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MANUAL DE LA ASIGNATURA MTMT-SUPSUP-XXX REV00
INGENIERÍA MECATRÓNICA MECATRÓNICA TERMODINÁMICA Y TRANSFERENCIA DE CALOR 0
DIRECTORIO Secretario de Educación Pública Dr. Reyes Taméz Guerra Subsecretario de Educación Superior Dr. Julio Rubio Oca Coordinador de Universidades Politécnicas Dr. Enrique Fernández Fassnacht
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PAGINA LEGAL Manuel Sánchez Cárdenas – (UPA) José Manuel Robles Solís – (UPZ)
Primera Edición: 2006 DR 2005 Secretaría de Educación Pública México, D.F. ISBN-----------------
2
INTRODUCCIÓN
Este manual sirve para identificar los objetivos, los contenidos y la programación, correspondiente a la asignatura: Termodinámica y Transferencia de Calor. En él se detalla las habilidades y valores que se desarrollan en el estudiante al cumplir con cada objetivo, también da algunas directrices en cuanto a los instrumentos didácticos y de evaluación que podrían aplicarse durante el curso. Hoy en día es común encontrar procesos que involucren intercambio de energía en industrias, universidades, centros de investigación e incluso en ocasiones resulta necesario aplicar las leyes de la termodinámica para entender procesos tan comunes como el funcionamiento de un motor de combustión o una simple olla Express. Entre las aplicaciones de las ciencias, la termodinámica es indispensable para los estudiantes y profesionistas de diversas carreras, entre las que podemos mencionar ingenierías con especialidad en mecánica, mecatrónica, química entre otras, de ahí la importancia de que los alumnos de la carrera de Ing. Mecatrónica logren entender como se pueden controlar diversos procesos en los que se aprovecha la energía para producir trabajo en diferentes sistemas abiertos, cerrados, aislados entre otros. Finalmente y después de abordar los temas descritos en el presente manual el alumno tendrá bien claros conceptos claves como entalpía y entropía así como su relación y aplicación mediante las leyes de la termodinámica a procesos de transferencia de calor y de combustión. Una vez establecida la relevancia de la asignatura en la carrera de Ing. Mecatrónica, se plantea como objetivo de la asignatura que: Desarrollar la capacidad en el alumno para interpretar el funcionamiento de las máquinas térmicas considerando las propiedades termodinámicas y de transferencia de calor. Termodinámica y Transferencia de Calor tienen influencia sobre otras materias debido a que permite al alumno comprender el comportamiento de los materiales y los fluidos en diferentes procesos, teniendo aplicación directa en materias como mecánica de fluidos, propiedades mecánicas de materiales I, propiedades mecánicas de materiales II, resistencia de materiales y en proyectos de estancia industrial.
ÍNDICE
ÍNDICE ----------------------------------------------------------------------------------------------- 3 INTRODUCCIÓN -------------------------------------------------------------------------------- 3 3
FICHA TÉCNICA--------------------------------------------------------------------------------- 5 IDENTIFICACIÓN DE RESULTADOS DE APRENDIZAJE ------------------- 7
FICHA TÉCNICA
FICHA TÉCNICA
TERMODINÁMICA Y TRANSFERENCIA DE CALOR
Nombre: Clave:
Justificación:
Objetivo:
Pre requisitos:
En esta asignatura se adquieren los conocimientos y habilidades para interpretar los fenómenos termodinámicos y de transferencia de calor que ocurren en sistemas mecatrónicos donde existen cambios de temperatura relacionados con sólidos y fluidos compresibles e incompresibles. Esta asignatura contribuye directamente a la competencia de Diseño de Sistemas Mecánicos que integran Equipos Mecatrónicos. Desarrollar la capacidad en el alumno para interpretar el funcionamiento de las máquinas térmicas considerando las propiedades termodinámicas y de transferencia de calor. • Calculo diferencial e integral • Álgebra • Mecánica de fluidos Capacidades y/o Habilidades
• • • • • •
Comprender los conceptos básicos de la termodinámica Identificar las fases y comportamiento de las sustancias puras Aplicar la primera ley de la termodinámica en diferentes sistemas Entender la segunda ley de la termodinámica, identificar las causas de reversibilidad y cambios de entropía. Comprender ciclos termodinámicos de potencia Analizar deferentes procesos que involucran transferencia de calor
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UNIDADES DE APRENDIZAJE
Estimación de tiempo (horas) necesario para transmitir el aprendizaje al alumno, por Unidad de Aprendizaje:
Total de horas cuatrimestre: Total de horas semana: Créditos:
Bibliografía:
por por
Conceptos básicos de termodinámica Sustancias puras Primera ley de la termodinámica Segunda ley de la termodinámica y entropía Ciclos termodinámicos de potencia Transferencia de calor
TEORÍA
PRÁCTICA
presencial
No presencial
presencial
No presencial
10.5
0
4.0
2
6.5
0
3.5
4.0
8.0
0
0
0
9.0
0
0
0
8.0
0
4.0
2.0
11.0
0
13.5
4.0
90 6 6 1.- Termodinámica Clásica.Russell y Adebiyi. Pearson Educación. 2.- Thermodynamics an Engineering Approach. Yunus A, Cengel. McGraw-Hill. 3.-. Termodinámica. José Ángel Manrique Valadez. Editorial Oxford. 4.-Energía mediante vapor, aire o gas. W. H. Severns/H.E. Degler. Editorial Reverte. 5.- Fundamentos de transferencia de Calor. Frank P. Incropera. Prentice Hall.
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IDENTIFICACIÓN DE RESULTADOS DE APRENDIZAJE
IDENTIFICACION DE RESULTADOS DE APRENDIZAJE Unidades de Aprendizaje
Resultados de Aprendizaje
Identifica los conceptos básicos de la termodinámica
Conceptos básicos de termodinámica
Analiza el comportamiento de los gases ideales.
Identifica los tipos de energía y las diferencias entre el trabajo y el calor, así como su relación en los sistemas
Criterios de Desempeño La persona es competente cuando:
Total
Evidencias (EC, EP, ED, EA)
Hrs.
Entiende los conceptos fundamentales de la termodinámica.
EC: Definición de termodinámica e Importancia de la energía.
1.0
Resuelve problemas en clase que involucren conceptos fundamentales de la termodinámica.
ED: Definición de estado, proceso, trayectoria, ciclo, sistema, propiedad extensiva, propiedad intensiva, propiedad específica, densidad, volumen, volumen especifico, temperatura, escalas de medición de temperatura, presión manométrica, atmosférica y de vacío.
2.0
Resuelve Problemas que involucren cálculos con leyes de gases ideales.
EC: Gases ideales y ecuaciones de estado. Leyes de Boyle, Charles, Gay-Lussac. Leyes de Dalton, Amagat, Avogadro y Factor de comprensibilidad.
2.0
Elabora un reporte donde explica las formas de la energía.
EP: Principio de conservación de la masa, y la conservación de la energía.
