1553526456_Termodinámica Básica

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Plan de estudios 2013 
CARRERA: Ingeniería en Alimentos CURSO LECTIVO: 2019 
CÁTEDRA: Termodinámica básica CURSO: 2º año - 2º cuatrimestre 
DURACIÓN: semestral Hs. TOTALES: 80 
SEMANAS: 16 Hs. TEÓRICAS: 48 
Hs. PRÁCTICAS: 32 
 
PROFESOR TITULAR: Dr. Emmanuel Purlis 
 
 
 
1. OBJETIVOS DE LA ASIGNATURA 
 
Los objetivos generales se encuadran en un conjunto de conocimientos, habilidades y 
capacidades a desarrollar por los alumnos a través de la carrera. En este sentido, se pretende que 
los alumnos logren: 
• Explicar con fundamentos físicos diferentes fenómenos u observaciones. 
• Fortalecer sus capacidades de proponer modelos para representar fenómenos y procesos. 
• Desarrollar la capacidad de identificar, plantear y resolver, mediante herramientas adecuadas, 
problemas relacionados con la ingeniería de procesos. 
• Internalizar las herramientas básicas de la Ingeniería. 
• Desarrollar la capacidad de integrar los conocimientos y herramientas adquiridos en diferentes 
materias con el fin de explicar y resolver diversas situaciones prácticas. 
• Intensificar sus habilidades respecto a la búsqueda bibliográfica y al estudio de forma 
autónoma. 
 
En cuanto a los objetivos específicos, se busca que los alumnos logren: 
• Comprender la importancia de la Termodinámica para el entendimiento y estudio sistemático 
de las operaciones y procesos de ingeniería. 
• Entender los Principios de la Termodinámica y aplicarlos en problemas de ingeniería de 
procesos. 
• Evaluar correctamente las propiedades de las sustancias puras, mediante diferentes métodos 
(ecuaciones, tablas y gráficos, aproximaciones). 
• Comprender el concepto de exergía y su relevancia para el uso eficiente de la energía, uno de 
los objetivos del desarrollo sostenible. 
• Utilizar el conjunto de conceptos y herramientas (propiedades, diagramas, balances) para 
estudiar sistemáticamente problemas de ingeniería de procesos. 
• Adquirir conocimiento básico sobre equipos y sistemas de ingeniería de procesos. 
• Integrar los conocimientos de las materias cursadas en los dos primeros años y desarrollar una 
base conceptual sólida para el estudio de cursos superiores (Termodinámica Aplicada, 
Fenómenos de Transporte, Fisicoquímica, Operaciones Unitarias). 
 
Conocimientos previos requeridos: 
• Capacidades generales desarrolladas en Física y Matemática: planteo de problemas, manejo de 
expresiones matemáticas, unidades, uso de tablas y gráficos. 
• Conceptos de Física: magnitudes y cantidades (Física I), trabajo y energía (Física I), estática y 
dinámica de fluidos (Física II), termometría y calorimetría (Física III). 
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• Conceptos de Matemática: funciones de varias variables, ecuaciones diferenciales 
(Matemática III). 
 
 
2. UNIDADES TEMÁTICAS 
Tema I: Introducción – Definiciones y conceptos básicos 
Definiciones y conceptos básicos para el análisis termodinámico: sistema, propiedad, estado, 
proceso, ciclo, sustancia pura, equilibrio. Volumen específico y presión. Temperatura: definición, 
principio cero, escalas. 
Energía mecánica: cinética y potencial (revisión). Energía transferida como trabajo: definición 
termodinámica de trabajo, trabajo de compresión-expansión (cilindro-pistón), interpretación de 
trabajo como área bajo la curva de trayectoria p-V. 
 
Tema II: Primer principio de la Termodinámica 
Primer principio, variación de energía, energía interna. Conservación de la energía en sistemas 
cerrados. Transferencia de energía por calor. Balance de energía para sistemas cerrados. Análisis 
energético de ciclos de potencia y de refrigeración y bomba de calor: balance de energía y 
rendimientos. 
 
