Termodinamica

S. E. I. T.
S. E. P.

DIRECION GENERAL DE INSTITUTOS TECNOLOGICOS

1. IDENTIFICACIÓN DEL PROGRAMA DESARROLLADO POR UNIDADES DE APRENDIZAJE

NOMBRE DE LA ASIGNATURA: TERMODINÁMICA I (4-0-8)

NIVEL: LICENCIATURA

CARRERA: INGENIERÍA MECÁNICA
INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA

CLAVE: ACB-9319

2. HISTORIA DEL PROGRAMA

LUGAR Y FECHA DE PARTICIPANTES OBSERVACIONES
ELABORACIÓN O (CAMBIOS Y
REVISIÓN JUSTIFICACIÓN)
27 de Agosto al 1 de Sep1990 Todos los Institutos Reunión Nacional de Revisión
I.T. de Orizaba. Tecnológicos que asistieron a Curricular de la Ingeniería
la Reunión. Mecánica
Noviembre de 1990 Desarrollo del programa por
I.T. de Cd. Madero José Alfredo Escobar unidades de aprendizaje.

Del 13 al 17 de Mayo de1991 Validación y enriquecimiento
I.T. de Durango Comité‚ de Consolidación. del programa en reunión de
consolidación.

Del 28 de Septiembre al 2 de Análisis de la congruencia
Octubre de 1992 Comité‚ de Consolidación de interna y externa de las
I.T. de Apizaco las Ciencias Básicas de las carreras de Ingeniería del
carreras de Ingeniería Sistema Nacional de Institutos
Tecnológicos.
Del 24 al 28 de mayo de1993.
México D.F Comités de Reforma de la Análisis de la congruencia
Educación Superior interna y externa de las
Tecnológica. carreras de Ingeniería del
Sistema Nacional de Institutos
Tecnológicos conforme a los

lineamientos de la reforma de
la Educación Superior
Tecnológica.

3. U B I C A C I O N DE LA ASIGNATURA

a) RELACIÓN CON OTRAS ASIGNATURAS DEL PLAN DE ESTUDIOS

ANTERIORES POSTERIORES
ASIGNATURAS TEMAS ASIGNATURAS TEMAS
ING.
ELECTROMECÁNICA

Química -Estequiometría Transferencia de calor -Conducción
-Tabla periódica de los convección y
Elementos radiación.
Motores de
Matemáticas I -Cálculo diferencial e combustión interna y -Ciclos
integral. (derivadas compresores
parciales)
Generadores de vapor Ciclo Rankine
Matemáticas IV Ecuaciones
Diferenciales Aire Acondicionado y Ciclo de Refrigeración
Refrigeración

ING. MECÁNICA

Matemáticas I
Calculo Diferencial e Termodinámica II Todos
Integral
Matemáticas II Mecánica de Fluidos Flujo de fluidos
Calculo vectorial compresibles
Matemáticas III Transferencia de Calor Todos.
Álgebra lineal.
Matemáticas IV Refrigeración y aire Todos.
Ecuaciones Acondicionado
Diferenciales
Maquinas de Todos.
Combustión Interna y
Compresores.

b) APORTACIÓN DE LA ASIGNATURA AL PERFIL DEL EGRESADO

INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA
Proporciona los fundamentos para su aplicación en los sistemas térmicos, tales como:
m quinas térmicas,
equipos, ciclos, etc.

INGENIERÍA MECÁNICA
Aporta conocimientos fundamentales para el análisis del diseño de sistemas térmicos.

4. OBJETIVO(S) GENERAL(ES) DEL CURSO

Comprender y aplicar los conceptos básicos y las leyes de la termodinámica en la solución de
problemas de
balance de masa, energía y entropía en sistemas termodinámicos.

5.TEMARIO.

