FCNM_TERMODINAMICA QUIMICA ICQ00604

ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DEL LITORAL
Facultad de Ciencias Naturales y Matematicas
SYLLABUS DEL CURSO
Termodinamica Quimica
1. CoDIGO Y NUMERO DE CREDITOS
1.
2.
05DIGO
NUMERO DE CREDITOS
ICQ00604
Tearicos: 4
Practicos: 0
2. DESCRIPCIoN DEL CURSO
El curso de Termodinamica proporcionara a los alumnos de Ia carrera de Ingenieria Quimica los
principios para resolver problemas relacionados con Ia determinacion del calor y trabajo, asociados a
procesos de transformacion fisica y quimica, aplicando las expresiones derivadas de las 4 leyes
fundamentales de Ia termodinamica, del equilibrio termodinamico y del equilibrio de Eases.
Mediante el estudio de los sistemas abiertos y cerrados obtendran las bases para comprender y evaluar
el funcionamiento de equipos y procesos termodinamicos en plantas industriales, asi como efectuar
balances de materia y energia. El curso introduce al alumno en estos temas y le brinda herramientas
para encarar la resolucion de los problemas relacionados con los mismos.
3. PRERREQUISITOS Y CORREQUISITOS
PRERREQUISITO
CORREQUISITO
ICQ00786 BALANCE DE MATERIA Y ENERGlA
4. TEXTO GUfA Y OTRAS REFERENCIAS REQUERIDAS PAM EL DICTADO DEL CURSO
TEXTO GUfA
1.
Introduccian a la Termodinamica en Ingenieria Quimica
(2003). Autor : 1.M.Smith-H.C. Van Ness-M.M. Abbott, Sexta
Edicion„ Mc Graw Hill/Interamericana Editores
REFERENCIAS
1.
Termodinamica ( 2006) Autor: Yunus A. Cengel-Michael A.
Boles, Quinta Edicion„ Mc Graw Hill/Interamericana Editores
5. RESULTADOS DE APRENDIZAJE DEL CURSO
El estudiante al finalizar el curso estara en capacidad de:
1.
2.
3.
4.
IG1002-3
Utilizar, analizar y valorar las tablas y diagramas termodinamicos, aplicandolas a la solucion correcta de
problemas.
Aplicar los principios de la conservacion de masa y energia en volumenes de control caracterizados en
toberas, turbinas, valvulas de estrangulacion, compresores y otros.
Interpretar y Aplicar las leyes de la termodinamica a los sistemas cerrados y/o abiertos, ideales y/o
reales en el estudio de ciclos de potencias, maquinas termicas y ciclos de refrigeracion.
Utilizar y aplicar el balance de energia para determinar la cantidad maxima de energia que puede ser
transformada en trabajo mecanico.
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SYLLABUS DEL CURSO
Termodinamica Quimica
6. PROGRAMA DEL CURSO
TEMATICA
I. Introduccien, Conceptos y Definiciones
Objeto de Ia Termodinamica.
•
Conceptos y definiciones: sistema, propiedad, estado, proceso,
•
Fase, sustancia pura, equilibrio.
Analisis dimensional de las unidades energeticas.
Trabajo Mecanico, trabajo termodinamico, Energia Potencial,
Energia Onetica, Energia Intema.
El Balance de Materia y Energia en un sistema cerrado
•
Temperatura y La Ley Cero
•
La Primera Ley de Ia Termodinamica en Sistemas Cerrados
•
Estados y Sistemas Fisico Quimico de Sistemas Reales
El Postulado de Estado.
•
Sistemas simples. La Relac& PVT, Diagramas de Fase P-T, P-v,
•
v-T
La Regla de las Fases
•
Caracteristicas de diagramas termodinamicos por sustancias puras
•
y mezclas H — S, S — T, P — H.
Valores de las propiedades terrnodinamicas: tablas y graficas de
•
propiedades de fluidos reales puros y de mezclas.
Modelo de sustancia incompresible.
•
Ejemplos de aplicacion del Primer Principio a Sistemas Simples
•
Compresibles empleando tablas y graficos de sustancias reales.
4
8
III.
4
IV. Analisis Energetic° de Sistemas Abiertos
Conservation de la masa en un volumen de control.
•
Primer principio para un volumen de control.
■
Analisis de volomenes de control en estado estacionario: Toberas
•
y Difusores, Dispositivos de EstrangulaciOn, Turbinas,
compresores y bombas, intercambiadores de calor.
Analisis de transitorios: Ilenado y vaciado de depositos.
Ejemplos de sistemas abiertos.