Tema III: Propiedades de las sustancias puras 
Estado termodinámico: principio de estado, sistema simple compresible. Relación p-v-T: 
diagramas p-T, p-v, T-v; uso de diagramas para representar procesos. Evaluación de propiedades 
termodinámicas: manejo de tablas y relación entre tablas y diagramas; introducción de entalpía y 
calores específicos; cálculo de propiedades de líquidos y sólidos (aproximaciones). 
Factor de compresibilidad: constante universal de los gases, factor Z, principio de los estados 
correspondientes y gráfica Z, ecuaciones de virial. El modelo de gas ideal. Evaluación de 
propiedades de gases ideales. Proceso politrópico de un gas ideal. 
 
Tema IV: Análisis energético de un volumen de control 
Conservación de la masa para un volumen de control (sistema abierto): balance de masa 
(expresión general y formas particulares). Conservación de la energía para un volumen de control: 
balance de energía (en términos de velocidad), trabajo en el volumen de control y trabajo de 
flujo. Análisis en estado estacionario: modelo y aplicaciones de interés (toberas, turbinas, 
compresores y bombas, intercambiadores de calor, dispositivos de estrangulamiento, integración 
de sistemas). Análisis en estado transitorio. 
 
Tema V: Segundo principio de la Termodinámica 
Introducción del segundo principio: necesidad, aspectos y cuestiones a cubrir. Enunciados de 
Clausius y de Kelvin-Planck. Identificación de irreversibilidades: procesos irreversibles, reversibles 
e internamente reversibles. Aplicación del segundo principio a los ciclos: corolarios de Carnot, 
corolarios para ciclos de refrigeración y bomba de calor. Escala Kelvin de temperatura. 
Rendimiento máximo para ciclos que operan entre dos reservorios. Ciclo de Carnot. 
 
Tema VI: Entropía 
Introducción de la entropía: la desigualdad de Clausius. Definición de variación de entropía. 
Evaluación de entropía: uso de tablas, diagramas T-s y h-s (diagrama de Mollier), ecuaciones T dS, 
variación de entropía para gases ideales y sustancias incompresibles. Variación de entropía en 
procesos internamente reversibles. Balance de entropía para sistemas cerrados. Principio de 
incremento de entropía. Balance de entropía para volúmenes de control. Procesos isentrópicos: 
expresiones para gas ideal, trayectoria isentrópica. Eficiencia isentrópica de equipos. Procesos de 
flujo en estado estacionario, internamente reversibles. 
 
 
Tema VII: Exergía 
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Definición de exergía: modelo del ambiente, estado muerto, exergía de un sistema. Balance de 
exergía para un sistema cerrado y para un volumen de control (exergía de flujo). Eficiencia 
exergética: relación con eficiencia energética, aplicación a equipos, uso práctico. 
 
 
3. BIBLIOGRAFÍA 
3.1. BIBLIOGRAFÍA PRINCIPAL 
 Morán, M. J., & Shapiro, H. N. (2004). Fundamentos de Termodinámica Técnica, 2da ed. 
(español). Barcelona: Ed. Reverté. [También se recomiendan otras ediciones, en español y en 
inglés.] 
 Çengel, Y. A., & Boles, M. A. (2011). Termodinámica, 7ma ed. (español). México: McGraw-Hill 
[También se recomiendan otras ediciones, en español y en inglés.] 
 
3.2. BIBLIOGRAFÍA COMPLEMENTARIA 
 Rolle, K.C. (2006). Termodinámica, 6ta ed. México: Pearson Educación. 
 Wark, K. Jr., & Richards, D. E. (2001). Termodinámica, 6ta ed. Madrid: McGraw-Hill. 
 García, C. A. (1996). Termodinámica Técnica, 5ta ed. Buenos Aires: Ed. Alsina. 
 García, C. A. (1997). Problemas de Termodinámica Técnica, 2da ed. Buenos Aires: Ed. Alsina. 
 Perry, R. H., Green, D. W., & Maloney, J. O. (1992). Perry: Manual del Ingeniero Químico, 3ra 
ed. (español). Madrid: McGraw-Hill. [También se recomiendan otras ediciones, en español y en 
inglés.] 
 
