:
NOMBRE DE LA ASIGNATURA, CUATRIMESTRE O CICLO DE FORMACIÓN
CÓDIGO Y TÍTULO DE LA ASIGNATURA, CUATRIMESTRE O CICLO DE
FORMACIÓN
TERMODINÁMICA Y TRANSFERENCIA DE CALOR
Sexto Cuatrimestre
NOMBRE DEL EVALUADOR
INSTRUCCIONES
Estimado usuario:
•
•
•
Usted tiene en las manos un instrumento de evaluación que permitirá fundamentar las actividades que ha demostrado a través de
su desempeño o en la entrega de sus productos.
Conteste los siguientes planteamientos de manera clara.
Le recordamos tomar el tiempo necesario para contestar y desarrollar su contenido.
CÓDIGO
ASPECTO
1.- Una caja de espuma de poliuretano para mantener frías las bebidas tiene un área de pared total de
0.8 m2 y un espesor de pared de 2.0 cm, y esta lleno con hielo, agua y latas a cero grados
centígrados. Calcule la cantidad de flujo de calor hacia el interior si la temperatura exterior es de 30
grados centígrados. ¿Cuanto hielo se derrite en un día?
TM0110
TM01100110-01
2.- Una barra de acero de 10 cm de longitud se suelda a tope con una de cobre de 20 cm de longitud.
Ambas están perfectamente aisladas por sus costados. Las barras tienen la misma sección
transversal cuadrada de 2 cm por lado. El extremo libre de la barra de acero se mantiene a 100 ºC
colocándolo en contacto con vapor de agua, y el de la barra de cobre se mantiene a 0 ºC colocándolo
en contacto con hielo. Calcule la temperatura en la unión de las dos barras y la razón de flujo total.
3.- Una placa de acero delgada cuadrada de 10 cm por lado se calienta a 800 ºC. Si su emisividad es
de 0.60, calcule la razón total de emisión de energía por radiación.
CUMPLE :
SI
NO
36
UNIVERSIDAD
UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE AGUASCALIENTES
INGENIERÍA MECATRÓNICA
EVALUACIÓN DE EJERCICIOS
LISTA DE COTEJO
DATOS GENERALES DEL PROCESO DE EVALUACIÓN
NOMBRE DEL ALUMNO:
PRODUCTO:
MATRICULA:
FIRMA DEL ALUMNO:
PARCIAL:
FECHA:
MATERIA:
CLAVE:
NOMBRE DEL MAESTRO:
FIRMA DEL MAESTRO:
INSTRUCCIONES
eactivo o el tipo (esencial o
En la columna de valor indique de acuerdo al sistema de evaluación de la Universidad la ponderación al rreactivo
importante)
Revisar las actividades que se solicitan y marque en los apartados “SI” cuando la evidencia se cumple; en caso contrario marque
“NO”. En la columna “OBSERVACIONES” mencione indicaciones que puedan ayudar al alumno
alumno a saber cuales son las condiciones no
cumplidas, si fuese necesario.
Código
CUMPLE
Valor
Característica a cumplir (Reactivo)
10%
Actitudes Realiza las tareas requeridas de acuerdo a lo indicado,
manteniendo el orden y pulcritud.
10%
Presentación
limpia
20%
Desarrollo. Aplica adecuadamente los procedimientos
20%
Realizó todas las operaciones y despejes correctamente
20%
Aprendizajes. Se alcanzaron al 100%
aprendizaje
5%
Funcionalidad. Los valores de las incógnitas a determinar son los
correctos.
10%
Habilidades . Trabaja en equipo.
5%
Responsabilidad. Entregó las evidencias en la fecha y hora
señalada
OBSERVACIONES
SI
NO
El ejercicio es presentado en forma ordenada y
los resultados de
CALIFICACIÓN:
37
UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE AGUASCALIENTES
INGENIERÍA MECATRÓNICA
EVALUACIÓN DE PROYECTO INTEGRADOR Y PRÁCTICAS
LISTA DE COTEJO
DATOS GENERALES DEL PROCESO DE EVALUACIÓN
NOMBRE DEL ALUMNO:
PRODUCTO:
MATRICULA:
FIRMA DEL ALUMNO:
PARCIAL:
FECHA:
MATERIA:
CLAVE:
NOMBRE DEL MAESTRO:
FIRMA DEL MAESTRO:
INSTRUCCIONES
En la columna de valor indique de acuerdo al sistema de evaluación de la Universidad la ponderación al reactivo o el tipo (esencial
(esencial o
importante.. Revisar las actividades que se solicitan
importante
solicitan y marque en los apartados “SI” cuando la evidencia se cumple; en caso contrario
marque “NO”. En la columna “OBSERVACIONES” ” mencione indicaciones que puedan ayudar al alumno a saber cuales son las
condiciones no cumplidas, si fuese necesario.
