Unidad 0

1 INTRODUCCIÓN

Apuntes para TERMOFLUIDOS, Mayo-Julio 2010

APUNTES PARA

Prof. Gustavo Tudare

Periodo Mayo – Julio 2010

TERMOFLUIDOS: Introducción 2

Profesor: Gustavo Tudare

Introducción Asignatura: Termofluidos

Objetivo General:

JUSTIFICACIÓN: El Ingeniero actual y del futuro debe tener conocimientos básicos de la Termodinámica y la mecánica de fluidos, de modo que pueda comprender la aplicación y optimización de los diferentes tipos de energía y sus manifestaciones en los procesos cotidianos e industriales. Además son el fundamento del posterior entendimiento de los ciclos de potencia, acondicionamiento de áreas y la aplicación de las mejoras de los procesos.

Determinar los conocimientos básicos relacionados con las leyes de la termodinámica, la mecánica de los fluidos y sus aplicaciones.

…

3 INTRODUCCIÓN


Facultad: Ingeniería Escuela: Ingeniería Industrial Código: 5T05142 Prelaciones: Ecuaciones diferenciales (5T05143)

CONTENIDO PROGRAMÁTICO

UNIDAD I: INTRODUCCIÓN, CONCEPTOS Y DEFINICIONES.

OBJETIVO DE LA UNIDAD: ADQUIRIR CONOCIMIENTOS BÁSICOS DE LA TERMODINÁMICA.

Termodinámica. Sistemas Cerrados y Abiertos. Volumen de Control. Propiedades.

Estado y Equilibrio Termodinámico. Procesos y Ciclos. Fluido. Viscosidad. Presión.

Ecuación Básica de la Hidrostática. Ley Cero de la Termodinámica. Tipos de Flujos.

UNIDAD II: SUSTANCIA PURA.

OBJETIVO DE LA UNIDAD: ESPECIFICAR LAS PROPIEDADES DE LA SUSTANCIA PURA.

Sustancia Pura. Fases de una Sustancia Pura. Diagrama de Propiedades. Tablas de

Propiedades. La Ecuación de Estado de los Gases Ideales.

UNIDAD III: TRABAJO Y CALOR. OBJETIVO DE LA UNIDAD: INTERPRETAR LAS DIFERENCIAS ENTRE CALOR Y TRABAJO.

Trabajo Mecánico. Trabajo Termodinámico. Tipos de Trabajo. Potencia. Calor.

Comparación entre Calor y Trabajo.

UNIDAD IV: PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA.

OBJETIVO DE LA UNIDAD: INTERPRETAR Y APLICAR LA PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA

Primera Ley de la Termodinámica para un Ciclo y un Sistema. Energía. Tipos de

Energía. Ley de la Conservación de la Masa. Primera Ley de la Termodinámica para

un Volumen de Control. Trabajo de Flujo. Entalpia. Calores Específicos.



UNIDAD V: MÁQUINAS TÉRMICAS Y BOMBAS DE CALOR. SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA. ENTROPÍA.

OBJETIVO DE LA UNIDAD: INTERPRETAR Y APLICAR LA SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA.

Segunda Ley de la Termodinámica. Entropía. Introducción a la Segunda Ley de la

Termodinámica. Maquinas Térmicas y Bombas de Calor. Criterios de Kelvin-Planck

y de Clausius. Ciclo Carnot. Desigualdad de Clausius. Entropía. Procesos

Reversibles e Irreversibles. Ecuación de Bernoulli. Procesos Politrópico. Eficiencia

de la Segunda Ley.

UNIDAD VI: CONCERVACIÓN DE LA CANTIDAD DE MOVIMIENTO PARA UN VOLUMEN DE CONTROL.

OBJETIVO DE LA UNIDAD: ESTUDIAR LOS PRINCIPIOS DE LA CANTIDAD DE MOVIMIENTO Y SU APLICACIÓN EN TURBO-MÁQUINAS.

Ecuación de la Cantidad de Movimiento Lineal en un Volumen de Control, Ecuación

de la Cantidad de Movimiento Angular. Aplicaciones a Turbomáquinas.