NUMERO TEMAS SUBTEMAS
I Conceptos Básicos y 1.1 Energía termodinámica
Definiciones 1.2 Definiciones
1.2.1. Sistema
1.2.2. Estado. Proceso, Trayectoria, Ciclo.
1.2.3. Propiedad. Propiedad extensiva,
Propiedad intensiva y Propiedad
especifica.
1.3 Propiedades.
1.3.1. Densidad. Volumen especifico, Peso
especifico y Gravedad especifica.
1.3.2. Presión, Presión absoluta, Presión
atmosférica, Presión Manométrica, y Presión de
vacío.
1.4 La Ley Cero de la Termodinámica.
1.4.1. Equilibrio Térmico.
1.4.2. Escalas de Temperatura.
1.5 El principio de la conservación de la masa.
1.6 Formas de energía.
1.6.1. Energía Cinética.
1.6.2. Energía Potencial.
1.6.3 Energía Interna.
1.6.4 Trabajo.
1.6.4.1. Trabajo en un sistema
cerrado sin fricción.
1.6.4.2 Trabajo en un sistema
abierto en estado estable sin fricción
con una entrada y una salida de
flujo.
1.6.4.3. otras formas de trabajo( En
una celda química, en un sólido de
II stico, de magnetización y
La Primera Ley de la polarización, etc. ).
Termodinámica. 1.6.5. Calor.

2.1 Sistemas operados cíclicamente.
2.2. Sistema cerrado desarrollando un proceso.
2.3 Sistema abierto operando un estado estable, con
una entrada y una salida de flujo.
2.4 Formulación general de la primera ley de la
III termodinámica
Fases de las sustancias 2.5 Maquinas Térmicas y eficiencias.
puras. 2.6 Refrigeradores y coeficientes de funcionamiento.

3.1 Principios de estado.
3.2 definiciones.
3.2.1 Sustancia pura.
3.2.2 Fase
3.3 Diagramas de fases de una sustancia pura.
3.3.1 Punto triple.
3.3.2 Punto critico.
3.3.3 Cambios de fase.

3.4 Diagramas presión-volumen, presión-entalpía.
3.5 Tablas de propiedades termodinámica.
3.6 Calores específicos.
3.7 Sustancias incompresibles.

IV Ecuaciones de Estado 4.1 El gas ideal.
4.1.1 Ecuación
4.1.2 ley de Joule
4.1.3 Calores específicos
4.1.4 Comportamiento p-v-T de un gas
ideales con calores específicos
constantes durante un proceso
adiabático y sin fricción.
4.1.5 Procesos politrópicos.
4.2.El factor de compresibilidad.
4.2.1 Definición.
4.2.2 Propiedades Reducidas
4.2.3 Ley de los estados correspondientes.
4.2.4 Gráfica del factor de compresibilidad
generado.
4.3 La ecuación de van der Waals.
4.3.1 Ecuación.
4.3.2 Evaluación de las constantes.
V La segunda ley de la 4.4 Otras ecuaciones de estado.
Termodinámica
5.1 Axiomas de Clausius y de Kelvin-Planck.
5.2 Procesos Reversibles y Procesos irreversibles.
5.3 Fricción.
5.4 El principio de carnot.
5.5 El ciclo de carnot.
VI Entropía 5.6 Otros ciclos reversibles.

6.1 Desigualdad de Clausius.
6.2 Ecuación de Entropía.
6.3 Ecuaciones Gibbsianas.
6.4 Diagramas temperatura-entropía, entalpía-
entropía.
6.5 Principio de incremento de entropía.
6.6 Eficiencia térmica de turbinas, compresores,
etc..
6.7 Balance general de entropía.

6. A P R E N D I Z A J E S REQUERIDOS

INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA:
Geometría analítica.
Calor, Trabajo, Temperatura, Energía Cinética, Energía Potencial, Presión, Sistemas De
Unidades, Leyes De Los Gases Ideales, Numero Atómico, Masa Atómica, Masa Molecular,
Ecuación Del Estado Ideal Del Gas Ideal.