1.5
Plantea y resuelve problemas de trabajo en diferentes sistemas.
EC: Formas de energía, energía potencial, cinética e interna. Concepto de trabajo y calor. Trabajo en sistemas térmicos, cerrados y abierto
4.0
Realiza la practica 1 “Determinación del trabajo por medio de una curva p-v”, elabora un reporte con marco teórico y cálculos
EC, ED, EP: Determinación del trabajo por medio de una curva p-v
6.0
7
Unidades de Aprendizaje
Resultados de Aprendizaje
Identifica las coordenadas termodinámicas y fases de una sustancia pura
Sustancias puras
Analiza los diagramas y utiliza las tablas de propiedades termodinámicas Explica las definiciones del calor especifico a p=cte. Y a v=cte y la forma de calcularlo.
Aplica la primera ley de la termodinámica en el análisis de procesos cíclicos Primera ley de la termodinámica
Segunda ley de la termodinámica y entropía
Aplica la primera ley de la termodinámica en el análisis de sistemas cerrados y abiertos. Analiza los axiomas y sus consecuencias. Compara las diferencias entre los procesos reversibles e irreversibles. Analiza el ciclo de Carnot y Carnot inverso y resolver problemas relacionados con estos ciclos
Criterios de Desempeño La persona es competente cuando: Elabora un reporte sobre sustancia pura, fases y coordenadas termodinámicas. Resuelve problemas de titulo de calidad y cambio de fases. Identifica los puntos importantes del diagrama de fases. Analiza diagramas y utiliza las tablas de propiedades termodinámicas en la resolución de problemas. Resuelve problemas que involucren cálculos de calores específicos. Realiza la practica 2 “Capacidad térmica y calor especifico”, elabora un reporte con marco teórico y cálculos Realiza un reporte sobre el funcionamiento y aplicaciones de los procesos cíclicos y no cíclicos Realiza una investigación sobre las aplicaciones de la energía en el área de ingeniería.
Total
Evidencias (EC, EP, ED, EA)
Hrs.
EP: Concepto de estado, sustancia pura. Coordenadas termodinámicas y fases EC: Diagramas de fase, punto triple y punto critico y titulo de calidad. ED: Regiones del diagrama y cambio de fases.
1.0
1.5 1.5
EC: Diagramas presiónvolumen, presión-entalpía, aplicación de tablas de propiedades termodinámicas.
1.5
EC: Calor especifico a presión constante, calor especifico a volumen constante.
1.0
EC, ED, EP: Capacidad térmica y calor especifico
7.5
EP: Primera ley para procesos cíclicos y no cíclicos
1.5
EP: Definición de energía almacenada y su naturaleza:
2.5
ED: Primera ley de la termodinámica para sistemas abiertos y cerrados.
2.0
EC: Primera ley para evaluar el rendimiento.
2.0
Realiza una investigación y reportar conclusiones sobre los axiomas.
EP: Axiomas de Clausius y Kelvin-Planck.
1.5
Realiza una exposición de un ejemplo de procesos reversible o irreversible.
EC, ED: Procesos reversibles e irreversibles.
2.0
Resuelve problemas de aplicación que involucren el ciclo de Carnot y Carnot inverso.
EC: Ciclo de Carnot y Carnot inverso.
2.5
Resuelve problemas en clase de sistemas cerrados y abiertos.
8
Unidades de Aprendizaje
Resultados de Aprendizaje Emplea la desigualdad de Clausius para indicar si un ciclo dado en reversible e irreversible Analiza la definición de entropía y usa las ecuaciones aplicables para calcular los cambios de entropía en los procesos Interpreta y analiza los procesos del ciclo Otto y realiza los cálculos para la obtención de la eficiencia.
Criterios de Desempeño La persona es competente cuando:
Transferencia de calor
Enumera y reconoce los procesos de los ciclos Diesel, Brayton y Rankine y realiza los cálculos para la obtención de la eficiencia.
Identifica las leyes que gobiernan la transferencia de calor por conducción y su aplicación en casos prácticos.
Hrs.
Realiza un reporte con 10 ejemplos indicando si los ciclos involucrados son reversibles o irreversibles.
EP: Desigualdad de Clausius
2.0
Resuelve problemas de aplicación utilizando la ecuación para cambio de entropía y de requerirse utiliza diagramas T-S y H-S.
EC: Cambio de entropía. Diagramas temperaturaentropía; entalpía-entropía.
1.0
Analiza y resuelve problemas de aplicación que involucren el ciclo Otto.
EC: Ciclo Otto de aire estándar.
2
EC: Ciclo Diesel de aire estándar.
2
Interpreta y resuelve problemas de aplicación que involucren el ciclo Diesel. Ciclos termodinámicos de potencia
Total
Evidencias (EC, EP, ED, EA)
Resuelve problemas de aplicación que involucren el ciclo Brayton y Brayton con regeneración.
EC, ED: Ciclo Brayton y Brayton con regeneración
2
Analiza y resuelve problemas de aplicación que involucren el ciclo Rankine.
EC: Ciclo Rankine.
2
Realiza la practica 3 “Cálculo de calor en una caldera”, elabora un reporte con marco teórico y cálculos
EC, ED, EP: Cálculo de calor en una caldera
6
Resuelve problemas de aplicación que involucren transferencia de calor por conducción
EC, ED: Transferencia de calor por conducción.
3
9
Unidades de Aprendizaje
Resultados de Aprendizaje Reconoce las leyes aplicables a la transferencia de calor por convección en diferentes sistemas. Identifica las leyes que gobiernan la transferencia de calor por radiación y su aplicación en el área de Ingeniería Mecatrónica. Reconoce los mecanismos de transferencia de calor en diferentes procesos.
Criterios de Desempeño La persona es competente cuando:
Analiza y Resuelve problemas que impliquen transferencia de calor por convección.
Realiza una investigación y una exposición sobre transferencia de calor por radiación. Realiza la practica 4 “Transferencia de calor”, elabora un reporte con marco teórico y cálculos Diseña y construye un proyecto de aplicación de transferencia de calor aplicado a Ing. Mecatrónica
Total
Evidencias (EC, EP, ED, EA)
Hrs.
EC, ED: Transferencia de calor por convección
EC, ED: Transferencia de calor por radiación
3
3
EC, ED, EP: Transferencia de calor
7.5
EC, ED, EP: Mecanismos combinados de transferencia de calor.
12
10
PLANEACIÓN DEL APRENDIZAJE PLANEACIÓN DEL APRENDIZAJE
Resultados de Aprendizaje
Criterios de Desempeño Entiende los fundamentales termodinámica.
Identifica los conceptos básicos de la termodinámica
Analiza el comportamiento de los gases ideales.
conceptos de la
Resuelve problemas en clase que involucren conceptos fundamentales de la termodinámica.
Resuelve Problemas que involucren cálculos con leyes de gases ideales.