UNIDAD VII: ANÁLISIS DIMENSIONAL Y SEMEJANZAS OBJETIVO DE LA UNIDAD: DISTINGUIR LOS PARÁMETROS ADIMENSIONALES.

Análisis Dimensional y Ecuaciones Rectoras. Parámetros Adimensionales.

Semejanza.

UNIDAD VIII: FLUJO DENTRO DE DUCTOS. OBJETIVO DE LA UNIDAD: INTERPRETAR LOS DIFERENTES PATRONES DE

FLUJO Y LAS PÉRDIDAS DE ENERGÍA EN LOS MEDIDORES.

Capa Límite. Flujo Completamente Desarrollado. Pérdidas. Accesorios. Medidores

de Flujo.

UNIDAD IX: SISTEMAS DE BOMBEO OBJETIVO DE LA UNIDAD: INTERPRETAR EL FUNCIONAMIENTO DE UN SISTEMA DE BOMBEO.

Aplicaciones en Serie y en Paralelo. Analizar Curvas Características.

5 INTRODUCCIÓN


RELACION CON OTRAS ASIGNATURAS DEL PLAN DE ESTUDIO ANTERIORES: Matemáticas I, II y III

o La derivada

o Concepciones de la derivada Introducción a la integral

Ecuaciones diferenciales

o Funciones de varias variables independientes

POSTERIORES: Laboratorio de Termofluidos:

o Definiciones: sistemas, fronteras, equilibrio, estado, proceso y variables termodinámicas.

o Variables termodinámicas intensivas y extensivas(energía, volumen específico, peso específico, gravedad específica, presión, volumen y temperatura)

o Funciones y variables de estado

o Ley cero de la termodinámica

o Escalas termométricas (temperatura relativa y absoluta)

o Estados de la materia.

o Formas de energía

� Trabajo

� Calor

� Energía potencial, cinética e interna

o Primera ley de la termodinámica. Sistema cerrado

o Segundo colorario de la primera ley. Sistemas abiertos

o Fronteras de los sistemas

o Enunciado de la segunda Ley de la termodinámica

� Axiomas de Clausis y Kelvin-Planck

o Ciclo de Carnot

o Procesos reversibles e irreversibles

Generación de Potencia:

o Leyes de transferencia de calor

� Conducción

� Radiación

� Convección

o Mecanismos combinados de transferencia de calor (resistencia térmica y coeficiente global de transferencia de calor)

o Clasificación y tipos de intercambiadores



Acondicionamiento ambiental:

FRICCIÓN EN TUBERÍAS, EFECTOS DEL CAMBIO DE SECCIÓN EN DUCTOS, COEFICIENTES DE DESCARGA DE RECIPIENTES, FLUJO COMPRESIBLE EN CONDUCTOS, MEDICIÓN DE FLUJO E INSTRUMENTOS

DIMENSIONAMIENTO DE CONDUCTOS

PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS

RELACIONES BÁSICAS EN DINÁMICA DE FLUIDOS

PROCESOS BÁSICOS DE FLUJO DE FLUIDOS

ANÁLISIS DE FLUJO

PRESIÓN, ECUACIÓN GENERAL DE LA ENERGÍA, FLUJO LAMINAR O TURBULENTO

SELECCIÓN DE MÉTODOS DE CALCULO, Y EQUIPOS DE AIRE ACONDICIONADO: FACTOR DE FRICCIÓN, CAPA LÍMITE, CAVITACIÓN, COMPRESIBILIDAD

RUIDO OCASIONADO EN EL FLUJO DE FLUIDOS

MECÁNICA DE LOS FLUIDOS

MANEJO BÁSICO DE TÉRMINOS Y PROPIEDADES: DENSIDAD, VISCOSIDAD (CINEMÁTICA - DINÁMICA)

DIMENSIONAMIENTO DE CONDUCTOS PARA DISTRIBUCIÓN DE AIRE, PRINCIPIO DE CONTINUIDAD, VARIACIÓN O CAÍDA DE

DIMENSIONAMIENTO DE CONDUCTOS, SELECCIÓN E INSTALACIÓN DE EQUIPOS DE AIRE ACONDICIONADO: ECUACIÓN DE ENERGÍA,

7 INTRODUCCIÓN


APORTACIÓN DE LA ASIGNATURA AL PERFIL DEL EGRESADO Se proporcionan las herramientas básicas de las áreas de térmica y fluidos que permiten la integración de grupos interdisciplinarios en el diseño y en la investigación de sistemas o procesos industriales.