Código
Valor
CUMPLE
Característica a cumplir (Reactivo)
OBSERVACIONES
SI
NO
Presentación El reporte cumple con los requisitos de:
10%
10%
a.
b.
c.
Buena presentación
No tiene faltas de ortografía
Maneja
el
lenguaje
técnico
apropiado.
Contenido. El reporte contiene los campos según formato
(Número mínimo de cuartillas, antecedentes, justificación,
introducción,
desarrollo,
indicadores
de
resultados,
conclusiones, fuentes bibliográficas, etc.).
10%
Introducción y Objetivo. La introducción y el objetivo dan una
idea clara del contenido del reporte.
10%
Sustento Teórico. Presenta un panorama general del tema a
desarrollar y lo sustenta con referencias bibliográficas
20%
Desarrollo. Sigue una metodología y sustenta todos los pasos
que se realizaron.
20%
Resultados.
Resultados Cumplió totalmente con el objetivo esperado
10%
Conclusiones. Las conclusiones son claras y acordes con el
objetivo esperado
10%
Responsabilidad. Entregó el reporte en la fecha y hora señalada
CALIFICACIÓN:
38
UNIVERSIDAD
UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE AGUASCALIENTES
INGENIERÍA
MECATRÓNICA
EVALUACIÓN
DEDE
DESEMPEÑO
DEL ALUMNO
GUIA
OBSERVACIÓN
DATOS GENERALES DEL PROCESO DE EVALUACIÓN
NOMBRE DEL ALUMNO:
PRODUCTO:
MATRICULA:
FIRMA DEL ALUMNO:
PARCIAL:
FECHA:
MATERIA:
CLAVE:
NOMBRE DEL MAESTRO:
FIRMA DEL MAESTRO:
INSTRUCCIONES
Esté tipo de evidencia se evalúa durante el desarrollo de la asignatura
En la columna de valor indique de acuerdo al sistema de evaluación de la Universidad la ponderación al reactivo o el tipo
tipo (esencial o
importante
Revisar las actividades que se solicitan y marque en los apartados “SI” cuando la evidencia se cumple; en caso contrario marque
“NO”. En la columna “OBSERVACIONES”indicaciones que puedan ayudar al alumno a saber cuales son las condiciones
condiciones no cumplidas,
si fuese necesario.
Código
Valor
5%
10%
5%
5%
10%
5%
Realiza las tareas requeridas
manteniendo el orden y pulcritud.
Respeto hacia los demás
Presentación
NO
de acuerdo a lo indicado,
La actividad de aprendizaje es presentada en forma ordenada y
limpia
Uso de Instalaciones
10%
10%
Resolución de ejercicios
5%
5%
5%
5%
5%
5%
5%
OBSERVACIONES
SI
Actitudes
Uso adecuado de mobiliario
No ingerir alimentos en el lugar de trabajo
Participación en el Aula
5%
0%
CUMPLE
Característica a cumplir (Reactivo)
Explicación de tareas
Lluvia de ideas
Habilidades
Trabaja en equipo.
Responsabilidad
Entregó las evidencias en la fecha y hora señalada
Asistencia
CALIFICACIÓN:
39
GLOSARIO
C
Calor. Transferencia de energía entre dos cuerpos que están a
diferentes temperaturas.
Calor de dilución. Cambio de calor asociado al proceso de dilución
Calor especifico. Cantidad de energía calorífica necesaria para elevar
un grado Celsius la temperatura de un gramo de una sustancia.
Calorimetría. Medición de los cambios de calor.
Capacidad calorífica. Cantidad de calor que se requiere para elevar la
temperatura de una cantidad dada de sustancia en un grado Celsius.
E
Energía. La energía se define como la capacidad de un sistema de
poner en movimiento una máquina o, más rigurosamente, de realizar
un trabajo.