Evidencias (EP, ED, EC, EA) EC: Definición de termodinámica e Importancia de la energía. ED: Definición de estado, proceso, trayectoria, ciclo, sistema, propiedad extensiva, propiedad intensiva, propiedad específica, densidad, volumen, volumen especifico, temperatura, escalas de medición de temperatura, presión manométrica, atmosférica y de vacío. EC: Gases ideales y ecuaciones de estado. Leyes de Boyle, Charles, Gay-Lussac. Leyes de Dalton, Amagat, Avogadro y Factor de comprensibilidad.
Instrumento de evaluación.
Técnicas de aprendizaje
Lista de cotejo, Evaluación oral y Cuestionario
Exposición del Profesor
Lista de cotejo y Cuestionario
Lista de cotejo, Evaluación oral y Cuestionario
Espacio educativo Aula
Lab.
otro
Total de horas Teoría Práctica HP
HNP
HP
HNP
X
1.0
0
0
0
Solución de ejercicios en clase
X
2.0
0
0
0
Exposición del Profesor
X
2.0
0
0
0
11
Resultados de Aprendizaje
Instrumento de evaluación.
Técnicas de aprendizaje
Lista de cotejo y Cuestionario
Práctica mediante la acción
Plantea y resuelve problemas de trabajo en diferentes sistemas.
EC: Formas de energía, energía potencial, cinética e interna. Concepto de trabajo y calor. Trabajo en sistemas térmicos, cerrados y abierto
Lista de cotejo, Evaluación oral y Cuestionario
Solución de ejercicios en clase
Realiza la practica 1 “Determinación del trabajo por medio de una curva p-v”, elabora un reporte con marco teórico y cálculos
EC, ED, EP: Determinación del trabajo por medio de una curva pv
Evaluación Práctica
Práctica mediante la acción
Criterios de Desempeño
Elabora un reporte donde explica las formas de la energía.
Identifica los tipos de energía y las diferencias entre el trabajo y el calor, así como su relación en los sistemas
Identifica las coordenadas termodinámicas y fases de una sustancia pura
Elabora un reporte sobre sustancia pura, fases y coordenadas termodinámicas. Resuelve problemas de titulo de calidad y cambio de fases.
Identifica los puntos importantes del diagrama de fases.
Evidencias (EP, ED, EC, EA) EP: Principio de conservación de la masa, y la conservación de la energía.
EP: Concepto de estado, sustancia pura. Coordenadas termodinámicas y fases EC: Diagramas de fase, punto triple y punto critico y titulo de calidad. ED: Regiones del diagrama y cambio de fases.
Espacio educativo Aula
Lab.
HP
HNP
HP
HNP
X
1.5
0
0
0
X
4.0
0
0
0
0
0
4.0
2
X
otro
Total de horas Teoría Práctica
X
Lista de cotejo y Cuestionario
Práctica mediante la acción
X
1.0
0
0
0
Lista de cotejo, Evaluación oral y Cuestionario
Solución de ejercicios en clase
X
1.5
0
0
0
Lista de cotejo y Cuestionario
Solución de ejercicios en clase
X
1.5
0
0
0
12
Resultados de Aprendizaje Analiza los diagramas y utiliza las tablas de propiedades termodinámicas Explica las definiciones del calor especifico a p=cte. Y a v=cte y la forma de calcularlo.
Aplica la primera ley de la termodinámica en el análisis de procesos cíclicos
Aplica la primera ley de la termodinámica en el análisis de sistemas cerrados y abiertos.
Criterios de Desempeño Analiza diagramas y utiliza las tablas de propiedades termodinámicas en la resolución de problemas. Resuelve problemas que involucren cálculos de calores específicos. Realiza la practica 2 “Capacidad térmica y calor especifico”, elabora un reporte con marco teórico y cálculos Realiza un reporte sobre el funcionamiento y aplicaciones de los procesos cíclicos y no cíclicos Realiza una investigación sobre las aplicaciones de la energía en el área de ingeniería.
Resuelve problemas en clase de sistemas cerrados y abiertos.
Evidencias (EP, ED, EC, EA) EC: Diagramas presiónvolumen, presiónentalpía, aplicación de tablas de propiedades termodinámicas. EC: Calor especifico a presión constante, calor especifico a volumen constante. EC, ED, EP: Capacidad térmica y calor especifico
EP: Primera ley para procesos cíclicos y no cíclicos
EP: Definición de energía almacenada y su naturaleza: ED: Primera ley de la termodinámica para sistemas abiertos y cerrados. EC: Primera ley para evaluar el rendimiento.
Instrumento de evaluación.
Técnicas de aprendizaje
Lista de cotejo, Evaluación oral y Cuestionario
Solución de ejercicios en clase
Lista de cotejo, Evaluación oral y Cuestionario
Solución de ejercicios en clase
Evaluación Práctica
Práctica mediante la acción
Espacio educativo Aula
Lab.
HP
HNP
HP
HNP
X
1.5
0
0
0
X
1.0
0
0
0
0
0
3.5
4.0
X
otro
Total de horas Teoría Práctica
X
Lista de cotejo y Cuestionario
Práctica mediante la acción
X
1.5
0
0
0
Lista de cotejo y Cuestionario
Práctica mediante la acción
X
2.5
0
0
0
Solución de ejercicios en clase
X
4.0
0
0
0
Lista de cotejo y Cuestionario
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Resultados de Aprendizaje
Analiza los axiomas y sus consecuencias.
Compara las diferencias entre los procesos reversibles e irreversibles. Analiza el ciclo de Carnot y Carnot inverso y resolver problemas relacionados con estos ciclos Emplea la desigualdad de Clausius para indicar si un ciclo dado en reversible e irreversible
Criterios de Desempeño
Evidencias (EP, ED, EC, EA)
Instrumento de evaluación.
Técnicas de aprendizaje
Espacio educativo Aula
Lab.
otro
Total de horas Teoría Práctica HP
HNP
HP
HNP
Realiza una investigación y reportar conclusiones sobre los axiomas.
EP: Axiomas de Clausius y Kelvin-Planck.
Lista de cotejo y Cuestionario
Práctica mediante la acción
X
1.5
0
0
0
Realiza una exposición de un ejemplo de procesos reversible o irreversible.
EC, ED: Procesos reversibles e irreversibles.
Lista de cotejo, Evaluación oral y Cuestionario
Práctica mediante la acción
X
2.0
0
0
0
EC: Ciclo de Carnot y Carnot inverso.
Lista de cotejo, Evaluación oral y Cuestionario
Solución de ejercicios en clase
X
2.5
0
0
0
Lista de cotejo y Cuestionario
Práctica mediante la acción
X
2.0
0
0
0
Resuelve problemas de aplicación que involucren el ciclo de Carnot y Carnot inverso.
Realiza un reporte con 10 ejemplos indicando si los ciclos involucrados son reversibles o irreversibles.
