termodinámica i

INSTITUTO POLITCNICO NACIONAL

SECRETARA ACADMICA

DIRECCIN DE EDUCACIN SUPERIOR

PROGRAMA SINTTICO

CARRERA: Ingeniera en Sistemas Automotrices e Ingeniera Mecnica ASIGNATURA: Termodinmica I SEMESTRE: Tercero, Cuarto OBJETIVO GENERAL: El alumno aplicar las leyes de la termodinmica, las transformaciones, procesos y cambios de fase, as como la dinmica y mezcla de gases y los fenmenos de combustin para evaluar los sistemas trmicos y efectuar anlisis energticos en diversos sistemas que comprendan gases ideales, sustancias puras y mezclas reactivas. CONTENIDO SINTETICO: I. Conceptos Bsicos. II. El Gas Ideal. III. Propiedades de la Sustancia Pura. IV. Transferencia de Energa por Calor, Trabajo y Masa. V. Primera Ley de la Termodinmica. VI. Mezcla de Gases. VII. Sistemas Reactivos: Combustin. METODOLOGA: Tcnicas de exposicin y con el uso de la tecnologa de la informacin y comunicacin. Trabajo colaborativo en actividades de aprendizaje. Mtodos grupales para la bsqueda y discusin del contenido temtico, temas complementarios, de aplicacin a as como la solucin de problemas de la asignatura, con la coordinacin del profesor. Trabajos extraclase y tareas relacionadas con los temas. Realizacin de prcticas de laboratorio con la supervisin del profesor. Realizacin de proyectos colaborativos. EVALUACIN Y ACREDITACIN: Se aplicarn tres exmenes departamentales, prcticas de laboratorio, bsqueda y exposicin de informacin, trabajos extra clase, desarrollo de proyecto colaborativo. De manera que puedan evaluarse el conjunto de conocimientos, habilidades y destrezas, actitudes y conductas. Eventualmente, se complementar la evaluacin, con la autoevaluacin del estudiante. La acreditacin establece niveles de cumplimiento de todas las actividades de aprendizaje, incluyendo el examen. BIBLIOGRAFA: Cengel y Boles. Termodinmica, Mxico. Quinta Edicin. McGraw-Hill. 2006. 988 pgs. ISBN 970-10-5611-6 Torregosa, Galindo y Climent, Ingeniera Trmica Fundamentos de Termodinmica, Valencia, Espaa. Alfaomega 2004. 126 pgs. ISBN 970-15-0885-8 Wark y Richards. Termodinmica, Sexta Edicin. Mxico. McGraw-Hill. 2006. 1164 pgs. ISBN 844-81-2829-X


SECRETARA ACADMICA


ESCUELA: Escuela Superior de Ingeniera Mecnica y Elctrica CARRERA: Ingeniera en Sistemas Automotrices, Ingeniera Mecnica OPCIN: COORDINACIN: Academia de Ingeniera Trmica DEPARTAMENTO:

ASIGNATURA: Termodinmica I SEMESTRE: Tercero, Cuarto CLAVE: CRDITOS: 7.5 VIGENTE: Agosto 2008 TIPO DE ASIGNATURA: Terico-Prctica MODALIDAD: Presencial.

TIEMPOS ASIGNADOS HORAS/SEMANA/TEORIA: 3.0 HORAS/SEMANA/PRCTICA: 1.5 HORAS/SEMESTRE/TEORA: 54.0 HORAS/SEMANA/PRCTICA: 27.0 HORAS/TOTALES: 81.0

PROGRAMA ELABORADO O ACTUALIZADO POR: Colegio de Ingeniera en Sistemas Automotrices REVISADO POR: Comisin de Planes y Programas APROBADO POR: Consejo Tcnico Consultivo Escolar: Ing. Miguel lvarez Montalvo; M. en C. Jos Alfredo Coln vila; Ing. Apolinar Francisco Cruz Lzaro; Ing. Jorge Gmez Villarreal; M. en C. Jaime Martnez Ramos; Ing. Ernesto Mercado Escutia; M. en C. Jess Reyes Garca.

AUTORIZADO POR: Comisin de Programas Acadmicos del Consejo General Consultivo del IPN.

