Ministerio de Cultura y Educación
Universidad Nacional de San Luis
Facultad de Ingeniería y Ciencias Agropecuarias
Departamento: Ingenieria de Procesos
Área: Procesos Químicos
(Programa del año 2017)
(Programa en trámite de aprobación)
(Programa presentado el 24/07/2017 22:01:41)
I - Oferta Académica
Materia Carrera Plan Año Periodo
Termodinámica ING.EN ALIMENTOS Ord.C.D.023/12 2017 2° cuatrimestre
II - Equipo Docente
Docente Función Cargo Dedicación
IRIARTE, MARIA ELENA Prof. Responsable P.Adj Exc 40 Hs
SABER, MARIANA INES Responsable de Práctico A.1ra Exc 40 Hs
III - Características del Curso
Credito Horario Semanal Tipificación Duración
Teórico/Práctico Teóricas Prácticas de Aula Práct. de lab/ camp/ Resid/ PIP, etc. Total B - Teoria con prácticas de aula y laboratorio Desde Hasta Cantidad de Semanas Cantidad en Horas
Periodo
 Hs. 3 Hs. 5 Hs. 1 Hs. 9 Hs. 2º Cuatrimestre 08/08/2017 16/11/2017 15 135
IV - Fundamentación
La ciencia de la termodinámica nace en el siglo XIX para describir el funcionamiento y las limitaciones de las máquinas de vapor. Sin embargo los principios observados se generalizaron en postulados conocidos como la primera y segunda leyes de la termodinámica. Se fundamenta en la ausencia de experiencia contraria a lo establecido por ellas, ya que ambas leyes no tienen demostración matemática. Un proceso de deducción matemática produce, desde estas leyes, un conjunto de ecuaciones con aplicación en todas las ramas de la ciencia y la ingeniería. Particularmente, la Ingeniería en Alimentos se ve confrontada al cálculo de los requerimientos de calor y trabajo de procesos físicos y químicos, así como la determinación de las condiciones de equilibrio para reacciones químicas y para la transferencia de especies entre fases.
V - Objetivos
Se proponen como objetivos, que el alumno:
1. Comprenda y utilice adecuadamente:
- Las leyes de la Termodinámica.
- Las funciones de estado y de la trayectoria.
- Las relaciones Presión, volumen y temperatura para fluidos puros y mezclas homogéneas.
- Los conceptos fundamentales del equilibrio físico y químico.
2. Logre entender la utilidad de la Termodinámica dentro de la Ingeniería en Alimentos.
3. Desarrolle una actitud crítica frente a los problemas planteados y aprenda a aplicar el método científico.
4. Adquiera habilidad en el empleo del lenguaje técnico utilizado, en la materia.
5. Adquiera destreza en el manejo de manuales, tablas, gráficos y demás elementos aplicados.
6. Interprete y utilice correctamente gráficos, tablas, diagramas, etc., de uso corriente en la asignatura.
7. Logre realizar tareas en equipo con sus compañeros en el desarrollo de todas las actividades de la cátedra.