EP: Desigualdad Clausius
de
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Resultados de Aprendizaje Analiza la definición de entropía y usa las ecuaciones aplicables para calcular los cambios de entropía en los procesos utilizando Interpreta y analiza los procesos del ciclo Otto y realiza los cálculos para la obtención de la eficiencia.
Criterios de Desempeño Resuelve problemas de aplicación utilizando la ecuación para cambio de entropía y de requerirse utiliza diagramas T-S y H-S.
Analiza y resuelve problemas de aplicación que involucren el ciclo Otto.
Interpreta y resuelve problemas de aplicación que involucren el ciclo Diesel.
Enumera y reconoce los procesos de los ciclos Diesel, Brayton y Rankine y realiza los cálculos para la obtención de la eficiencia.
Resuelve problemas de aplicación que involucren el ciclo Brayton y Brayton con regeneración.
Analiza y resuelve problemas de aplicación que involucren el ciclo Rankine. Realiza la practica 3 “Cálculo de calor en una caldera”, elabora un reporte con marco teórico y cálculos
Instrumento de evaluación.
Técnicas de aprendizaje
EC: Cambio de entropía. Diagramas temperaturaentropía; entalpíaentropía.
Lista de cotejo, Evaluación oral y Cuestionario
Solución de ejercicios en clase
EC: Ciclo Otto de aire estándar.
Lista de cotejo, Evaluación oral y Cuestionario
Evidencias (EP, ED, EC, EA)
EC: Ciclo Diesel de aire estándar.
EC, ED: Ciclo Brayton y Brayton con regeneración
EC: Ciclo Rankine.
EC, ED, EP: Cálculo de calor en una caldera
Espacio educativo Aula
Lab.
HP
HNP
HP
HNP
X
1.0
0
0
0
Exposición por el profesor Solución de ejercicios en clase
X
2.0
0
0
0
Lista de cotejo, Evaluación oral y Cuestionario
Solución de ejercicios en clase
X
2.0
0
0
0
Lista de cotejo, Evaluación oral y Cuestionario
Práctica mediante la acción
X
2.0
0
0
0
Lista de cotejo, Evaluación oral y Cuestionario
Solución de ejercicios en clase
X
2.0
0
0
0
Evaluación Práctica
Práctica mediante la acción
0
0
4
2.0
X
otro
Total de horas Teoría Práctica
X
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Resultados de Aprendizaje Identifica las leyes que gobiernan la transferencia de calor por conducción y su aplicación en casos prácticos. Reconoce las leyes aplicables a la transferencia de calor por convección en diferentes sistemas.
Identifica las leyes que gobiernan la transferencia de calor por radiación y su aplicación en el área de Ingeniería mecatrónica.
Criterios de Desempeño
Evidencias (EP, ED, EC, EA)
Instrumento de evaluación.
Espacio educativo
Técnicas de aprendizaje
Aula
Lab.
otro
Total de horas Teoría Práctica HP
HNP
HP
HNP
Resuelve problemas de aplicación que involucren transferencia de calor por conducción
EC, ED: Transferencia de calor por conducción.
Lista de cotejo, Evaluación oral y Cuestionario
Solución ejercicios clase
de en
X
3
0
0
0
Analiza y Resuelve problemas que impliquen transferencia de calor por convección.
EC, ED: Transferencia de calor por convección
Lista de cotejo, Evaluación oral y Cuestionario
Solución ejercicios clase
de en
X
3
0
0
0
Lista de cotejo, Evaluación oral y Cuestionario
Solución ejercicios clase
de en
X
3
0
0
0
0
0
4.0
3.5
2
0
10
0
Realiza una investigación y una exposición sobre transferencia de calor por radiación. Realiza la practica 4 “Transferencia de calor”, elabora un reporte con marco teórico y cálculos
Reconoce los mecanismos de Diseña y construye un proyecto de transferencia de calor aplicación de transferencia de en diferentes calor aplicado a Ing. Mecatrónica procesos.
EC, ED: Transferencia de calor por radiación EC, ED, EP: Transferencia de calor
EC, ED, EP: Mecanismos combinados de transferencia de calor.
Evaluación Práctica
Lista de cotejo Evaluación práctica
Práctica mediante la acción Práctica mediante acción
X
la
X
X
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LINEAMIENTOS DE EVALUACIÓN Los lineamientos de evaluación pueden variar dependiendo de las políticas de evaluación de cada Universidad. La evaluación será por evidencias EVIDENCIAS DESEMPEÑO PRODUCTO CONOCIMIENTOS Participación en el aula. Reporte de investigación 1er Parcial UA 1, y 2 Resolución de ejercicios Ejercicios resueltos 2do Parcial UA 3 y 4 Explicación de tareas
Examen final Todas las unidades
Lluvia de ideas Aplicación adecuada de procedimientos. Usar una metodología (cuando aplique) Uso adecuado de las herramientas Responsabilidad Asistencia Entrega de trabajos en tiempo y forma Trabajo en equipo Orden y limpieza Honestidad Disciplina y respeto Uso adecuado de instalaciones No ingerir alimentos en lugar de trabajo Uso adecuado de inmobiliario La evaluación de cada evidencia será mediante un instrumento de evaluación La Evaluación Integradora puede ser la recopilación de evidencias no alcanzadas o Evaluación Departamental, la cual evalúa que se ha alcanzado el objetivo general de la asignatura. El Proyecto Integrador puede ser la presentación, el reporte y armado de un proyecto final que involucre los conocimientos adquiridos que puede ser evaluado junto al profesor titular con otros profesores que le den una vista objetiva al proyecto.