INGENIERÍA MECÁNICA:
Funciones de una variable.
Derivación de funciones algebraicas.
Funciones de varias variables.
Derivación parcial.
Integral definida, integral cíclica ( por partes)

Ecuaciones diferenciales ordinarias.

7. S U G E R E N C I A S DIDACTICAS

- Aunque se le dar prioridad al uso del sistema internacional de unidades en la
solución de problemas, se utilizar n también el sistema ingles

- Que el alumno elabore una investigación documental sobre la historia de la termodinámica

- Que el alumno de lectura al libro de "Garcia-Colin" indicada en loa bibliografía y que
se presente un
resumen

- Que el alumno investigue sobre el papel que desempeña la energía en el desarrollo
tecnológico

- Que las definiciones, conceptos y leyes presentadas en el programa se discutan en
una dinámica grulla

- Que el maestro presente la deducción completa de las ecuaciones correspondientes
a los temas tratados en el curso

- Que el maestro y los alumnos resuelvan problemas que involucren balances de masa
y energía en diferentes sistemas termodinámicos

y energía y
determinación de propiedades con diferentes substancias termodinámica y en diferentes
sistemas ( turbinas,
compresores, bombas, intercambiadores, toberas, difusores, etc..)

y energía, determinación de propiedades y balances de entropía

- En los problemas propuestos, el alumno presentar los procesos en diagramas
termodinámicos (PV,TS, PH, HS, etc..)

- Que el maestro asigne problemas para que el alumno a través del análisis
termodinámica determine si el proceso es posible o imposible

- Que el alumno realice una recopilación de tablas y diagramas de propiedades de
diferentes substancias

8. S U G E R E N C I A S DE EVALUACION

- Si existe m s de un maestro impartiendo la materia, se aplicar un examen
departamental

- Los problemas de los exámenes escritos deber n ser congruentes con el objetivo
educacional de cada unidad

- Que los problemas planteados en los exámenes, involucren la aplicación de los
temas tratados en las unidades anteriores

- Que los exámenes no se pregunten definiciones, sino que se busque su aplicación en
la solución de los problemas propuestos

- Revisión y discusión de problemas propuestos por el maestro

- Participación del alumno en el salan de clase

- Informes de las investigaciones documentales solicitadas por el maestro

- Se sugiere que se apliquen cinco exámenes escritos y que en el quinto examen, se
agrupen las unidades V y VI

Nota: Los puntos 7 y 8 deberán ser desarrollados y/o enriquecidos en las academias
correspondientes
en conjunto con el departamento de desarrollo académico.

9. U N I D A D E S DE APRENDIZAJE

NUMERO DE UNIDAD I
NOMBRE DE LA UNIDAD: CONCEPTOS Y DEFINICIONES

OBJETIVO ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE BIBLIOGRAFÍA
EDUCACIONAL
Conocer los Los alumnos y el maestro analizaran el concepto de
conceptos y energía y el papel que juega en el desarrollo 7
definiciones tecnológico..
fundamentales. El maestro y los alumnos analizaran la definición de 11
Establecer la ley cero termodinámica y discutir el campo de aplicación de
de la termodinámica. esta disciplina. 5
Definir las diferentes Los alumnos y el maestro darán un breve repaso a
formas de energía los sistemas de unidades haciendo énfasis en el 2
con las que trata la sistema internacional.
termodinámica El maestro y los alumnos analizaran las definiciones 8
clásica y calcular el de estado, proceso, trayectoria, ciclo, propiedad
trabajo de diversos termodinámica. 12
sistemas. Los alumnos diferenciaran entre propiedad
extensiva, propiedad intensiva y propiedad
especifica, identificar si una cantidad es una
propiedad.
Los alumnos seleccionaran las definiciones y las
unidades mas adecuadas para la densidad, volumen
especifico, peso especifico, gravedad especifica,
presión absoluta, presión manométrica, y presión de
vacío.
El maestro y los alumnos establecerán la ley cero de
la termodinámica establecerán las escalas de
temperatura y la relación entre las diferentes
escalas.
El maestro y los alumnos establecerán el principio de
conservación de la masa y realizaran balances de
masa en diferentes sistemas.
Los alumnos seleccionaran las definiciones y las
unidades mas adecuadas para la energía cinética,
energía potencial, energía interna.
El maestro y los alumnos analizaran la definición de
trabajo en los sistemas termodinámicos.