VI - Contenidos
TEMA 1: Termodinámica.
Conceptos fundamentales y definición de términos. Cantidades primarias: masa, tiempo, longitud y fuerza. Cantidades secundarias: volumen, presión, trabajo, energía, calor.
Sistema Internacional y Sistema Ingles de unidades de aplicación en ingeniería.
TEMA 2: Calor y trabajo.
Trabajo mecánico de expansión y compresión. Trabajo máximo y mínimo. Transformaciones reversibles e irreversibles. Energía y la primera ley de la termodinámica. Propiedades de la energía interna. Cambios de energía en relación con cambios en las propiedades del sistema. Cambios de estado a volumen constante. Medición de (dU/dV)T: Experimento de Joule.
Cambios de estado a presión constante. La función entalpía. Medición de (dH/dp)T: Experiencia de Joule-Thompson.
TEMA 3: Procesos de flujo en estado estacionario.
Equilibrio. Regla de las fases. El gas ideal. Proceso isotérmico, isométrico, isobárico, adiabático y politrópico. Relación de capacidades caloríficas, Cp y Cv.
TEMA 4: Relaciones P-V-T para fluidos puros.
Diagramas P-T y P-V. Ecuaciones de estado para gases. Ecuación generalizada de gases y líquidos. El principio de los estados correspondientes. Factor de compresibilidad: datos experimentales. Diagrama del factor de compresibilidad generalizado. Correlaciones generalizadas para gases. Correlación de Pitzer. Factor acéntrico. Tablas de Lee-Kesler. Correlaciones generalizadas para líquidos.
TEMA 5: Efectos térmicos.
Capacidad calorífica de gases como función de la temperatura. Calor especifico de líquidos y sólidos. Efectos térmicos que acompañan los cambios de fase. Ecuaciones de estimación. Calor estándar de reacción. Calores de formación y combustión. Efecto de la temperatura sobre el calor de reacción. Efectos térmicos de reacciones industriales.
TEMA 6: Segunda ley de la termodinámica.
Introducción a la segunda ley de la termodinámica.
El ciclo de Carnot. Ciclos reversibles. Eficiencia de las maquinas térmicas. Escala termodinámica de temperatura. Definición operativa de entropía. Desigualdad de Clausius. Propiedades de la entropía y tercera ley de la termodinámica. Condiciones de estabilidad térmica y mecánica de un sistema. Cambio de entropía en transformaciones isotérmicas. Entropía como función de V y T. Entropía como función de P y T. Cambio de entropía para el gas ideal. Tercera ley de la termodinámica. Entropías absolutas. Cambio de entropía en reacciones químicas.
TEMA 7: Propiedades termodinámica de los fluidos.
Relaciones entre propiedades termodinámica. Termodinámica de sistemas de una fase. Sistemas de dos fases. Diagramas y tablas termodinámicas. Correlaciones generalizadas.
TEMA 8.- Introducción al equilibrio entre fases.
Sistemas de composición variable. Comportamiento ideal. El potencial químico como criterio de equilibrio de fases. Mezclas de gases ideales. Solución ideal. Ley de Raoult. Comportamiento no ideal. Fugacidad y coeficiente de fugacidad. Propiedades de exceso. Coeficiente de actividad. Aplicaciones al equilibrio entre fases. Termodinámica de soluciones de sistemas biológicos.
TEMA 9: Equilibrio de las reacciones químicas.
Naturaleza del equilibrio. Criterios de equilibrio. La coordenada de reacción. El cambio de energía equilibrio libre y la constante de equilibrio. Efecto de la temperatura sobre la constante de equilibrio. Cálculo de la constante de equilibrio. Relación K-composición. Grado de avance en el equilibrio para una y múltiples reacciones.

VII - Plan de Trabajos Prácticos

El programa de trabajos prácticos se desarrollara en dos partes:
a. Resolución de problemas correspondientes a los temas del programa analítico.
b. Trabajos Prácticos de Laboratorio:
En el mismo se desarrollarán los siguientes temas:
b.1. Conocimiento y uso de sistemas de medida de propiedades termodinámicas.
b.2. Calorimetría. Determinación del calor de reacción.
b.3. Determinación de calores de combustión.
b.4. Mezclas de vapor-agua-aire. Uso de la carta psicrométrica.


VIII - Regimen de Aprobación
METODOLOGÍA DE DICTADO Y APROBACIÓN DE LA ASIGNATURA
La modalidad de dictado consiste en el dictado de clases teóricas, prácticas y de laboratorio.
PRÁCTICOS DE AULA:
Los trabajos prácticos de problemas se aprobaran mediante la resolución de los problemas programados para cada clase, si el alumno no resuelve los problemas programados, se considerará al alumno ausente.
Para poder aspirar a la regularidad el alumno deberá contar con el 80 % de asistencia a clases teórico- prácticas de aula.
PRÁCTICOS DE LABORATORIO
Para poder aspirar a la regularidad el alumno deberá contar con el 100 % de asistencia a clases de prácticos de laboratorio y tener aprobado el correspondiente informe.