Dr. David Jaramillo Vigueras Director de Educacin Superior


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ASIGNATURA: Termodinmica I CLAVE: HOJA: 2 DE 11

FUNDAMENTACIN DE LA ASIGNATURA

Entre los fundamentos tcnicos de los procesos energticos, como un conjunto de conocimientos que se concatenan con rigor metodolgico, al mismo tiempo conceptual y de aplicacin, constituyen el cimiento de la Ingeniera Trmica y de Procesos, que conforman una vertiente importante del Programa de Ingeniera en Sistemas Automotrices. Esta asignatura abordar los temas de aplicacin tanto industriales como aquellos relacionados con la Industria Automotriz, por lo que el egresado estar preparado para desarrollar anlisis energticos, balances termodinmicos y optimizacin energtica, de sistemas que ocupen energa convencional y renovable. Esta asignatura es necesaria para efectuar anlisis energticos en diversos sistemas, cerrados y abiertos, que comprenden gases ideales, sustancias puras y mezclas reactivas; orientando el enfoque tanto a sistemas cerrados y abiertos como a dispositivos de Ingeniera empleados comnmente en la industria en general, y en la industria automotriz en particular. Entre las asignaturas que le sirven de antecedente se encuentran: Fsica Clsica, Qumica Bsica, Qumica aplicada, Clculo Diferencial e Integral, Clculo Vectorial, Ecuaciones Diferenciales y Fundamentos de Programacin. Esta asignatura proporciona el soporte de conocimiento y habilidad requerido para las siguientes asignaturas consecuentes: Termodinmica II, Transferencia de Calor, Fundamentos de Motores de Combustin Interna, Diseo de Motores de Combustin Interna, Sistemas Automotrices, Ingeniera Ambiental y Tecnologas Alternativas. La asignatura est concebida como un cuerpo integral de conocimientos que se complementa en la asignatura consecuente inmediata de Termodinmica II.

OBJETIVO DE LA ASIGNATURA

El alumno aplicar las leyes de la termodinmica, las transformaciones, procesos y cambios de fase, as como la dinmica y mezcla de gases y los fenmenos de combustin para evaluar los sistemas trmicos y efectuar anlisis energticos en diversos sistemas que comprendan gases ideales, sustancias puras y mezclas reactivas.


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N UNIDAD: I NOMBRE: Conceptos Bsicos

OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD

El alumno aplicar los conceptos bsicos de la termodinmica a los sistemas termodinmicos y sus propiedades a procesos y ciclos que involucren temperatura y presin, resolviendo problemas tipo y desarrollando un proyecto colaborativo.

No.

TEMA TEMA HORAS CLAVE

BIBLIOGRFICAT P EC 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5

Sistemas de unidades, sistemas termodinmicos y propiedades de un sistema Estado y equilibrio Procesos y ciclos Temperatura y ley cero de la termodinmica (escalas de temperaturas) Presin (manmetros y barmetros)

Subtotal

2.0

1.0

1.0

1.0

1.0

6.0

1.5

1.5

6.0

6.0

1B 2B 3B 4B 7C

ESTRATEGIA DIDCTICA Presentacin del curso por parte del profesor. Conformacin de equipos de trabajo. Bsqueda documental respecto a los temas de la unidad. Exposicin y discusin grupal de los diferentes sistemas de unidades dirigida por el profesor. Trabajo grupal de los conceptos de estado y equilibrio, temperatura y presin. Realizacin de prctica de laboratorio con la orientacin del profesor. Bsqueda, por parte del alumno, de informacin de los dispositivos de medicin de presin y temperatura y sus principios fsicos de funcionamiento. Solucin individual y en equipo de problemas de los temas de la unidad propuestos en clase. Proyecto colaborativo de los principios de funcionamiento en procesos y ciclos termodinmicos de los instrumentos de medicin de presin y temperatura. PROCEDIMIENTO DE EVALUACIN El primer examen departamental abarcar las unidades I, II y III, con valor del 30%. Prcticas de laboratorio, 30%. Participacin en clase, exposiciones y discusin de temas, entrega de reportes escritos de bsquedas documentales, y solucin de problemas tipo, 30%. Proyecto colaborativo, 10%.


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N UNIDAD: II NOMBRE: El Gas Ideal


El alumno resolver problemas en los que se apliquen las leyes y propiedades de los gases ideales, as como los conceptos de entalpa y calores especficos de los gases ideales.

No.