CONOCIMIENTOS REQUERIDOS • Funciones de una variable

• Derivación de funciones algebraicas

• Funciones de varias variables

• Derivación parcial

• Integración definida e integración por partes

• Ecuaciones diferenciales ordinarias.

SUGERENCIAS DE DESEMPEÑO

• Realizar investigaciones documentales sobre los conceptos utilizados

• Resolver los ejercicios sugeridos para reforzar los temas vistos en clase

• Participación del estudiante en la discusión de conceptos

• Uso de software para la resolución de problemas, como complemento para la comprensión de conceptos.

ACTIVIDADES DE EVALUACIÓN • Evaluación de problemas asignados:

o Filosofía de evaluación: Cada problema es corregido sobre una base de 20 puntos sin considerar cuan largo o de cual unidad sea el problema.

� 20 puntos – El estudiante resolvió el problema correctamente e hizo algunos comentarios sobre la trascendencia de los resultados u otros comentarios que aportaban una idea sobre el análisis y la valoración de los resultados. Además utilizó una metodología para resolver problemas de ingeniería.

� 16 puntos – El estudiante resolvió el problema correctamente utilizando una metodología para resolver problemas de ingeniería, pero no hizo comentarios o análisis.

� 14 puntos – El estudiante resolvió el problema correctamente, pero no hizo comentarios o análisis.

� 10 a 12 puntos - El estudiante terminó el problema y cometió errores menores pero demuestra que sabía lo qué estaban haciendo.

� 8 a 9 puntos – El estudiante terminó el problema y cometió errores en la aplicación de principios básicos o requerimientos de conocimientos previos.

� 4 a 7 puntos – Cuando se cometieron errores importantes, y el estudiante parecía no saber qué hacía realmente o no terminó la solución del problema.

� 1 a 3 puntos – Cuando muy poco trabajo es mostrado

� 0 puntos – Cuando ningún trabajo es hecho sobre un problema.

• Participación en el desarrollo de la clase (Pensamiento crítico : adopta posiciones y las argumenta, Comunicación : escucha con atención y formula preguntas, Ética : identifica los principios éticos en su actuación personal y profesional).



BIBLIOGRAFIA TERMODINÁMICA

Portada para las Ediciones 4 Ta, 5Ta y 6Ta.

MECÁNICA DE FLUIDOS

Robert Mott

Cengel & Cimbala

Frank White

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Programa de actividades SEM No.

Reunión FECHA CONTENIDO UNIDAD No.

Actividad programada

1 26/4/10 Presentación - Sistema Internacional de unidades I

1 2 30/4/10 Conceptos básicos Termodinámica y mecánica

de los fluidos I

3 3/5/10 Propiedades de estado y equilibrio termodinámico II

2 4 7/5/10 Sustancias puras II

5 10/5/10 Sustancias puras II 3

6 14/5/10 Sustancias puras II

7 17/5/10 Ecuaciones de estado de gas ideal II 4

8 21/5/10 Ecuaciones de estado de gas ideal II

9 24/5/10 Calor, Trabajo Definición Tipos de trabajos III

Exposición-participación-

análisis. Profesor-Alumnos

5

10 28/5/10 Sustancias puras y gas ideal I y II Prueba Escrita 30%

11 31/5/10 Primera ley de la termodinámica IV 6

12 4/6/10 Primera ley de la termodinámica, ejercicios de aplicaciones IV

Entrega de notas

(30%)