El maestro y los alumnos obtendrán una expresión
para el trabajo en un sistema cerrado sin fricción a
partir de principios básicos.
El maestro y los alumnos calcularan el trabajo neto
desarrollado durante un ciclo.
El maestro y los alumnos obtendrán una ecuación
para el trabajo en un sistema abierto sin fricción con
una entrada y una salida de flujo operando en
estado estable, a partir del trabajo de un sistema
cerrado.
Los alumnos calcularan el trabajo y la potencia en
diferentes sistemas sin fricción.
Los alumnos analizaran otras formas de trabajo (en
una celda química en un sólido elástico, etc.)
Los alumnos discutirán la definición de calor y
establecer las unidades mas usadas.
Definir el proceso adiabático.

NUMERO DE UNIDAD II
NOMBRE DE LA UNIDAD: LA PRIMERA LEY DE LA HEMODINÁMICA.

EDUCACIONAL
Aplicar la primera ley El maestro y los alumnos analizarán la primera ley 7
de la termodinámica de la termodinámica para un sistema operando
en el análisis de cíclicamente
sistemas. El maestro y los alumnos analizarán la primera ley
de la termodinámica para un sistema cerrado
realizando un proceso 2
El maestro y los alumnos discutirán la naturaleza de
la energía almacenada.
El maestro y los alumnos establecerán la primera ley
de la termodinámica para un sistema abierto con
una entrada y una salida de flujo operando en 12
estado estable
Definirán entalpía.
Los alumnos calcularán el flujo de calor y/o la
potencia en sistemas con o sin fricción
El maestro y los alumnos obtendrán una ecuación
para la primera ley de la termodinámica en un
sistema cualquiera
Los alumnos resolverán problemas que involucren
balances de masa y balances de energía en
diferentes sistemas termodinámicos coeficiente de
funcionamiento. Resolverán problemas numéricos
Los alumnos definirán maquina térmica y eficiencia,
refrigerador y coeficiente de funcionamiento.
Resolverán problemas numéricos
Los alumnos investigarán sobre el orden de
magnitud de la eficiencia de las maquina térmicas y
de otros sistemas

NUMERO DE UNIDAD III
NOMBRE DE LA UNIDAD: FASES DE LAS SUSTANCIAS PURAS

EDUCACIONAL
Identificar las fases El maestro y los alumnos discutirán el principio de
de una sustancia estado y lo aplicaran para una sustancia simple
pura. Los alumnos seleccionarán las definiciones más 7
Explicar el adecuadas para sustancia pura y fase.
comportamiento de El maestro y los alumnos analizar n el diagrama de
una sustancia pura fases para una sustancia pura e identificarán el
en diagramas punto triple y el punto critico. 11
presión-temperatura, El maestro y los alumnos analizarán las condiciones
presión-volumen y de saturación de una sustancia pura
presión-entalpía y El maestro y los alumnos analizarán los diagramas 10
calcular sus presión - volumen y presión-entalpía de sustancia
propiedades haciendo pura
uso de tablas de Los alumnos, identificarán los estados de liquido
propiedades subenfriado o comprimido, liquido saturado, vapor
termodinámica. húmedo, vapor saturado seco y vapor 3
Analizar a través de sobrecalentado
la primera ley de la Los alumnos discutirán las definiciones de humedad
termodinámica, los y titulo; entalpía de vaporización, entalpía de fusión
sistemas que operan y entalpía de sublimación 9
con sustancias puras El maestro y los alumnos analizarán la estructura de
en sus diferentes las tablas de propiedades termodinámica
fases. Los alumnos usarán las tablas de propiedades
termodinámica para identificar algún estado dado y 12
calcular n las propiedades de una sustancia pura
en sus diferentes fases
Los alumnos investigarán y explicarán la definición
de los calores específicos y la forma de calcularlos
Los alumnos usarán la primera ley de la
termodinámica y las tablas de propiedades para
analizar los procesos en sistemas que operan con
agua o con otras sustancias puras en sus diferentes
fases y representarán los procesos en diagramas p-
T, p-v y p-h

