Programa

a) PROGRAMA ANALÍTICO

I. IMPORTANCIA DE LA TERMODINÁMICA EN INGENIERÍA

1.1   Termodinámica y Energía. Origen de la termodinámica. Las primeras máquinas térmicas. Breve reseña histórica. Modernas aplicaciones de la termodinámica.

1.2   Definiciones: Sistema, Medio Ambiente, Límites del sistema, Universo Termodinámico. Criterios de enfoque. Clasificación de Sistemas y Límites. Concepto y definición de equilibrio termodinámico.

1.3   Propiedades, parámetros, estado, evolución. Clasificación de propiedades. Clasificación de evoluciones o transformaciones.

1.4   Energía y potencia. Definiciones y unidades. Formas de energía. Energía en transferencia y energía contenida.

1.5   Principio Cero de la Termodinámica. Transmisión del calor. Conducción. Convección. Radiación. Unidades más usuales en Termodinámica.

II. PROPIEDADES DE LAS SUSTANCIAS PURAS

2.1   Definición y comportamiento. Diagramas pv; pT y Tv de una sustancia pura. Superficie pvT de la sustancia pura. Postulado de estado.

2.2   Estados de agregación: Fase vapor, Fase líquida y Fase sólida. Vapor saturado, vapor saturado húmedo, vapor sobrecalentado, líquido saturado, líquido comprimido. Fluidos supercríticos.

2.3   Presión de vapor, temperatura de saturación. Título o calidad de un vapor húmedo.

2.4   Tablas de propiedades de las sustancias puras.

III. GASES IDEALES, REALES, MEZCLAS

3.1   El gas ideal o perfecto. Ecuación de estado para los gases ideales. Superficie de estado para el gas ideal.

3.2   Mezclas de gases ideales. Leyes de Amagat y Dalton. Propiedades de una mezcla de gases ideales.

3.3   El gas real. Ecuación de Van der Waals. Otras ecuaciones de estado para gases reales. Ley de los estados correspondientes. Factor de compresibilidad.

3.4   Mezclas de gases reales. Propiedades de las mezclas de gases reales. Parámetros pseudocríticos y pseudoreducidos. Factor de compresibilidad de una mezcla de gases reales. Regla de Kay.

IV. CALOR. TRABAJO. PRIMER PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA PARA SISTEMAS CERRADOS

4.1   CALOR Definición. Breve reseña histórica. Concepto. Capacidad calorífica. Calor específico. Calor específico verdadero o instantáneo, calor específico medio, variabilidad de los calores específicos. Cálculo de los calores intercambiados entre sistema y medio ambiente. Signos. Tablas. Principio Cero de la Termodinámica. Transmisión del Calor. Conducción. Convección. Radiación.

4.2   TRABAJO Definición. Concepto. Cálculo del trabajo transferido entre sistema y medio para distintos tipos de sistemas. Representación gráfica. Signos.

4.3   PRIMER PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA Su enunciación experimental. Formulación matemática para un sistema cerrado. Energía Interna y energía total.. Propiedades. Energía Interna de un gas ideal. Aplicación del primer principio para distintos tipos de evoluciones. Balance de energía de un sistema cerrado. Simplificaciones para sistemas en estado estacionario, procesos adiabáticos, procesos isocóricos, etc.

V. PRIMER PRINCIPIO PARA SISTEMAS ABIERTOS

5.1   Trabajo de circulación.

5.2   Entalpía. Propiedades. Entalpía para un gas ideal.

5.3   Balance de energía para sistemas abiertos. Simplificaciones para sistemas en estado estacionario, procesos adiabáticos, procesos isocóricos, etc. Aplicación del primer principio para sistemas abiertos a distintos dispositivos comunes en ingeniería. Caldera, tobera, turbina, compresor, recipiente que se llena, recipiente que se vacía, etc.

5.4   Transformaciones cuasiestáticas de sistemas constituidos por un gas ideal.

5.5   Móvil perpetuo de primera especie.

VI. SEGUNDO PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA

6.1   Generalidades. Enunciados. Reversibilidad e irreversibilidad en distintos procesos. Generalización a las transformaciones reales.

6.2   Ciclos reversibles. Ciclo de CARNOT. Escala de temperaturas absoluta.

6.3   Máquina térmica y frigorífica reversible. Rendimiento del Ciclo de Carnot. Teorema de CARNOT sobre el rendimiento de las máquinas térmicas. Corolarios del teorema de CARNOT.

VII. ENTROPÍA

7.1   Teorema de CLAUSIUS. Formulación matemática del Segundo Principio.

7.2   Entropía. Propiedades. Entropía para procesos ideales y reales. Entropía e irreversibilidad. El segundo principio como Principio de Aumento de la Entropía. Balance de entropía en sistemas cerrados y abiertos. La entropía como probabilidad de estados termodinámicos. Cálculo de la Entropía para gases ideales. Móvil perpetuo de segunda especie.

7.3   Diagramas entrópicos para gases ideales y vapores. Aplicaciones.

VIII. EXERGÍA

8.1   Concepto y definiciones. Importancia. Determinación de la Exergía de una fuente térmica y de un cuerpo respecto de la atmósfera. Casos particulares.

8.2   Exergía de un sistema cerrado.

8.3   Exergía de un sistema abierto en flujo estable.

8.4   Balance de exergía en sistemas cerrados y abiertos. Rendimiento exergético de las instalaciones.

IX. CICLOS DE MOTORES DE GAS

9.1   Nociones elementales sobre combustibles y combustión. Definición de poder calorífico de un combustible.

9.2   Estudio termodinámico de los ciclos ideales de aire y teóricos de aire combustible. Determinación del rendimiento térmico y aplicaciones.

9.3   Ciclo OTTO. Ciclo DIESEL. Ciclo MIXTO, SEMIDIESEL o SABATHE. Ciclo BRAYTON. Aplicaciones de en potencia y aeronáuticas. Representación en los planos p-v y T-s.

X. CICLOS DE MÁQUINAS DE VAPOR

10.1 Ciclo de Carnot para fluidos condensables. Rendimiento del ciclo y relación de trabajo.

10.2  Ciclo de Rankine. Instalación necesaria para describirlo. Rendimiento termodinámico. Mejoras que se introducen para aumentar su eficiencia. Ciclo con sobrecalentamiento. Ciclo con doble expansión y recalentamiento intermedio. Ciclo regenerativo. Ciclo con extracciones múltiples. Representación gráfica en el diagrama T - s y h - s.

XI. CICLOS DE REFRIGERACIÓN O FRIGORÍFICOS

11.1                      Ciclos frigoríficos con dos y tres fuentes térmicas. Bomba de calor. Ciclo inverso de Carnot. Efecto frigorífico y efecto calorífico. Coeficiente de efecto frigorífico y calorífico. Ciclo en régimen seco.

11.2                      Mejoras para aumentar la eficiencia. Ciclo con doble compresión y refrigeración intermedia. Ciclo con subenfriamiento o de doble expansión.

XII. AIRE HÚMEDO

12.1                      Definición y usos. Composición. Propiedades que lo definen. Humedad absoluta. Humedad absoluta máxima. Grado de saturación. Presión relativa. Entalpía. Temperatura de bulbo húmedo. Psicrómetro. Temperatura de saturación adiabática. Temperatura de rocío.

12.2                      Diagrama Psicrométrico. Diagrama entálpico.

12.3                     Procesos con aire húmedo. Mezclas de aire húmedo.