BIBLIOGRFICAT P EC 2.1 2.2 2.3

Ecuacin de estado del gas ideal Energa interna, entalpa y calores especficos de gases ideales Procesos de gases ideales

Subtotal

1.0

1.0

4.0

6.0

4.5

4.5

6.0

6.0

1B 2B 3B 4B 7C

ESTRATEGIA DIDCTICA Discusin fundamentada y dirigida por el profesor, de los conceptos de energa interna, entalpa y calores especficos para procesos de gases ideales. Resolucin de ejercicios de procesos de gas ideal utilizando la ecuacin de estado, por parte de los alumnos. Realizacin de prctica de laboratorio con la orientacin del profesor. Bsqueda, por parte del alumno, de informacin de aplicaciones prcticas de procesos de gases. Representacin grfica de procesos en diferentes diagramas, en grupos de trabajo colaborativo. Solucin individual y en equipo de problemas de los temas de la unidad propuestos en clase. Proyecto colaborativo de las aplicaciones de los procesos de gases ideales. PROCEDIMIENTO DE EVALUACIN El primer examen departamental abarcar las unidades I, II y III, con valor del 30%. Prcticas de laboratorio, 30%. Participacin en clase, exposiciones y discusin de temas, entrega de reportes escritos de bsquedas documentales, representaciones grficas de procesos, y solucin de problemas tipo, 30%. Proyecto colaborativo, 10%.


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N UNIDAD: III NOMBRE: Propiedades de la Sustancia Pura


El alumno analizar los procesos de cambio de fase e interpretar los diagramas y tablas de propiedades de la sustancia pura.

No.


BIBLIOGRFICAT P EC 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7

Sustancia pura Fases de una sustancia pura Procesos de cambio de fase de una sustancia pura Diagramas de propiedades para procesos de cambio de fase Tablas de propiedades Energa interna, entalpa y calores especficos de lquidos Factor de compresibilidad

Subtotal

1.0

1.0

2.0

1.0

2.0

2.0

1.0

10.0

4.5

4.5

10.5

10.5

1B 2B 3B 4B 5C 6C 7C

ESTRATEGIA DIDCTICA Discusin colectiva, dirigida por el profesor de los conceptos sobre la sustancia pura en procesos de cambio de fase. Interpretacin de los diagramas y de las tablas de propiedades, por parte de los alumnos. Solucin individual y en equipo de problemas de los temas de la unidad propuestos en clase. Realizacin de prctica de laboratorio con la orientacin del profesor. Bsqueda, por parte del alumno, de informacin de factores de compresibilidad. Solucin individual y en equipo de problemas de los temas de la unidad propuestos en clase. Proyecto colaborativo sobre la produccin de vapor y determinacin de sus propiedades. PROCEDIMIENTO DE EVALUACIN El primer examen departamental abarcar las unidades I, II y III, con valor del 30%. Prcticas de laboratorio, 30%. Participacin en clase, exposiciones y discusin de temas, entrega de reportes escritos de bsquedas documentales, y solucin de problemas tipo, 30%. Proyecto colaborativo, 10%.


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N UNIDAD: IV NOMBRE: Transferencia de Energa por Calor, Trabajo y Masa.


El alumno analizar situaciones fsicas y tcnicas, que involucren la transferencia de energa por calor, trabajo y masa para su aplicacin en la solucin de problemas en sistemas termodinmicos.

No.


BIBLIOGRFICAT P EC 4.1 4.2 4.3 4.4

Balance de energa Energa transferida por calor y por trabajo Formas mecnicas de trabajo Principio de conservacin de la masa

Subtotal

1.0

2.0

2.0

1.0

6.0

1.5

1.5

6.0

6.0

1B 2B 3B 4B 7C

ESTRATEGIA DIDCTICA Anlisis de estudio de casos en forma grupal de situaciones de variacin, transformacin y balance de las diferentes formas de energa. Resolucin de ejercicios de cambio, transferencia y balances de energa, que incluya las formas de energa estudiadas, por parte de los alumnos. Realizacin de prctica de laboratorio con la orientacin del profesor. Solucin individual y en equipo de problemas de los temas de la unidad propuestos en clase. Proyecto colaborativo del principio de conservacin de la masa. PROCEDIMIENTO DE EVALUACIN El segundo examen departamental abarcar las unidades IV y V, con valor del 30%; Prcticas de laboratorio: 30%; Participacin en clase, exposiciones y discusin de temas, entrega de reportes escritos a cerca de estudio de casos, y solucin de problemas tipo 30%. Proyecto colaborativo, 10%.


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N UNIDAD: V NOMBRE: Primera Ley de la Termodinmica


El alumno efectuar el balance de energa en sistemas cerrados y dispositivos tcnicos de ingeniera aplicando la primera ley de la termodinmica y resolver problemas planteados en clase.

No.