8
Definicien de Gas Ideal
Ecuacion de estado termica
•
EcuaciOn de estado energetica
•
Experiencia de Joule
•
Energia intema y entalpfa de un gas ideal
•
El Gas Perfecto
•
Procesos Cuasi estaticos en gases ideales
■
Proceso Isecoro
■
Proceso Isobar°
•
Proceso Isotermo
•
Proceso Adiabatic°
•
El Proceso Politropico
•
Aplicadon del Primer Principio a Gases Ideales
•
V. El Segundo Principio
Introduccion
•
Procesos Reversibles E Irreversibles
Caracteristicas de un proceso reversible
Tipos de reversibilidades
Maquinas Tarmicas
Cidos de Potencia
Ciclos inversos
Forrnulaciones Del Segundo Principio
Enundado de Clausius
IG1002-3
NUMERO DE HORAS
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6
SYLLABUS DEL CURSO
Termodinamica Quimica
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
101002-3
Enunciado de Kelvin Planck
Consecuencias Del Segundo Principio
Corolarios del Segundo Principio para dclos
La escala Kelvin de Temperatura
Rendimiento maxim° de maquinas *micas
El Odo De Camot
Ciclos de Camot con Gas Ideal sistema cerrado
Ciclo de Carnot con Gas Ideal sistema abierto
Ejemplos Desarrollados
Problemas Propuestos
VI. Entropia
•
La Desigualdad de Clausius
•
Definicion de la Variacion de Entropia
•
Variacion de la entropia en procesos irreversibles
•
Principio de aumentos de entropia
•
Valores Numericos de la Entropia (Sustancia Pura, Simple y
Compresible)
Tablas
•
Diagramas
•
Ecuaciones TDS
Gas ideal
■
Sustancia incompresible
Balance de Entropia en Sistemas Cerrados
Balance de Entropia en VolOmenes de Control
Aplicaciones de la Segunda Ley
Ejemplos Desarrollados
Problemas Propuestos
4
VII. Tercer Principio De Termodinamica
•
Calculo de la variacion de entropia en film& de las variables
termodinamicas.
Variacion de entropia en un proceso isotermico.
Variacion de entropia en un cambio de fase.
Ecuacion fundamental de la Termodinamica.
Entropia en fund& de T y V.
Entropia en fund& de T y P.
Variacion de la entropia de un gas ideal.
Diagramas T-S. Tercer Principio de la Termodinamica.
Enunciado de Nemst.
Enunciado de Planck.
Consecuendas del Tercer Prindpio.
Capacidades calorificas.
Coeficientes a y kT.
Calculo de entropias absolutas.
Ejemplos Desarrollados
4
VIII. Mezclas Reactivas. Combusti6n
El proceso de combustion. Generadores de vapor.
•
Estequiometria de procesos de combustion. Balances de masa y
energia.
Combustion en regimen estacionario.
Combustion a volumen constante
4
IX. Ciclos Con Vapor
•
Ciclos de Rankine.
Variables que afectan al rendimiento: presion en caldera,
•
sobrecalentamiento del vapor, presion en condensador.
Modificaciones para mejorar el rendimiento: ciclos con
recalentamiento, ciclos regenerativos. Cogeneracion.
4
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SYLLABUS DEL CURSO
Termodinamica Quimica
X. Ciclos con Gas. Otros Ciclos
•
Ciclo Brayton.
Cogeneracion por turbina de vapor.
Pila de combustible.
Otros sistemas de conversion de energia.
Ciclo de absorcion. Ciclos criogenicos. Ciclo Stirling. Cido Ericsson.
Ciclos para maquinas de combustion intema: ciclo Otto; ciclo
Diesel; cido dual.
Plantas combinadas de generacion de potencia.
Aspectos generales del analisis quimico cualitativo y cuantitativo
XI. Ciclos De Refrigeracion
Ciclos de Rankine inversos: Cidos frigorificos y bomba de calor.
•
Caracteristicas generales de los equipos que lo integran.
•
Balances de masa y energia.
•
Formas de incrementar la eficiencia.
•
Trigeneracion.
•
6
4
7. CARGA HORARIA: TEORIA/PRACTICA
1.
2.
Milner° de sesiones de clases por semana: 2 sesiones de clases teoricas
DuraciOn de cada sesion: 2 horas
8. CONTRIBUCIoN DEL CURSO EN LA FORMACI6N DEL ESTUDIANTE
Al finalizar el curso, los estudiantes habran comprendido de manera integral la importancia que tiene
el estudio de la Termodinamica en la formacion del ingeniero quimico y su contribucion al desarrollo
industrial del pais. Los ingenieros Quimicos aplican los conceptos y metodos de la Termodinamica
para obtener, transformar, transmitir y utilizar el calor, asi como para el estudio de los principios de
funcionamiento y las singularidades constructivas de los generadores de calor y de vapor, de las
maquinas, aparatos y dispositivos termicos y su optimizackin energetica en los procesos industriales.