RÉGIMEN DE REGULARIDAD:
Para regularizar la asignatura es necesario que los alumnos aprueben dos evaluaciones parciales, de carácter práctico, o sus correspondientes recuperaciones, con un mínimo de 7 (siete) puntos, los parciales tendrán dos instancias de recuperación según lo establece la Ord. C.S. 32/14.

Fechas tentativas de evaluaciones parciales:
Primer Parcial: 05/10/2017
Segundo Parcial: 12/11/2017

RÉGIMEN DE PROMOCIÓN CON EXAMEN FINAL PARA ALUMNOS LIBRES:
1. Los alumnos deberán aprobar un examen escrito, el que constara de problemas del tipo de los desarrollados en clase, debiendo resolver el 70% de los mismos.
2. Si aprueba el examen de problemas, deberá proceder a la realización de un trabajo practico de laboratorio, el que se elegirá mediante sorteo, dentro de los trabajos prácticos que se realizaron durante el cursado. Una vez realizado el trabajo práctico deberá elevar el informe al tribunal de la mesa examinadora para que analice los resultados obtenidos, de ser estos satisfactorios, pasará a la evaluación sobre teoría.
3. Evaluación sobre los temas desarrollados en teoría, se lo evaluará de la misma forma que los alumnos regulares.

IX - Bibliografía Básica
[1] - Smith J.M., Van Ness H.C. "Introducción a la termodinámica en Ingeniería Química", 4ta, 5ta, 6ta y 7ma Ed., Mc Graw Hill Books, 1991, 2003-2012.
[2] - Castellan, G., “Fisicoquimica”, 2da. Ed., Addison West Iberoamericana.
[3] - Moore J.W., "Physical Chemistry", 4ta. Ed., Prentice Hall,1972.
[4] - Dodge B., "Chemical Engineering Thermodynamics", Mc- Graw Hill,1959.
[5] - Hougen C.A., Watson J.M., Ragatz P.A., “Principios de los procesos Químicas, Parte 1, Termodinámica”, Ed.Reverté,1947.
[6] - Glasstone S., “Termodinámica para Químicos”, Ed. Aguilar,1965.
[7] - Abbot M.M., Van Ness H.C., "Schaum´s Outline of Termodinámica with Applications". McGraw Hill, 1975.
[8] - Edmister W., “Applied Hydrocarbons Thermodynamics”, Gulf Professional Publishing, 1994
X - Bibliografia Complementaria
[1] -Griffits P.J., Thomas J.D., ‘Calculation in Advanced Physical Chemistry’, Edward Arnoldt Ltd., 1962.
[2] -Bares-Cerny-Freed-Pick, ''Collection of Problems in Physical Chemistry’, Pergamon Press, 1962.
[3] -Showmaker-Garland, ''Experimentos en Física y Química’, Unión Tipográfica, Ed. Hispano Americana
[4] -J.Richard Elliott/Carl T.Lira, “Introductory Chemical Engineering Thermodynamics”.Prentice Hall PTR, 1999
XI - Resumen de Objetivos
Lograr que el alumno comprenda los conceptos básicos de la teoría termodinámica y su aplicación al estudio de las sustancias puras, mezclas homogéneas y equilibrio químico, a la vez que adquiera destrezas en el manejo de fuentes de datos de propiedades termodinámicas y en su predicción y correlación.


XII - Resumen del Programa

Trabajo. Calor. Energía. Temperatura. La primera ley de la termodinámica. Propiedades volumétricas de las sustancias puras.
Efectos térmicos. Sistemas cerrados y abiertos, con y sin reacción química. La segunda ley de la termodinámica.
Termodinámica de mezclas homogéneas. Introducción al equilibrio físico. Equilibrio químico.






XIII - Imprevistos