Primera ley de la termodinmica Balance de energa de un sistema cerrado Balance de energa para un sistema de flujo permanente Algunos dispositivos de ingeniera de flujo permanente (toberas y difusores, turbinas y compresores, vlvulas de estrangulamiento, cmaras de mezclas e intercambiadores de calor, tubos y ductos) Balance de energa para procesos de flujo no permanentes

Subtotal

2.0

2.0

2.0

4.0

4.0

14.0

4.5

4.5

12.0

12.0

1B 2B 3B 4B 5C 6C 7C

ESTRATEGIA DIDCTICA Bsqueda bibliogrfica del concepto y aplicaciones de la primera ley de la termodinmica, por parte de los alumnos. Dinmica grupal para identificar el balance de energa en sistemas cerrados y abiertos, bajo diferentes condiciones. Discusin grupal sobre la aplicacin de la primera ley de la termodinmica en los diferentes dispositivos de ingeniera. Resolucin de ejercicios de primera ley en sistemas cerrados y volmenes de control, con gases ideales y sustancias puras. Realizacin de prcticas de laboratorio con la orientacin del profesor. Solucin individual y en equipo de problemas de los temas de la unidad propuestos en clase. Proyecto colaborativo orientado a probar la primera ley de la termodinmica. PROCEDIMIENTO DE EVALUACIN El segundo examen departamental abarcar las unidades IV y V, con valor del 30%; Prcticas de laboratorio: 30%; Participacin en clase, exposiciones y discusin de temas, entrega de reportes escritos a cerca de estudio de casos, y solucin de problemas tipo 30%. Proyecto colaborativo, 10%.


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N UNIDAD: VI NOMBRE: Mezcla de Gases


El alumno resolver problemas de mezclas de gases no reactivas, en funcin de las variables P-V-T y de sus propiedades.

No.


BIBLIOGRFICAT P EC 6.1 6.2 6.3

Composicin de una mezcla de gases: Masa y fracciones molares Comportamiento P-V-T de mezclas de gases Propiedades de mezclas de gases

Subtotal

2.0

2.0

2.0

6.0

4.5

4.5

6.0

6.0

1B 2B 3B 4B 5C

ESTRATEGIA DIDCTICA Estudio grupal conducido por el profesor sobre mezclas de gases y su comportamiento. Bsqueda bibliogrfica por parte de los alumnos de las diferentes propiedades en mezclas de gases. Resolucin de ejercicios extraclase de masa y fracciones molares en equipos de trabajo colaborativo. Realizacin de prcticas de laboratorio con la orientacin del profesor. Solucin individual y en equipo de problemas de los temas de la unidad propuestos en clase. Proyecto colaborativo del comportamiento presin, volumen y temperatura en mezclas de gases. PROCEDIMIENTO DE EVALUACIN El tercer examen departamental abarcar las unidades VI y VII, con valor del 30%; Prcticas de laboratorio: 30%; Participacin en clase, exposiciones y discusin de temas, entrega de reportes escritos a acerca de bsquedas bibliogrficas, y solucin de problemas tipo, 30%. Proyecto colaborativo, 10%.


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N UNIDAD: VII NOMBRE: Sistemas Reactivos: Combustin


El alumno aplicar los conceptos termodinmicos del fenmeno de la combustin en la solucin de problemas tipo.

No.



Combustible y combustin Procesos de combustin terica y real. Entalpa de formacin y de combustin, poder calorfico Anlisis de la primera ley de la termodinmica en sistemas reactivos, sistemas cerrados y sistemas de flujo permanente Temperatura de flama adiabtica

Subtotal

1.0

1.0

1.0

2.0

1.0

6.0

6.0

6.0

6.0

6.0

1B 2B 3B 4B 5C 6C 7C

ESTRATEGIA DIDCTICA Estudio grupal del concepto de combustin y temperatura adiabtica. Bsqueda de informacin sobre la clasificacin y las propiedades de los diferentes tipos de combustibles, por parte de los alumnos. Resolucin de ejercicios sobre combustin, por parte de los alumnos. Realizacin de prcticas de laboratorio con la orientacin del profesor. Solucin individual y en equipo de problemas de los temas de la unidad propuestos en clase. Proyecto colaborativo acerca de la combustin. PROCEDIMIENTO DE EVALUACIN El tercer examen departamental abarcar las unidades VI y VII, con valor del 30%; Prcticas de laboratorio: 30%; Participacin en clase, exposiciones y discusin de temas, entrega de reportes escritos a acerca de bsquedas bibliogrficas, y solucin de problemas tipo, 30%. Proyecto colaborativo, 10%.


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RELACIN DE PRCTICAS

PRC-TICA No.