 
4. METODOLOGÍA 
La enseñanza se desarrolla mediante un enfoque teórico-práctico, con énfasis en la explicación e 
integración de conceptos, y orientación al aprendizaje activo (active learning). Se busca que los 
alumnos desarrollen pensamiento crítico y una estructura de razonamiento propia que les 
permita explicar y resolver situaciones prácticas a partir de los conocimientos aprendidos. 
Además, se pretende que los alumnos desarrollen criterio práctico y autonomía de trabajo. 
 
Durante el curso, se utilizan diferentes herramientas y recursos de enseñanza-aprendizaje: 
 
Clases/exposiciones teórico-prácticas: desarrollo y discusión de los contenidosdel programa 
mediante la exposición de conceptos y planteo y solución de situaciones/problemas. Se utiliza 
material didáctico original: presentaciones, que se entregan con anterioridad a cada clase, 
material audiovisual (videos con experiencias, demostraciones de funcionamiento de equipos, 
simulaciones). También se usa la exposición-desarrollo en el pizarrón para la revisión de 
conceptos, ejemplos, etc. 
 
Resolución de series (7, una por tema): resolución de problemas de aplicación (aspecto práctico) 
y cuestiones para discutir (aspecto conceptual) para que los alumnos incorporen efectivamente 
los conceptos desarrollados durante las clases, mediante la revisión de los mismos y su aplicación 
a situaciones teórico-prácticas. Los ejercicios de cada serie están dispuestos en orden creciente de 
complejidad (dificultad de resolución e integración de conceptos y herramientas), con el fin de 
evitar la repetición y mecanización en la solución de problemas. Además, las series entre sí 
también cumplen con esta idea, son módulos de aprendizaje progresivo. 
Las series forman parte de “trabajos prácticos” en el aula, donde los alumnos trabajan, discuten y 
consultan sobre los problemas y temas correspondientes. Si bien es requerido el estudio y trabajo 
fuera del horario de clase, se promueve el trabajo en clase para aprovechar el tiempo presencial 
docente-alumno. 
 
Aula virtual en EVA (Entornos Virtuales de Aprendizaje, plataforma UCA e-learning): la materia 
cuenta con un aula virtual (plataforma Moodle) a través de la cual los alumnos tienen acceso al 
material de estudio y a diferentes herramientas de aprendizaje (y seguimiento del mismo). 
Además de las presentaciones, series, material de apoyo y enlaces útiles, se diseñan actividades 
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de autoevaluación y material extra (videos con resúmenes y conceptos claves, video-clases de 
cursos previos). Mediante los foros, se comparten las dudas y consultas, promoviendo el trabajo 
en equipo y la comunicación docente-alumno. El objetivo del aula virtual es ampliar el espacio de 
aprendizaje, más allá de aula física, donde el tiempo es limitado. 
 
 
5. CRITERIOS Y MODALIDAD PARA LAS EVALUACIONES PARCIALES 
Para el curso 2017, se prevé la realización de un TP experimental en el Laboratorio de 
Termodinámica y Máquinas Térmicas de la Facultad, sobre la construcción de la curva de 
saturación de agua. 
Los criterios de evaluación del TP serán: asistencia y entrega de informe grupal sobre la 
experiencia. 
 
Cumplidos los requisitos de asistencia, se debe aprobar un examen parcial (único, escrito, 
presencial). 
El examen consiste en la resolución de problemas teórico-prácticos, haciendo énfasis en los 
aspectos prácticos, e incluye todos los temas del programa. 
El examen se aprueba con un mínimo de 50% de resolución correcta de cada problema evaluado 
(equivalente a nota = 4). En caso de no aprobar, o ausentarse, el alumno debe rendir y aprobar en 
las mismas condiciones establecidas en una instancia (única) de recuperatorio. 
 
 
6. CRITERIOS Y MODALIDAD PARA LA EVALUACIÓN DEL EXAMEN FINAL 
La materia se aprueba mediante un examen final (individual, escrito). Este examen es una 
evaluación teórico-práctica con énfasis en los aspectos conceptuales del curso (los aspectos 
prácticos ya son evaluados durante la cursada). Consta de preguntas y problemas conceptuales 
(sin resolución numérica) sobre todos los temas del programa. Se aprueba con un mínimo del 50% 
de resolución total correcta (equivalente a nota = 4).