Energía potencial. Energía disponible en virtud de la posición de un
objeto.
Energía química. Energía almacenada en el interior de las unidades
estructurales de las sustancias químicas.
Energía radiante. Energía que se transmite en forma de ondas.
Energía térmica energía asociada a la aleatoriedad del movimiento de
los átomos y moléculas.
Entalpía. Cantidad termodinámica que se utiliza para describir los
cambios térmicos que se realizan a presión constante.
Entalpía de disolución. Calor generado o absorbido cuando cierta
cantidad de soluto se disuelve en cierta cantidad de disolvente.
Entalpía de reacción. Diferencia entre las entalpías de los productos y
las entalpías de los reactivos.
L
Ley de Hess. Cuando los reactivos se convierten en productos, el
cambio en la entalpía es el mismo independientemente de que la
reacción ocurra en un paso o en un conjunto de ellos.
P
40
Presión. En física y disciplinas afines el término presión se define
como la fuerza por unidad de superficie. En el Sistema Internacional
de Unidades se mide en newton por metro cuadrado, unidad derivada
que se denomina pascal. La presión a veces se mide, no como la
presión absoluta, sino como la presión por encima de la presión
atmosférica, también denominada presión normal o gauge. Las
unidades manométricas de presión, como los milímetros de mercurio,
están basadas en la presión ejercida por el peso de algún tipo
estándar de fluido bajo cierta gravedad estándar. Son intentos de
definir las lecturas de un manómetro. Las unidades de presión
manométricas no deben ser utilizadas para propósitos científicos o
técnicos, debido a la falta de repetibilidad inherente a sus
definiciones. También se utilizan los milímetros de columna de agua
(mm.c.d.a.): 1 mm.c.d.a. = 10 Pa.
Presión critica. Presión mínima necesaria para que se realice la
licuefacción a la temperatura critica
Presión de Vapor. La presión de vapor o más comúnmente llamada
presión de saturación es la presión a la que a cada temperatura las
fases líquida y vapor se encuentran en equilibrio; su valor es
independiente de las cantidades de líquido y vapor presentes
mientras existan ambas. El factor más importante que determina el
valor de la presión de saturación es la propia naturaleza del líquido,
encontrándose que en general entre líquidos de naturaleza similar, la
presión de vapor a una temperatura dada es tanto menor cuanto
mayor es el peso molecular del líquido.
Primera ley de la termodinámica. La energía se puede convertir de
una forma a otra, pero no puede crearse ni destruirse.
Proceso exotérmico. Proceso que libera calor hacia los alrededores.
Procesos endotérmicos. Procesos que absorben calor de los
alrededores
S
Sistema. Parte especifica del universo bajo estudio.
T
Temperatura. La temperatura es una magnitud física descriptiva de
un sistema que caracteriza la transferencia de energía térmica, o
calor, entre ese sistema y otros. Desde un punto de vista
microscópico, es una medida de la energía cinética asociada al
41
movimiento aleatorio de las partículas que componen el sistema.
Para medir la temperatura se utiliza el termómetro. En el Sistema
Internacional de Unidades, la unidad de temperatura es el kelvin. Sin
embargo, está muy generalizado el uso de otras escalas de
temperatura, concretamente la escala Celsius (o centígrada), y, en los
países anglosajones, la escala Fahrenheit. Una diferencia de
temperatura de un kelvin equivale a una diferencia de un grado
centígrado.
Temperatura critica. Temperatura arriba de la cual no se licua un gas.
Termodinámica. Estudio científico de la ínter conversión del calor y
otras formas de energía.
Trabajo Cambio de energía dirigida que resulta de un proceso.
42
BIBLIOGRAFÍ
BIBLIOGRAFÍA
OGRAFÍA
1.- Termodinámica Clásica. Russell y Adebiyi. Pearson
Educación.
2.- Thermodynamics an Engineering Approach. Yunus A,
Cengel. McGraw-Hill.
3.- Termodinámica. José Ángel Manrique Valadez.
Editorial Oxford.
4.-Energía mediante vapor, aire o gas. W. H. Severns/H. E.
Degler. Editorial Reverte.
5.- Fundamentos de transferencia de Calor. Frank P.
Incropera. Prentice Hall.
43