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CURSO: TERMODINAMICA
TRADUCCION: THERMODINAMICS
SIGLA: FIS1523
CREDITOS: 10
MODULOS: 3,5
CARACTER: MINIMO
DISCIPLINA: FISICA


I.DESCRIPCION

En este curso el estudiante aprende como utilizar la primera y segunda ley de la termodinamica para calcular el trabajo, el calor y la eficacia de diversos sistemas de la ingenieria: motores de combustion interna, refrigeradores, centrales electricas, etc.


II.OBJETIVOS

Al finalizar el curso el alumno sera capaz de:

1. Definir el concepto de temperatura y temperatura absoluta.
2. Explicar el equilibrio termico y el principio de expansion termica.
3. Aplicar las ecuaciones de estado de gases reales.
4. Explicar la primera ley de la termodinamica y aplicar la ley a ejemplos con gases ideales.
5. Describir el concepto de entropia y de la direccion de los procesos.
6. Calcular la entropia, potencial termodinamico y eficiencia en distintos ciclos ideales y reales.
7. Calcular varias cantidades termodinamicas como promedios de propiedades mecanicas de sistemas de gran numero de particulas.


III.CONTENIDOS

1. Introduccion y Ley Cero.
1.1. Motivacion: aplicaciones, relevancia, energia, potencia.
1.2. Definiciones e ideas fundamentales: sistema y alrededores, temperatura, estado termodinamico de un sistema, propiedades de estado.
1.3. Ley Cero: equilibrio termico, equilibrio termodinamico.
1.4. Procesos termodinamicos: trabajo, expansion-compresion, procesos cuasi-estaticos o reversibles, procesos irreversibles, procesos con friccion.

2. 1? Ley.
2.1. Introduccion: trabajo en procesos adiabaticos cerrados, experimento de Joule, concepto de energia, formulacion preliminar para sistemas diatermicos cerrados.
2.2. Formulacion general: formulacion de la primera ley para sistemas abiertos y estado transitorio, energia interna, entalpia.
2.3. Casos particulares de la primera ley: sistemas cerrados, flujo en estado estacionario, flujo uniforme-estado uniforme (procesos de carga y descarga).
2.4. Cambios de estado: calor latente, calor sensible, calor especifico, aplicaciones de la primera ley a sistemas cerrados con cambio de estado.
2.5. Aplicaciones de la 1? ley a procesos con gases ideales: proceso isotermico, proceso adiabatico, proceso politropico.
2.6. Caracteristicas de los gases reales: diagramas de fases, punto critico, volumen residual, temperatura de Boyle, factor de compresibilidad.
2.7. Ecuaciones de estado de gases reales de interes teorico: ecuacion del virial, fuerzas de atraccion-repulsion, ecuacion de Van der Waals, principio de Maxwell, principio de los estados
correspondientes.
2.8. Ecuaciones de estado de gases reales aplicables en ingenieria: Redlich y Kwong, factor de compresibilidad generalizado.

3. 2? Ley.
3.1. Introduccion: direccionalidad de los procesos, reservorio termico, postulados de Clausius y de Kelvin-Planck, eficiencia, refrigerador, bomba de calor.
3.2. Ciclo de Carnot: principios de Carnot, escala termodinamica de temperatura, eficiencia de un ciclo de Carnot reversible.
3.3. Entropia: desigualdad de Clausius, definicion de entropia, entropia de un gas ideal, diagrama de Mollier.
3.4. Aplicaciones de la 2? Ley: energia disponible y no disponible, irreversibilidad, trabajo perdido, balance de entropia.
3.5. Relaciones termodinamicas: Funciones de Gibbs y Helmholtz, relaciones de Maxwell.

4. Aplicaciones a la Ingenieria.
4.1. Conversion de calor en trabajo: procesos ciclicos, limitaciones del ciclo de Carnot, Ciclo Rankine, eficiencia del ciclo Rankine.
4.2. Efecto de las variables de operacion: presion del condensador, presion de la caldera, temperatura del vapor, ciclo Rankine con regeneracion.
4.3. Motores de combustion interna: motor de Otto, motor Diesel.
4.4. Refrigeracion: ciclo de Carnot reverso, refrigeracion por compresion de vapor, coeficiente de Joule-Thomson, ciclo de refrigeracion por absorcion.
4.5. Otras aplicaciones de la 1? y 2? ley.


IV.METODOLOGIA

Modulos semanales:
- Catedras: 2
- Laboratorios: 0,5 (1 laboratorio cada dos semanas)
- Ayudantia: 1

El curso se realiza utilizando metodologias de ense?anza centradas en el alumno que permitan a los estudiantes desarrollar las competencias definidas en los objetivos del curso.

Este curso esta dise?ado de forma tal que el alumno dedique al estudio personal un promedio de 5 hrs. a la semana.


V.EVALUACION

Las evaluaciones pueden ser por medio de pruebas, laboratorios, proyectos y/o tareas.


VI.BIBLIOGRAFIA

Textos Minimos

Cengel Y. A. y Boles M. Thermodynamics: an engineering approach. McGraw Hill Higher Education, c2006.

Sandler S. I. Chemical, Biochemical, and Engineering Thermodynamics, 4th Edition. Wiley Higher Education, 2006.



PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATOLICA DE CHILE
FACULTAD DE FISICA / MAYO 2009