NUMERO DE UNIDAD: IV
NOMBRE DE LA UNIDAD: ECUACIONES DE ESTADO.

EDUCACIONAL
Analizar el El maestro definirá gas ideal y explicará las variables
comportamiento del que intervienen en la ecuación 7
gas ideal y describir El alumno expresará la ecuación del gas ideal con
las correlaciones pv-t otras variables calcular la presión, la densidad, el
De algunos gases volumen especifico y la temperatura de un gas
reales. ideal en un estado dado 11
Analizar a través de El alumno investigará sobre el experimento y la ley
la primera ley de la de Joule.
termodinámica, los El maestro y los alumnos analizarán las 5
sistemas que operan consecuencias de la ley de Joule
con gases. Los alumnos establecerán la relación entre Cp, Cv y
R. Calcularán los calores específicos medios de un 1
gas ideal dado, usando polinomios gráficas y tablas.
Compararán los resultados 2
El maestro obtendrá una relación entre la presión y
el volumen para un gas ideal que realiza un 12

proceso adiabático y sin fricción
El maestro y los alumnos analizarán el
comportamiento p-v-T de un gas ideal durante un
El maestro y los alumnos analizarán el
comportamiento p-v-T de un gas ideal durante un
El maestro y los alumnos analizarán los procesos
politrópicos.
Los alumnos dibujarán las trayectorias politrópicas
en diagramas de presión-volumen.
Los alumnos usarán la primera ley de la
termodinámica para analizar los sistemas que
operan con estas sustancias y representarán los
procesos en diagramas presión-volumen El maestro
definirá el factor de compresibilidad, establecerá
la ley de estados correspondientes y explicar la
gráfica del factor de compresibilidad generalizado
Los alumnos calcularán la presión, el volumen o la
temperatura de un gas dado usando el factor de
compresibilidad. El maestro establecerá la ecuación
de Van der. Waals, encontrará las constantes en
función de las propiedades críticas. El maestro y los
alumnos discutirán la aplicación de la ecuación de
Van der Waals.
Los alumnos establecerán otras ecuaciones de
estado, evaluarán sus constantes y especificarán su
aplicación.

NUMERO DE UNIDAD: V
NOMBRE DE LA UNIDAD: LA SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA

EDUCACIONAL
Establecer la El maestro y los alumnos analizará los axiomas de 7
segunda ley de la clausius y de Kelvin-Planck y demostrarán que son
termodinámica a equivalentes en sus consecuencias 11
través de los Los alumnos señalarán la importancia de la segunda
axiomas de clausius ley. Harán una breve reseca histórica sobre esta 5
y de Kelvin Planck. ley.
Los alumnos investigarán la diferencia entre un 4
Identificar las causas proceso reversible y un proceso irreversible.
de irreversibilidad en Enumerarán las causas de la irreversibilidad 12
los procesos. El maestro y los alumnos calcularán la fricción en los
sistemas El maestro explicará el principio de Carnot
Analizar el ciclo de El maestro y los alumnos analizarán el ciclo de
carnot y otros ciclos Carnot y resolverán problemas relacionados con
reversibles. este ciclo
Los alumnos analizarán otros ciclos reversibles
Los alumnos investigarán sobre otros axiomas
mediante los cuales se establece la segunda ley de
la termodinámica

