1. 1.- DATOS DE LA ASIGNATURA
Nombre de la asignatura: Termodinámica
Carrera: Ingeniería Petrolera
Clave de la asignatura: PED-1031
SATCA1 2 - 3 – 5
2.- PRESENTACIÓN
Caracterización de la asignatura.
Para que un ingeniero pueda administrar cualquier proceso es indispensable que tenga una
idea clara de cómo funcionan los principios termodinámicos que regulan las
transformaciones de la energía, de este modo se esta en la posibilidad de manejar y mejorar
el proceso, el ingeniero petrolero no es la excepción con un entendimiento claro de la
termodinámica tendrá la posibilidad alcanzar más rápidamente estos objetivos.
Esta asignatura capacitará al futuro ingeniero petrolero para comprender la forma en la cual
la energía cambia, así como también desarrollará sus capacidades analíticas y le dará la
capacidad de entender que cualquier fenómeno que se realiza en la naturaleza esta
íntimamente relacionado con la termodinámica, no importa que este sea mecánico,
eléctrico, térmico, etc.
Intención didáctica.
El alumno analizará los conceptos y principios fundamentales de la termodinámica clásica
para aplicarlos en la solución de problemas físicos. Desarrollará sus capacidades de
observación, modelado de fenómenos físicos, manejo de instrumentos y equipos
experimentales, razonamiento lógico y toma de decisiones.
En la primera unidad se describen las propiedades de la materia, así como la ley cero de la
termodinámica, el equilibrio termodinámico y las formas de energía.
En la segunda unidad se define la sustancia pura, sus propiedades y las ecuaciones de
estado y de gas ideal.
En la tercera unidad, se hacen los balances de energía utilizando la primera ley de la
termodinámica.
En la cuarta unidad, Se define la segunda ley de la termodinámica y se aplica a las
maquinas térmicas.
Finalmente la quinta unidad se entiende la disponibilidad de energía que tienen las
maquinas térmicas reales.
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Sistema de asignación y transferencia de créditos académicos
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2. 3.- COMPETENCIAS A DESARROLLAR
Competencias Específicas Competencias Genéricas
• Analizar los principios fundamentales • Trabajo en equipo.
mediante los cuales se dan los cambios • Capacidades de observación de
de energía en los diferentes equipos fenómenos.
térmicos utilizados en la industria • Modelación matemática de fenómenos.
petrolera. Desarrollará su capacidad • Uso de instrumentos de medición.
para interpretar y modelar fenómenos • Resolución de problemas.
físicos para la toma de decisiones. • Toma de decisiones.
• Reconocimiento de conceptos o
principios integradores.
• Argumentar con contundencia y
precisión.
• Uso de tablas.
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3. 4.- HISTORIA DEL PROGRAMA
Lugar y fecha de
Participantes Evento
elaboración o revisión
Reunión Nacional de
Representantes de los Institutos Diseño e Innovación
Instituto Tecnológico Tecnológicos de: Curricular para el
Superior de Puerto Superior de Coatzacoalcos, Desarrollo y Formación de
Vallarta del 10 al 14 de Minatitlán, Superior de Poza Rica Competencias
agosto de 2009. y Superior de Venustiano Profesionales de la
Carranza. Carrera de Ingeniería
Petrolera.
Desarrollo de Programas Academias de Ingeniería
Elaboración del programa
en Competencias Petrolera de los Institutos
de estudio propuesto en la
Profesionales por los Tecnológicos de:
Reunión Nacional de
Institutos Tecnológicos Superior de Coatzacoalcos,
Diseño Curricular de la
del 17 de agosto de Minatitlán, Superior de Poza Rica,
Carrera de Ingeniería
2009 al 19 de febrero de Superior de Tantoyuca y Superior
Petrolera.
2010. de Venustiano Carranza.
Reunión Nacional de
Representantes de los Institutos
Consolidación de los
Instituto Tecnológico Tecnológicos de:
Programas en
Superior de Poza Rica Superior de Coatzacoalcos,
Competencias
del 22 al 26 de febrero Minatitlán, Superior de Poza Rica,
Profesionales de la
de 2010. Superior de Tantoyuca y Superior
Carrera de Ingeniería
de Venustiano Carranza.
Petrolera.
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4. 5.- OBJETIVO(S) GENERAL(ES) DEL CURSO
Analizar los principios fundamentales mediante los cuales se dan los cambios de energía
en los diferentes equipos térmicos utilizados en la industria petrolera. Desarrollará su
capacidad para interpretar y modelar fenómenos físicos para la toma de decisiones.
6.- COMPETENCIAS PREVIAS
No requiere.
7.- TEMARIO
Unidad Temas Subtemas
1.1 Equipos termodinámicos en la industria
petrolera.
1.2 Dimensiones y unidades
1.2.1 Sistemas
1.3 Estado, Proceso, trayectoria, ciclo.
1.4 Propiedad, propiedad extensiva, Propiedad
intensiva, propiedad específica.