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DESARROLLO DE PRÁCTICA
DESARROLLO DE PRACTICA
Nombre de la asignatura:
Fecha: TERMODINÁMICA Y TRANSFERENCIA DE CALOR
Determinación del trabajo por medio de una curva p-v Nombre: Número :
1
Duración (horas) :
7.5
Resultado El alumno determinara el trabajo que se realiza para comprimir una cierta cantidad de de aire. aprendizaje: Al determinar el trabajo en diferentes sistemas se pueden determinar las condiciones Justificación adecuada de trabajo y eficientizar procesos. Sector o subsector para el desarrollo de la práctica: Sector Industrial Actividades a desarrollar: 1. Con la jeringa, agregue al tubo del manómetro 1 mm de mercurio para lograr tener las dos ramas del manómetro con el mismo nivel de mercurio. En la rama del tubo que esta cerrada tenemos aire confinado, medir el volumen inicial cuando las dos ramas están en el mismo nivel, o sea cuando la presión manométrica es igual a cero. 2. Agregue 0.5 mm de mercurio y medir la presión manométrica. 3. Efectué ocho mediciones mas, midiendo los cambios de volumen y presión. Evidencia a generar en el desarrollo de la práctica ED: Determinación del trabajo por medio de una curva curva pp-v EC, EP: Elabora y entrega el reporte reporte de la práctica EC, ED, EP: EP: El alumno desarrolla en el laboratorio un proyecto de investigación de temas afines a la finales es unidad en curso, incluso puede ser el avance y construcción de prototipos para proyectos final
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DESARROLLO DE PRACTICA
Nombre de la asignatura:
Fecha: TERMODINÁMICA Y TRANSFERENCIA DE CALOR
Nombre:
Capacidad térmica y calor especifico
Número :
2
Resultado de aprendizaje:
El alumno comprobará experimentalmente experimentalmente el primer principio de termodinámica, e identificará los conceptos de calorimetría, termómetro y calor específico, específico, por medio de la práctica. Al comprobar el primer principio de la termodinámica se puede reconocer la cantidad de energía que existe en los procesos
Justificación
Duración (horas) :
7.5
Sector o subsector para el desarrollo de la práctica: Sector Industrial Actividades a desarrollar: 1. Pesar el calorímetro 2. Pesar el calorímetro con agua 3. Sacamos el peso del agua 4. Sacamos de la tabla el Calor Especifico del agua y de cada metal 5. Pesamos los dos metales 6. Tomamos la temperatura ambiente 7. Tomamos la temperatura del agua hirviendo 8. Calentamos los dos metales en agua hirviendo y luego los trasladamos al calorímetro tomamos la temperatura 9. Hicimos una tabla de datos 10. Calculamos el calor especifico de los metales El experimento lo realizamos tres veces con cada uno de los metales Evidencia a generar en el desarrollo de la práctica: ED: Capacidad térmica y calor especifico EC, EP: Elabora y entrega el reporte de la práctica práctica EC, ED, EP: El alumno desarrolla en el laboratorio un proyecto de investigación de temas afines a la unidad en curso, incluso puede ser el avance y construcción de prototipos para proyectos finales
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DESARROLLO DE PRACTICA
Fecha: TERMODINÁMICA Y TRANSFERENCIA DE CALOR Nombre de la asignatura: Nombre:
Cálculo de calor en una caldera
Número :
Duración (horas) :
3
7.5
Resultado de aprendizaje:
El alumno determinará experimentalmente la cantidad de calor suministrado por una caldera para un sistema cerrado y un sistema abierto.
Justificación
Al determinar la cantidad de calor en una caldera se aplican la primera y segunda ley de la termodinámica
Sector o subsector para el desarrollo de la práctica: Sector Industrial Actividades a desarrollar: Sistema cerrado.cerrado.- Se denomina así al proceso de generación de vapor antes de que se abra la válvula de paso para consumo del vapor. •
Primeramente se deberá identificar cada uno de los equipos de la planta de vapor.
•
Luego antes de iniciar la práctica se deberán tomar los datos iniciales del estado de la planta de vapor.
•
Se pasa al encendido de la caldera
•
Después de 20 minutos se pasa a tomar los primeros datos de la presión de la caldera; y se continúa cada 5 minutos hasta que la caldera alcance su presión de trabajo.
Sistema Abierto.Abierto.- Se caracteriza porque ya se empieza a consumir el vapor generado, para esto: •
Se hace circular agua a atemperar en el intercambiador
•
Una vez que la caldera alcanza su presión de trabajo se abre la válvula de paso de vapor al intercambiador.
20
•
Controlar con la llave de paso de vapor que la presión de trabajo no supere el límite máximo de la caldera para que no se apague la llama del quemador.
•
Trabajar de este modo entre 20 a 30 minutos. Y calcular datos cada 5 minutos.
Evidencia a generar en el desarrollo de la práctica: ED: Cálculo de calor en una caldera EC, EP: Elabora y entrega el reporte de la práctica EC, ED, EP: El alumno desarrolla en el laboratorio un proyecto de investigación de temas afines a la unidad en curso, incluso puede ser el avance y construcción de prototipos para proyectos finales
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DESARROLLO DE PRACTICA
Fecha: Nombre de la asignatura:
TERMODINÁMICA Y TRANSFERENCIA DE CALOR
Transferencia de calor Nombre: Número :
Duración 4 (horas) : 7.5 El alumno analizara la transferencia de calor a través de una pared metálica.
Resultado de aprendizaje: Al analizar la transferencia de calor en paredes de diferentes materiales se Justificación aplican las ecuaciones de radiación, conducción y convección según sea el caso, lo que hace un enlace directo entre la teoría y los casos prácticos. Sector o subsector para el desarrollo de la práctica: Sector Industrial Actividades a desarrollar: 1. Corte las tres placas metálicas de tal forma que embonen como tapa en la caja de madera. Es importante que no existan huecos por donde se escape el calor. 2. Coloque una placa en la caja. 3. Coloque el foco dentro de la caja sacando el cable por la parte trasera por un pequeño orificio. 4. Realice una perforación cercana a la pared interna metálica de la caja (Por esa perforación se introduce el termómetro para tomar la temperatura Tc en el interior de la caja). 5. Coloque el termómetro a 0.5 cm. de la placa por la parte exterior para leer la Tf. Repita el mismo procedimiento para cada placa. Evidencia a generar en el desarrollo de la práctica: ED: Transferencia de calor EC, EP: Elabora y entrega el reporte de la práctica EC, ED, EP: El alumno desarrolla en el laboratorio un proyecto de investigación de temas afines a la unidad en curso, incluso puede ser el avance y construcción de prototipos para proyectos finales
22
MÉTODO DE EVALUACIÓN
EVALUACIÓN Unidades de aprendizaje
Resultados de aprendizaje
Enfoque: (DG)Diagnóstica, (FO) Formativa, (SU) Sumativa
Técnica
Instrumento
Total de horas
DG FO
Exposición del Profesor
Lista de cotejo, Evaluación oral y Cuestionario
1.0
FO SU
Solución de ejercicios en clase
Lista de cotejo y Cuestionario
1.5
Identifica los conceptos básicos de la termodinámica
Conceptos básicos de termodinámica
Analiza el comportamiento de los gases ideales.
Identifica los tipos de energía y las diferencias entre el trabajo y el calor, así como su relación en los sistemas
DG FO
FO SU
Práctica mediante la acción
FO SU
Solución de ejercicios en clase
Sustancias puras
Lista de cotejo, Evaluación oral y Cuestionario Lista de cotejo y Cuestionario
1.0
1.5
Lista de cotejo, Evaluación oral y Cuestionario
2.0
Práctica mediante la acción
Evaluación Práctica
7.5
FO SU
Práctica mediante la acción
Lista de cotejo y Cuestionario
1.0
DG FO
Solución de ejercicios en clase
Lista de cotejo, Evaluación oral y Cuestionario
1.5
SU
Identifica las coordenadas termodinámicas y fases de una sustancia pura
Exposición del Profesor
23
FO
Analiza los diagramas y utiliza las tablas de propiedades termodinámicas
Explica las definiciones del calor especifico a p=cte. Y a v=cte y la forma de calcularlo.
FO
FO
SU
Aplica la primera ley de la termodinámica en el análisis de procesos cíclicos Primera ley de la termodinámica
Aplica la primera ley de la termodinámica en el análisis de sistemas cerrados y abiertos.