NUMERO DE LA UNIDAD: VI
NOMBRE DE LA UNIDAD: ENTROPÍA


EDUCACIONAL
Definir y calcular El maestro y los alumnos obtendrán la desigualdad de
los cambios de Clausius y definirán en entropía
entropía en los Los alumnos usarán la desigualdad de Clausius para 1
procesos. determinar si un ciclo dado es reversible o
irreversible. 3
Representar los El maestro y los alumnos calcularán los cambios de
procesos en los entropía en los procesos reversibles y en los 9
diagramas procesos irreversibles, haciendo uso de la definición
temperatura- de entropía 6
entropía y El maestro obtendrá las ecuaciones Tds y los alumnos
entalpía-entropía. las usarán para calcular los cambios de entropía en 11
los procesos. El maestro y los alumnos
Determinar si un representarán los procesos en los diagramas 12
proceso dado se temperatura-entropía y entalpía-entropía
puede llevar a Los alumnos representarán la línea de saturación
cabo. líquido-vapor de una sustancia pura en los diagramas
T-s y h-s. Calcularán los cambios de entropía en los
procesos en los cuales el medio de trabajo es agua en
sus diferentes fases.
El maestro explicará el principio de incremento de
entropía y los alumnos resolverán problemas
relacionados con este principio
Los alumnos definirán eficiencia térmica en los
procesos de expansión y compresión
Resolverán problemas relacionados con este tema.
Los alumnos realizarán balances de entropía en
diversos sistemas

BIBLIOGRAFÍA BÁSICA Y COMPLEMENTARIA

1.- BALZHISER, R. E. y M. R. SAMUELS. 7.- MANRIQUE, J.A. Y R.S.
CÁRDENAS
TERMODINÁMICA PARA INGENIEROS. TERMODINÁMICA.
ED. PRENTICE-HALL. ED. HARLA.
COLUMBIA, 1979, 610 p MÉXICO, 1981, 338 P.

2.- BLACK, W. Z. y J. G. HARTLEY 8.- POLO ENCINAS,
MANUEL.
TERMODINÁMICA. ENERGÉTICOS Y
DESARROLLO TEC.
ED. C.E.C.S.A. ED. LIMUSA.
MEXICO, 1989, 886 p MÉXICO, 1979, 2273
P.

3.- BURGHARDT, M. D. 9.- REYNOLDS, W.C. Y
H.C. PERKINS.
INGENIERÍA TERMODINÁMICA, 2a. ed INGENIERÍA
TERMODINÁMICA.
ED. HARLA. ED. McGRAW HILL.
MÉXICO, 1984, 558 p MÉXICO, 1980, 712 P.

4.- GARCÍA-COLIN, S. 10.- VAN WYLEN, G.J. Y
R.E., SONNTAG.
DE LA MAQUINA DE VAPOR AL FUNDAMENTOS DE
TERMODINÁMICA.
CERO ABSOLUTO. ED. LIMUSA

FONDO DE LA CULTURA ECONÓMICA - SEP.. MÉXICO, 1982, 734 P
MÉXICO, 1986, 148 P.
(COLEC. LA CIENCIA DESDE MÉXICO)..

5.- HOLMAN, J.P. 11.- WARK, K.
TERMODINÁMICA TERMODINÁMICA.
ED. McGRAW HILL. ED. McGRAW HILL.
COLOMBIA, 1975, 518 P. MÉXICO, 1985, 905 P.

6.- KEENAN, J.H. ET AL 12.- HOWELL, J.R. Y R.O.
BUCKI
STEAM TABLES, INTERNATIONAL EDITION. PRINCIPIOS DE TERMODINÁMICA
WILEY PARA INGENIERÍA
U.S.A., 1979, 162 P. McGRAW-HILL
MÉXICO, 1990, 713 P.
11. PRACTICAS

En este punto, se deberán elaborar las Guías de Practicas con base en la metodología oficial
emitida por la
Subdirección de Docencia (DGIT), para tal efecto.

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