1.3 Propiedades.
1.3.1 Densidad, volumen específico, Peso
1 Conceptos básicos
específico y gravedad específica.
1.4 Presión, presión absoluta, presión atmosférica,
presión manométrica y presión de vacío.
1.5 La ley cero de la termodinámica.
1.4.1 Equilibrio térmico.
1.4.2 Escalas de temperatura.
1.6 El principio de conservación de la masa.
1.7 Formas de energía.
1.8 Energía y ambiente.
2.1 Sustancia pura.
2.2 Fases de una sustancia pura.
2.3 Procesos de cambio de fase de sustancias
puras.
2.4 Diagrama de fases.
2.4.1 Liquido comprimido.
2.4.2 Liquido saturado.
2.4.3 Vapor húmedo.
2.4.4 Vapor saturado.
Propiedades de las 2.4.5 Vapor sobrecalentado.
2
sustancias puras. 2.4.6 Punto crítico.
2.4.7 Punto triple.
2.4.8 Diagrama P-T.
2.4.9 Diagrama P-V.
2.5 Tablas de propiedades.
2.6 La ecuación de estado de gas ideal.
2.6.1 Ley de Boyle.
2.6.2 Ley de Charles.
2.7 Factor de compresibilidad.
2.8 Otras ecuaciones de estado.
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5. 2.9 Energía interna, entalpía y calores
Específicos de gases ideales.
2.10Energía interna, entalpía y calores
Específicos sólidos y líquidos.
2.11 Presión de vapor y equilibrio de fases.
3.1 Transferencia de energía por calor, trabajo
y masa.
3.1.1 Transferencia de calor.
3.1.2 Transferencia de energía por trabajo.
3.1.3 Formas mecánicas de trabajo.
3.1.4 Principio de conservación de la masa.
3.1.5 Trabajo de flujo y la energía de un fluido
Primera ley de la en movimiento.
3
termodinámica. 3.2 La primera ley de la termodinámica.
3.2.1 Balance de energía.
3.2.2 Cambio de energía de un sistema.
3.2.3 Balance de energía para sistemas cerrados.
3.2.4 Balance de energía para sistemas de flujo
estable.
3.2.5 Balance de energía para procesos de flujo no
estable.
4.1 Introducción a la segunda ley de la
termodinámica.
4.2 Depósitos de energía térmica.
4.3 Máquinas térmicas.
4.4 Refrigeradores y bombas de calor.
4.5 Procesos reversible e irreversible.
4.6 El ciclo de Carnot y principios de Carnot.
4.7 La escala termodinámica de temperatura.
4.8 La máquina térmica de Carnot.
4.9 El refrigerador y la bomba de calor de Carnot.
Segunda ley de la
4 4.10 La desigualdad de Clausius.
termodinámica.
4.11 Entropía.
4.12 El principio del incremento de entropía.
4.13 Diagramas T–S y H–S.
4.14 Las relaciones TdS.
4.15 El cambio de entropía de sustancias puras.
4.16 El cambio de entropía de líquidos y sólidos.
4.17 El cambio de entropía de gases ideales.
4.18 Eficiencias adiabáticas de algunos dispositivos
de flujo permanente.
4.19 Balance general de entropía.
5.1 Trabajo máximo
5.1.1 Trabajo máximo que intercambia calor con la
atmósfera y un depósito a TR.
Disponibilidad de energía 5.1.2 Trabajo reversible e irreversibilidad.
5 y reacciones 5.2 Eficiencia de la segunda ley
termodinámicas. 5.3 Energía asociada con energía interna, cinética y
potencial, Pv y H.
5.3.1 Cambio de disponibilidad de energía (energía)
de un sistema.
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6. 5.4 Transferencia de energía por calor, trabajo y
masa.
5.5 El principio de disminución de energía.
5.6 Balance de energía.
5.7 Relaciones de Maxwell.
5.8 La ecuación de Clapeyron.
5.9 Relaciones generales para dU, dH, ds, cv y cp
5.10 El coeficiente Joule – Thomson.
5.11 Cambios de energía interna, entalpía y
entropía de gases reales.
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7. 8.- SUGERENCIAS DIDÁCTICAS
• Propiciar actividades de búsqueda, selección y análisis de información en distintas
fuentes.
• Propiciar el uso de las nuevas tecnologías en el desarrollo de los contenidos de la
asignatura.
• Fomentar actividades grupales que propicien la comunicación, el intercambio
argumentado de ideas, la reflexión, la integración y la colaboración de y entre los
estudiantes.
• Propiciar, en el estudiante, el desarrollo de actividades intelectuales de inducción-
deducción y análisis-síntesis, las cuales lo encaminan hacia la investigación, la
aplicación de conocimientos y la solución de problemas.
• Desarrollar actividades de aprendizaje que propicien la aplicación de los conceptos,
modelos y metodologías que se van aprendiendo en el desarrollo de la asignatura.
• Propiciar el uso adecuado de conceptos, y de terminología científico-tecnológica
• Proponer problemas que permitan al estudiante la integración de contenidos de la
asignatura y entre distintas asignaturas, para su análisis y solución.