Analiza los axiomas y sus consecuencias.
Segunda ley de la termodinámica y entropía
Compara las diferencias entre los procesos reversibles e irreversibles. Analiza el ciclo de Carnot y Carnot inverso y resolver problemas relacionados con estos ciclos Emplea la desigualdad de Clausius para indicar si un ciclo dado en
Solución de ejercicios en clase
Lista de cotejo y Cuestionario
Solución de ejercicios en clase
Lista de cotejo, Evaluación oral y Cuestionario
1.5
Lista de cotejo, Evaluación oral y Cuestionario
1.0
Solución de ejercicios en clase Práctica mediante la acción
1.5
Evaluación Práctica
7.5
FO SU
Práctica mediante la acción
Lista de cotejo y Cuestionario
1.5
FO SU
Práctica mediante la acción
Lista de cotejo y Cuestionario
2.5
Solución de ejercicios en clase
Lista de cotejo y Cuestionario
4.0
FO SU
Práctica mediante la acción
Lista de cotejo y Cuestionario
1.5
FO SU
Práctica mediante la acción
Lista de cotejo, Evaluación oral y Cuestionario
2.0
Lista de cotejo, Evaluación oral y Cuestionario
2.5
FO
FO
FO SU
Solución de ejercicios en clase
Práctica mediante la acción
Lista de cotejo y Cuestionario
2.0
24
reversible e irreversible Analiza la definición de entropía y usa las ecuaciones aplicables para calcular los cambios de entropía en los procesos Interpreta y analiza los procesos del ciclo Otto y realiza los cálculos para la obtención de la eficiencia.
FO
DG FO
FO Ciclos termodinámicos de potencia
Enumera y reconoce los procesos de los ciclos Diesel, Brayton y Rankine y realiza los cálculos para la obtención de la eficiencia.
FO SU DG FO SU
Transferencia de calor
Identifica las leyes que gobiernan la transferencia de calor por conducción y su aplicación en casos prácticos. Reconoce las leyes aplicables a la transferencia de calor por convección en diferentes sistemas. Identifica las leyes que gobiernan la transferencia de calor por radiación y su aplicación en el área de Ingeniería Mecatrónica. Reconoce los mecanismos de transferencia de calor en diferentes procesos.
DG FO
DG FO
Solución de ejercicios en clase
Exposición por el profesor Solución de ejercicios en clase Solución de ejercicios en clase Práctica mediante la acción Solución de ejercicios en clase Evaluación Práctica Solución de ejercicios en clase
Solución de ejercicios en clase
Lista de cotejo, Evaluación oral y Cuestionario
1.0
Lista de cotejo, Evaluación oral y Cuestionario
1.5
Lista de cotejo, Evaluación oral y Cuestionario
1.5
Lista de cotejo, Evaluación oral y Cuestionario
1.5
Lista de cotejo, Evaluación oral y Cuestionario Evaluación Práctica
2.0 7.5
Lista de cotejo, Evaluación oral y Cuestionario
2.0
Lista de cotejo, Evaluación oral y Cuestionario
2.0
DG FO
Solución de ejercicios en clase
Lista de cotejo, Evaluación oral y Cuestionario
1.5
SU
Práctica mediante la acción
Evaluación Práctica
7.5
SU
Evaluación Práctica
Lista de cotejo Evaluación práctica
2.5
25
INSTRUMENTOS DE EVALUACIÓN CONCEPTOS CONCEPTOS BASICOS DE TERMODINAMICA (TM0101) TM0101) CUESTIONARIO
DATOS GENERALES DEL PROCESO DE EVALUACIÓN NOMBRE DEL ALUMNO
MATRICULA: FECHA:
NOMBRE DE LA ASIGNATURA,
CÓDIGO Y TÍTULO DE LA ASIGNATURA, CUATRIMESTRE O CICLO DE FORMACIÓN
Sexto Cuatrimestre
TERMODINÁMICA Y TRANSFERENCIA DE CALOR NOMBRE DEL EVALUADOR
INSTRUCCIONES Estimado usuario: • •
•
Usted tiene en las manos un instrumento de evaluación que permitirá fundamentar las actividades que ha demostrado a través de su desempeño o en la entrega de sus productos. Conteste los siguientes planteamientos de manera clara. Le recordamos tomar el tiempo necesario para contestar y desarrollar su contenido.
CÓDIGO
ASPECTO Defina de la manera mas adecuada los siguientes conceptos
TM0101 TM01010101-01
A) Termodinámica e Importancia de la energía: _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ B) Estado, proceso, trayectoria, ciclo, sistema: _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ C) Propiedad extensiva, propiedad intensiva, propiedad específica: _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ D) Densidad, volumen, volumen especifico, temperatura: _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ D) Escalas de medición de temperatura, presión manométrica, atmosférica y de vacío.___ _________________________________________________________________________________ ____________________ CUMPLE :
SI
NO
26
CONCEPTOS BASICOS DE TERMODINAMICA (TM0102) CUESTIONARIO
DATOS GENERALES DEL PROCESO DE EVALUACIÓN NOMBRE DEL ALUMNO
MATRICULA: FECHA:
NOMBRE DE LA ASIGNATURA
CÓDIGO Y TÍTULO DE LA ASIGNATURA, CUATRIMESTRE O CICLO DE FORMACIÓN
TERMODINÁMICA Y TRANSFERENCIA DE CALOR
Sexto Cuatrimestre
NOMBRE DEL EVALUADOR
INSTRUCCIONES Estimado usuario: • •
•
Usted tiene en las manos un instrumento de evaluación que permitirá fundamentar las actividades que ha demostrado a través de su desempeño o en la entrega de sus productos. Conteste los siguientes planteamientos de manera clara. Le recordamos tomar el tiempo necesario para contestar y desarrollar su contenido.
CÓDIGO
ASPECTO 1.- La temperatura de un cilindro cerrado que contiene aire a 25° C y con una presión de 760 mm Hg se eleva a 100° C. ¿Cuál es la nueva presión? 2.- Un neumático de automóvil tiene un volumen de 0.0165 m3 cuando se infla a una presión manométrica de 165 kPa a 0° C. ¿Cuál es la masa del aire dentro del neumático?¿Cual es la nueva presión cuando la temperatura se eleva a 2° C y el volumen del neumático es de 0.0168 m3? Suponga que la presión atmosférica es de 100 kPa.