13 7/6/10 Primera ley de la termodinámica, ejercicios de aplicaciones IV

7 14 11/6/10 Primera ley de la termodinámica, ejercicios de

aplicaciones IV

15 14/6/10 Segunda ley de la termodinámica V 8

16 18/6/10 Segunda ley de la termodinámica, ejercicios de aplicaciones V

17 21/6/10 Segunda ley de la termodinámica, ejercicios de aplicaciones V

9 18 25/6/10 Segunda ley de la termodinámica, ejercicios de

aplicaciones V

19 28/6/10 Modos de transferencia de calor III



10 20 2/7/10 1ra. Y 2da. ley de la termodinámica IV y V Prueba Escrita

30%

21 5/7/10 FIRMA DEL ACTA DE LA INDEPENDENCIA

11 22 9/7/10 Flujos dentro de ductos, Perdidas en accesorios,

Tuberías , Ejercicios VIII

Entrega de notas

(30%)

23 12/7/10 Flujos dentro de ductos, Perdidas en accesorios, Tuberías , Ejercicios VIII



12 24 16/7/10 Modos de transferencia de calor III Prueba Escrita

10%

25 19/7/10 Bombas definición , Sistema de bombeo IX 13

26 23/7/10 Ejercicios de aplicación IX

27 26/7/10 Ejercicios de aplicación IX



14 28 30/7/10 Análisis hidráulico y Selección de una bomba

centrífuga VIII y IX Prueba Escrita

30%

Entrega de notas (30/7/10) 40%



Páginas de Internet recomendadas

Tema o punto de interés DirecciónTermodinámica

Centrales termoeléctricas http://thales.cica.es/rd/Recursos/rd99/ed99-0226-01/ed99-0226-01.htmlProyectos termoeléctricos en Venezuela http://www.inelectra.com/proyectos/index.php?item=item7&id=104Sistema internacional de unidades http://www.ieslaasuncion.org/fisicaquimica/sistema1.htmlLey de metrológica Venezuela http://fisica.ciens.ucv.ve/postfismed/normas/leymetrologia.htmlEl sistema experto en termodinámica (TEST) http://thermo.sdsu.edu/testcenter/

Introducción a la termodinámicahttp://bacterio.uc3m.es/docencia/profesores/melendez/docufis2/pdf/ApuntesTermo1.pdf

Conceptos básicos en termodinámica http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/estadistica/termo/Termo.htmlIntroducción a la mecánica de los fluidos http://www.uia.mx/campus/publicaciones/fisica/pdf/12Mecanicadefluidos.pdfCalor y primera ley de la termodinámica http://www2.udec.cl/~jinzunza/fisica/cap13.pdfVarios Software de Termodinámica http://www.tecnun.es/asignaturas/termo/SOFTWARE/SoftTD.htmTabla de propiedades http://inmecanica.com/termo/tablas/tablasprop.html

Sustancias purashttp://www.zaragoza.unam.mx/edpuel/biologia/reyes/puel/cursos/diagfases/modulo/apuntes_amg.pdf

Segunda ley de la termodinámica http://www2.udec.cl/~jinzunza/fisica/cap15.pdfTablas de propiedades del vapor de agua

http://www.nuc.berkeley.edu/courses/classes/E-115/Reader/steam_table_A-1.pdf

Tablas de propiedades del vapor de agua http://wolfweb.unr.edu/homepage/arehart/courses/713/Steam.pdfTablas y diagramas de propiedades del vapor de agua http://www.unene.ca/un702-2005/text/section04.pdf

Mecánica de fluidos

Dinámica de fluidos http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/fluidos/dinamica/bernoulli/bernouilli.htmEcuación de Bernoulli http://www.slideshare.net/vicentz/la-ecuacion-de-bernoulli

Ecuación de Bernoulli

http://www.metalurgia.uda.cl/apuntes/Jchamorro/Mecanica-fluidos%20I/Mec%C3%A1nica%20I%20-%20Ecuaci%C3%B3n%20de%20Bernoulli%20%5BModo%20de%20compatibilidad%5D.pdf

Ecuación general de energía www.galeon.com/fluidos1/ecuaciones.pptSistemas de bombeo http://www.grupohoba.com/downloads/curso_UCAB.pdfSistemas de bombeo http://www.sishica.com/sishica/download/Manual.pdf

Sistemas de bombeohttp://www.tecnicsuport.com/index.php?pagina=http://www.tecnicsuport.com/fonta/taulesconsulta/bombes1/powere1.html

Sistemas de bombeo http://www.mch.cl/documentos/pdf/cavita.pdf

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