NOMBRE DE LA PRCTICA UNIDAD DURACIN LUGAR DE REALIZACIN

1 2 3 4 5 6 7

Dispositivos de medicin Caracterizacin de sistemas termodinmicos Cambio de fases del agua Transferencia de energa Primera Ley de la Termodinmica Mezcla de gases Calidad de vapor

Subtotal

I II

III

IV

V

VI

VII

1.5

4.5

4.5

1.5

4.5

4.5

6.0

27.0

Todas las prcticas se

realizarn en el Laboratorio de Ingeniera Trmica


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PERODO

UNIDAD

PROCEDIMIENTO DE EVALUACIN 1

2

3

I, II y III

IV y V

VI y VII

La primera evaluacin constar de los siguientes porcentajes: 30% Examen. 30% Prcticas de laboratorio. 30% Participacin, trabajos, tareas y exposiciones. 10% Proyecto colaborativo. La segunda evaluacin constar de los siguientes porcentajes: 30% Examen. 30% Prcticas de laboratorio. 30% Participacin, trabajos, tareas y exposiciones. 10% Proyecto colaborativo. La tercera evaluacin constar de los siguientes porcentajes: 30% Examen. 30% Prcticas de laboratorio. 30% Participacin, trabajos, tareas y exposiciones. 10% Proyecto colaborativo. La evaluacin final de la asignatura es el promedio de las tres evaluaciones parciales

CLAVE B C BIBLIOGRAFA

1

2

3

4

5

6

7

X

X

X

X

X

X

X

Alcntara Montes, Samuel. Introduccin a la Termodinmica. Mxico. JIT Press, Mxico, Cengel y Boles. Termodinmica, Quinta Edicin. Mxico. McGraw-Hill. 2006. 988 pgs. ISBN 970-10-5611-6 Kirilin, Sichev y Sheindlin Termodinmica Tcnica, Mosc. MIR. 1989. 598 pgs. ISBNQC311 K58 Moran y Shapiro, Fundamentos de Termodinmica Tcnica, Mxico. Revert. 1999. 548 pgs. ISBN 842-91-4313-0 Rolle, Kart C. Termodinmica. Sexta Edicin. Mxico, Pearson Prentice Hall 2006. 611 pgs. ISBN 970-26-0757-4 Torregosa, Galindo y Climent, Ingeniera Trmica Fundamentos de Termodinmica, Valencia, Espaa. Alfaomega 2004. 126 pgs. ISBN 970-15-0885-8 Wark y Richards. Termodinmica, Sexta Edicin. Mxico. McGraw-Hill. 2006. 1164 pgs. ISBN 844-81-2829-X


SECRETARA ACADMICA


PERFIL DOCENTE POR ASIGNATURA

1. DATOS GENERALES

ESCUELA: Escuela Superior de Ingeniera Mecnica y Elctrica

CARRERA: Ingeniera en Sistemas Automotrices e Ingeniera Mecnica SEMESTRE: Tercero, Cuarto

REA: Bsicas C. Ingeniera D. Ingeniera C. Soc. y Hum.

ACADEMIA: Academia de Ingeniera Trmica ASIGNATURA: Termodinmica I

ESPECIALIDAD Y NIVEL ACADMICO REQUERIDO: Ingeniero Mecnico o Ingeniero en Aeronutica

2. OBJETIVO DE LA ASIGNATURA:

El alumno aplicar las leyes de la termodinmica, las transformaciones, procesos y cambios de fase, as como la dinmica y mezcla de gases y los fenmenos de combustin para evaluar los sistemas trmicos y efectuar anlisis energticos en diversos sistemas que comprendan gases ideales, sustancias puras y mezclas reactivas.

3. PERFIL DOCENTE:

CONOCIMIENTOS EXPERIENCIA PROFESIONAL HABILIDADES ACTITUDES

Termodinmica y Combustin, Paquetera computacional para anlisis de sistemas trmicos. Interpretacin de tablas y diagramas de propiedades. Balances energticos Motores, plantas trmicas y sistemas de refrigeracin

Dentro del rea de Ingeniera Trmica, especialmente en plantas de potencia, generacin de energa, automotriz, aeronutica

Liderazgo. Trabajo en equipo Organizativa. Creatividad. Excelente comunicacin oral y escrita. Manejo de grupos. Uso y diseo de recursos y medios didcticos.

Honestidad. Responsabilidad. Superacin docente y profesional Compromiso social Asertividad. tica. Tolerancia.

ELABOR REVIS AUTORIZ

Colegio de ISISA Ing. Ramn vila Anaya

Coordinador de ISISA M. en C. Jorge Luis Garrido Tllez

Directores Ing. Jorge Gmez Villarreal M. en C. Jess Reyes Garca Ing. Ernesto Mercado Escutia Ing. Miguel lvarez Montalvo

FECHA: 18 Junio 2008

termodinámica i

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