TM01020102-01
3.- Una habitación mide 5m X 6m X 4m. ¿Cuál es la masa de aire contenida en la habitación si la temperatura es de 20° C y la presión es de 1 atm. 4.- Se almacena oxigeno a 200 bar en un recipiente de acero a 27° C. La capacidad del recipientes de 0.05 m3. Si se supone que el oxigeno es un gas perfecto, calcule la masa del oxigeno almacenada en el recipiente. El recipiente esta protegido contra la presión excesiva mediante un tapón fusible que se fundirá si la temperatura se eleva a cierto nivel. ¿A que temperatura debe fundirse el tapón para limitar la presión del recipiente a 250 bar? CUMPLE :
SI
NO
27
FUNDAMENTOS DE HIDROSTATICA (TMF0103) MF0103) CUESTIONARIO
DATOS GENERALES DEL PROCESO DE EVALUACIÓN NOMBRE DEL ALUMNO
MATRICULA: FECHA:
NOMBRE DE LA ASIGNATURA
CÓDIGO Y TÍTULO DE LA ASIGNATURA, CUATRIMESTRE O CICLO DE FORMACIÓN
TERMODINÁMICA Y TRANSFERENCIA DE CALOR
Sexto Cuatrimestre
NOMBRE DEL EVALUADOR
INSTRUCCIONES Estimado usuario: • •
•
Usted tiene en las manos un instrumento de evaluación que permitirá fundamentar las actividades que ha demostrado a través de su desempeño o en la entrega de sus productos. Conteste los siguientes planteamientos de manera clara. Le recordamos tomar el tiempo necesario para contestar y desarrollar su contenido.
CÓDIGO
ASPECTO ASPECTO 1.- Hay una persona levantando una carga de 150 N con ayuda de una polea sencilla. El hombre levanta la carga lentamente una distancia de 0.6 m. Se puede suponer que la polea carece de fricción y que la cuerda no es elástica. a) Si el sistema se define como todo lo que hay dentro del conjunto (el hombre, la polea, la carga, y todo), ¿Cuál es el trabajo realizado por el sistema? b) Suponga ahora que solo el hombre es el sistema. ¿Cuál es el trabajo realizado por el sistema? c) Si la carga se define como el sistema, ¿Cual es el trabajo realizado? Haga los dibujos apropiados que indiquen con claridad la frontera del sistema en cada caso.
TM0 TM0103 103-01
2.- Un alambre de 10 mts. de largo se estira a una distancia de 3 cm. La tensión en el alambre varia de acuerdo a la expresión f = 1.5(L2-100)N, donde L es longitud del alambre en mts. Calcule el trabajo realizado por el alambre 3.- ¿Cuál es el trabajo mínimo requerido para aumentar en 20 m2 el área de superficie de la glicerina liquida cuando la superficie esta en contacto con aire?
CUMPLE :
SI
NO
28
SUSTANCIAS PURAS (TM0104 0104) CUESTIONARIO
DATOS GENERALES DEL PROCESO DE EVALUACIÓN NOMBRE DEL ALUMNO
MATRICULA: FECHA:
NOMBRE DE LA ASIGNATURA
CÓDIGO Y TÍTULO DE LA ASIGNATURA, CUATRIMESTRE O CICLO DE FORMACIÓN
TERMODINÁMICA Y TRANSFERENCIA DE CALOR
Sexto Cuatrimestre
NOMBRE DEL EVALUADOR
INSTRUCCIONES Estimado usuario: • •
•
Usted tiene en las manos un instrumento de evaluación que permitirá fundamentar las actividades que ha demostrado a través de su desempeño o en la entrega de sus productos. Conteste los siguientes planteamientos de manera clara. Le recordamos tomar el tiempo necesario para contestar y desarrollar su contenido.
CÓDIGO
ASPECTO 1.- ¿Determine la fase o fases en un sistema constituido por H2O en las condiciones siguientes y localice los estados sobre diagramas p-v y T-v adecuadamente caracterizados. a) p= 500 kPa, T= 200° C b) p= 5MPa, T= 264° C c) T= 180° C, p= 0.9 MPa d) p= 20 MPa, T= 100° C e) T= -10°C, p=1.0 kPa.
TM0104 0104-01
2.- Represente la relación presión-temperatura para mezclas bifásicas liquido-vapor del refrigerante 134ª en el rango de temperaturas de -40 a 100° C, con la presión en kPa y la temperatura en ° C. Utilice una escala logarítmica para la presión y una lineal para la temperatura.
3.-Cinco kg de vapor de agua saturados están contenidos en un depósito rígido a una presión inicial de 4 bar. La presión del agua cae a 20 bar como consecuencia de la cesión de calor ambiente. Determínese el volumen del depósito, en m3, y el titulo del estado final.
4.- Calcule la entalpía específica en kJ/kg, del agua a 100° C y a 15 MPa de presión.
5.- En un sistema cilindro-pistón se caliente vapor de agua a temperatura constante igual a 400° F desde la presión de saturación hasta una presión de 100 lbf/in2. Determínese el trabajo en Btu por lb de vapor de agua. CUMPLE :
SI
NO
29
PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA (TM0105) CUESTIONARIO
DATOS GENERALES DEL PROCESO DE EVALUACIÓN NOMBRE DEL ALUMNO
MATRICULA: FECHA:
NOMBRE DE LA ASIGNATURA
CÓDIGO Y TÍTULO DE LA ASIGNATURA, CUATRIMESTRE O CICLO DE FORMACIÓN
TERMODINÁMICA Y TRANSFERENCIA DE CALOR
Sexto Cuatrimestre
NOMBRE DEL EVALUADOR
INSTRUCCIONES Estimado usuario: • •
•
Usted tiene en las manos un instrumento de evaluación que permitirá fundamentar las actividades que ha demostrado a través de su desempeño o en la entrega de sus productos. Conteste los siguientes planteamientos de manera clara. Le recordamos tomar el tiempo necesario para contestar y desarrollar su contenido.
CÓDIGO
ASPECTO 1.- Un ciclo termodinámico para un sistema cerrado consiste en los procesos I y III. Durante el proceso I, del estado 1 al estado 2, el trabajo hecho por el sistema es de 20 kJ, mientras que el calor añadido al sistema es de 50 kJ. Durante el proceso III, del estado 2 al estado 1, el calor rechazado por el sistema es de 12 kJ. a) Cual es el trabajo hecho por el sistema durante el proceso III? b) ¿Cual es el trabajo neto hecho por el sistema durante el ciclo?
TM010 TM0105 0105-01
2.- Durante un proceso del estado 1 al estado 2 el calor rechazado por un sistema cerrado es de 60 kJ, mientras que el trabajo agregado al sistema es de 75 kJ. ¿Cuál es el cambio en la energía total del sistema durante el proceso?
3.- Un ciclo termodinámico para un sistema cerrado consiste en cinco procesos. El calor agregado al sistema durante los procesos I a V son 12 Btu, 16 Btu, -5Btu, 0Btu y -10Btu, respectivamente. El trabajo hecho por el sistema durante los primero cuatro procesos son 4 Btu, 8 Btu, 5Btu y -4 Btu. a) ¿Cuál es el trabajo hecho por el sistema durante el proceso V? b) ¿Cuál es le trabajo neto hecho por el sistema durante el ciclo? c) ¿Cuál es le trabajo neto hecho por el medio circundante durante el ciclo? d) ¿Cual es el cambio en la energía total del universo durante el ciclo?