• Relacionar los contenidos de la asignatura con el cuidado del medio ambiente; así
como con las prácticas de una ingeniería con enfoque sustentable.
• Observar y analizar fenómenos y problemáticas propias del campo ocupacional.
• Relacionar los contenidos de esta asignatura con las demás del plan de estudios para
desarrollar una visión interdisciplinaria en el estudiante.
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8. 9.- SUGERENCIAS DE EVALUACIÓN
La evaluación de la asignatura se hará con base en siguiente desempeño:
• Reporte de prácticas
• Reportes de tareas de investigación.
• Realización de ejercicios en equipo.
• Elaboración de examen escrito por unidad.
10.- UNIDADES DE APRENDIZAJE
Unidad 1: Conceptos Básicos.
Competencia Específica a
Actividades de Aprendizaje
Desarrollar
• Definir las propiedades intensivas y • Realizar mediciones de las propiedades de la
extensivas de la materia. materia.
• Comprender lo que es estado, • Comprobar experimentalmente la ley cero de la
trayectoria de cambio de estado, termodinámica
proceso y ciclo termodinámico. • Observar las diferentes formas de la energía.
• Comprender la ley cero de la
termodinámica.
Unidad 2: Propiedades de las sustancias puras.
Competencia Específica a Actividades de Aprendizaje
Desarrollar
• Definir una sustancia pura. • Realizar ejercicios para calcular y predecir las
• Uso de tablas de propiedades de propiedades termodinámicas de sustancias
las sustancia puras. puras.
• Uso de diagramas de estado. • Uso de tablas de propiedades termodinámicas.
• Uso de ecuaciones de estado.
Unidad 3: Primera ley de la Termodinámica.
Competencia Específica a Actividades de Aprendizaje
Desarrollar
• Analizar y explicar adecuadamente • Realizar ejercicios que involucren el balance de
las formas en las que se transfiere energía mediante la primera ley de la
la energía. termodinámica.
• Aplicar adecuadamente el primer
principio de la termodinámica para
realizar balances la energía en
sistemas termodinámicos.
Unidad 4: Segunda ley de la Termodinámica.
Competencia Específica a Actividades de Aprendizaje
Desarrollar
• Analizar y aplicar adecuadamente el • Elaborar un programa en ambiente visual para
segundo principio de la cálculo de problemas de hidrostática, curvas y
termodinámica en el cálculo de planos y principio de Arquímedes.
balance de energía para sistemas
cerrados, balance de energía para
sistemas de flujo estable y balance
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9. de energía para procesos de flujo no
estable.
Unidad 5: Disponibilidad de la energía y relaciones termodinámicas.
Competencia Específica a Actividades de Aprendizaje
Desarrollar
Aplicar el segundo principio de la • Corroborar los balances energéticos en
termodinámica para calcular y predecir maquinas térmicas reales.
el trabajo reversible e irreversible.
• Calcular adecuadamente energía
interna, cinética y potencial, Pv y H
para un sistema termodinámico.
• Determinar y predecir el cambio de
disponibilidad de energía de un
sistema.
• Determinar la transferencia de
energía por calor, trabajo y masa en
un sistema termodinámico.
• Aplicar adecuadamente las
relaciones generales para dU, dH,
con el uso de la segunda ley de la
termodinámica.
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10. 11.- FUENTES DE INFORMACIÓN
1. - Merle Potter, Craig Somerton. Termodinámica para ingenieros Editorial Mc.Graw
Hill, 2004.
2. -Mark, Kenneth. Termodinámica, Editorial Mc.Graw Hill, 2001
3. -Mele C. Potter, Craig W. Somerton Termodinámica para ingenieros (Schaum)
editorial Mc. Graw Hill.
4. -Huang Ingeniería termodinámica fundamentos y aplicaciones 2 ed. Editorial CECSA
1994
5. -Russell, Adebiyi Termodinámica clásica editorial Pearson Educación 1993
6. -Cengel, Boles Termodinámica editorial McGraw Hill
7. -Kurt, Rolle Termodianámica 6 ed. Editorial Pearson educación 2006
8. -Manrique, Termodinámica 3 ed. Editorial Alfa omega 2001
9. -K. Wark, D. E. Richards Termodinámica 6 ed. Editorial Mc. Graw Hill 2001
10. - W.Z. Black, J.G. Hartley Termodinámica editorial CECSA 1989
11. - Smit, Van Ness, Abbott Introducción A la termodinámica en ingeniería química. 7
ed. Editorial Mc. Graw Hill 2007
12. - Pérez Fundamentos de Termodinámica Editorial Limusa.
12.- PRÁCTICAS PROPUESTAS
• Medir la densidad de diversas sustancias.
• Realizar mediciones de presión usando manómetros, vacuómetros y barómetros.
• Verificar la relación de la variación de la presión con la variación de la temperatura.
• Identificar las partes comunes de las diferentes maquinas térmicas.
• Medir la eficiencia de equipos térmicos.
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