El ingeniero quimico tambien toma decisiones respecto a la optimizacion de equipos y procesos
industriales desde el punto de vista energetic° y de la mejora de su eficiencia . El estudio de las
fases en equilibrio le serviran de base en el disefio de equipos de transferencia de masa y calor,
facilitando su aplicaciOn en las operadones unitarias de destilacion, extraccion liquido-liquido, secado
de materiales, entre otras. Razones suficientes para afirmar que la Termodinamica constituye una
materia basica en la formacion del ingeniero quimico.
FORMACION BASICA
FORMACION
PROFESIONAL
X
FORMACION
HUMANA
9. RELACION DE LOS OBJETIVOS DE APRENDIZAJE DEL CURSO CON LOS RESULTADOS DE
APRENDIZAJE DE LA CARRERA
a)
IG1002-3
RESULTADOS DE
APRENDIZAJE DE LA
CARRERA
aplicar
para
Habilidad
matematicas para modelar
y resolver procesos de la
ingenieria quimica.
CONTRIBUCIoN
(ALTA, MEDIA, BAIA)
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RESULTADOS DE
APRENDIZAJE
DEL CURSO
EL ESTUDIANTE DERE:
SYLLABUS DEL CURSO
Termodinamica Quimica
b)
Destreza para diseriar y
conducir experimentos en
las aereas de formacion de
ingenieria quimica.
c)
Capacidad para innovar y
de
mejorar
procesos
Ia
transformacion de
materia.
d)
e)
f)
g)
h)
i)
j)
k)
I)
IG1002-3
Capacidad para trabajar de
manera efectiva en equipos
y/o
especializados
en
multidisciplina rios,
entornos
diversos
culturales.
Capacidad para resolver
problemas de ingenieria
quimica
utilizando
herramientas disponibles de
ingenieria.
Comportamiento
responsable en los ambitos
y
socio-etico-ambiental
profesional.
Habilidad para comunicarse
de manera efectiva y
flexible tanto en la lengua
nativa y en al menos una
lengua forinea.
y
Entendimiento
sensibilidad de los posibles
impactos de las soluciones
generadas por la ingenieria
quimica sobre Ia sociedad,
economia y ambiente.
ALTA
ALTA
ALTA
1
Aplicar
los
principios
termodinamicos en el disefio
basic° de sistemas de
generacion y transformacion
de energia
2
problemas
de
Resolver
transformacion y generacion
de energia en ciclos de
potencia y de refrigeracion
3y4
Mediante la aplicacion de
conceptos de calidad de la
energia y eficiencia de las
maquinas, debera ser capaz
de predecir el impacto hacia
el medio ambiente por
generaciOn de gases de
invernadero
Compromiso y capacidad
mantenerse
para
actualizados a lo largo de
su ejerciclo profesional.
Entendimiento de asuntos
culturales,
sociales,
economicos, ambientales y
politicos contemporaneos.
tecnicas
y
Usar
la
para
herramientas
ingenieria
de
practica
quimica.
las
Identifica r
de
oportunidades
emprendimiento en el piano
socio-etico y ambiental.
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SYLLABUS DEL CURSO
Termodinamica Quimica
10. EVALUACION DEL CURSO
Actividades de Evaluacidn
Examenes
X
Lecciones
X
Tareas
X
Proyectos
Laboratorio/Experimental
Participacion en Clase
X
Visitas
Otras
X
11. RESPONSABLE DE LA ELABORACION DEL SYLLABUS Y FECHA DE ELABORACION
Elaborado por
Fecha
Guillermo Cardenas Murillo
Junio 2013
12. VISADO
SECRETARIA ACADEMICA DE LA
UNIDAD ACADEMICA
NOMBRE:
Sonia Roman Valdez
DIRECTOR DE LA SECRETARIA
TECNICA ACADEMICA
NOMBRE:
Ing. Marcos Mendoza V• I
FIRMIL
_
i
FIRMA:
ESCLIELASIIP' 4
Ilf-0)'
' "AC
4" EL L1TORAL
/,
Resolucion y Fecha de aprobacion en el
Consejo Directivo:
CD — FCNM —13 — 082
17 de junio de 2013
arcos Mend°
V
EHREcluk DE i..A SECRETA
-rtGNicp. Al CAM (7 IV] I r:q.
13. VIGENCIA DEL SYLLABUS
RESOLUCION DEL CONSEJO
PO LITECNICO:
FECHA:
IG1002-3
13- '1'1- 307
" 7 NOV 2013
ir......
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Termodinamica Quimica