30
PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA (TM0106) CUESTIONARIO
DATOS GENERALES DEL PROCESO DE EVALUACIÓN NOMBRE DEL ALUMNO
MATRICULA: FECHA:
NOMBRE DE LA ASIGNATURA
CÓDIGO Y TÍTULO DE LA ASIGNATURA, CUATRIMESTRE O CICLO DE FORMACIÓN
TERMODINÁMICA Y TRANSFERENCIA DE CALOR
Sexto Cuatrimestre
NOMBRE DEL EVALUADOR
INSTRUCCIONES Estimado usuario: • •
•
Usted tiene en las manos un instrumento de evaluación que permitirá fundamentar las actividades que ha demostrado a través de su desempeño o en la entrega de sus productos. Conteste los siguientes planteamientos de manera clara. Le recordamos tomar el tiempo necesario para contestar y desarrollar su contenido.
CÓDIGO
ASPECTO 1.-Es un experimento para determinar el calor específico del agua, un tambor que contiene 0.02 kg de agua se lanza contra un freno que le aplica un par de torsión de frenado de 0.306 Nm. La capacidad térmica del tambor es de 90 J/°K. Después de que el tambor ha girado 110 revoluciones, se encontró que la elevación de la temperatura del agua y el tambor fue de 1.23 ° C. Determine: a) El trabajo hecho sobre el sistema que comprende el tambor y el agua. b) El calor especifico del agua.
TM0106M0106-01
2.- 0.05 kg de aire ha 100 kPa y 300° K se comprimen en un proceso cuasi estático de acuerdo con la ley politropica pVn=cte. La presión final es de 1MPa. Para (i) n=1.4 y (ii) n=1, determine: a) W12 b) Q12 3.- Un objeto de 5000kg que se mueve a 20 m/seg choca contra un embolo en 0.0012 m3 de agua que finalmente lo pone en reposo. ¿Cual es la elevación máxima posible de la temperatura del agua?
CUMPLE :
SI
NO
31
PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA (TM01 TM0107 0107) 07) CUESTIONARIO
DATOS GENERALES DEL PROCESO DE EVALUACIÓN NOMBRE DEL ALUMNO
MATRICULA: FECHA:
NOMBRE DE LA ASIGNATURA
CÓDIGO DE LA ASIGNATURA, CUATRIMESTRE O CICLO DE FORMACIÓN
TERMODINÁMICA Y TRANSFERENCIA DE CALOR
Sexto Cuatrimestre
NOMBRE DEL EVALUADOR
INSTRUCCIONES Estimado usuario: • •
•
Usted tiene en las manos un instrumento de evaluación que permitirá fundamentar las actividades que ha demostrado a través de su desempeño o en la entrega de sus productos. Conteste los siguientes planteamientos de manera clara. Le recordamos tomar el tiempo necesario para contestar y desarrollar su contenido.
CÓDIGO CÓDIGO
ASPECTO 1.- Defina la eficiencia térmica (primera ley) de una maquina de calor. Determine la eficiencia según la primera ley de los siguientes dispositivos o sistemas (suponga que el carbón tiene un valor de calentamiento de 33500 kJ/kg). a) Un conjunto de maquinas de vapor de agua Newcomen produce 2.08 kWh de trabajo mientras consume 37.5 kg de carbón. b) Una estación de energía alimentada con carbón genera 2000 MW de potencia. El carbón se quema a una velocidad de 8.1X1005 kg/h. c) Una maquina de aceite para un submarino desarrolla 1200 kW. Su velocidad de consumo de combustible es de 5 kg/min. El valor de calentamiento del combustible se puede tomar como 43 500 kJ/kg
TM01 TM0107 010707-01 2.-Defina las eficiencias según la primera ley CDRe y CDRc para una maquina reversible de calor. Calcule CDRe y CDRc para los siguientes valores: a) Qc= 350 W, W= 110W b) Qc= 240 W, EIN= 300 W c) QH= 14 kW, W= 4 kW d) Qc= 1.5 kW, QH= 3 kW 3.-Durante un ciclo de una maquina de calor se agregan al sistema (la maquina) 1000 Btu de calor, mientras que 700 Btu de calor son rechazados por el sistema hacia el entorno. a) ¿Cuál es el trabajo hecho (en ft* lbf) por la maquina de calor? b) ¿Cuál es la eficiencia según la primera ley del ciclo de la maquina de calor? CUMPLE :
SI
NO
32
SEGUNDA LEY DE LA TERMODINAMICA (TM01 TM0108) 0108) CUESTIONARIO
DATOS GENERALES DEL PROCESO DE EVALUACIÓN NOMBRE DEL ALUMNO
MATRICULA: FECHA:
NOMBRE DE LA ASIGNATURA
CÓDIGO DE LA ASIGNATURA, CUATRIMESTRE O CICLO DE FORMACIÓN
TERMODINÁMICA Y TRANSFERENCIA DE CALOR
Sexto Cuatrimestre
NOMBRE DEL EVALUADOR
INSTRUCCIONES Estimado usuario: • •
•
Usted tiene en las manos un instrumento de evaluación que permitirá fundamentar las actividades que ha demostrado a través de su desempeño o en la entrega de sus productos. Conteste los siguientes planteamientos de manera clara. Le recordamos tomar el tiempo necesario para contestar y desarrollar su contenido.
CÓDIGO
ASPECTO 1.- Una maquina Carnot de calor reversible funciona entre 1000 K y 300 K. a) ¿Cual es la eficiencia térmica de la maquina? b) Si se agregan 500 KJ de calor a la maquina a 1000 K, ¿Cuál es la salida de trabajo y cual es el calor rechazado?
TM0108M0108-01
2.-Una maquina de calor de Carnot reversible funciona entre 1200° F y 100° F. a) ¿Cuál es la eficiencia térmica de la maquina? b) Si la maquina rechaza 1600 Btu de calor, ¿Cuál es la salida de trabajo (en ft*lbf) y cual la entrada de calor (en Btu)? 3.-El horno de una caldera, a una temperatura de 1500° C, es la fuente de calor de una planta de energía que rechaza calor hacia un sumidero ha 30° C. ¿Cuál es la máxima eficiencia térmica absoluto que se puede alcanzar? Si la temperatura del ciclo de potencia no debe exceder de 800 K, ¿Cuál es la eficiencia máxima según la primera ley?
CUMPLE :
SI
NO
33
CICLOS TERMODINAMICOS DE POTENCIA (TM01 TM0109) 0109) CUESTIONARIO
DATOS GENERALES DEL PROCESO DE EVALUACIÓN NOMBRE DEL ALUMNO
MATRICULA: FECHA:
NOMBRE DE LA ASIGNATURA
CÓDIGO DE LA ASIGNATURA, CUATRIMESTRE O CICLO DE FORMACIÓN
TERMODINÁMICA Y TRANSFERENCIA DE CALOR
Sexto Cuatrimestre
NOMBRE DEL EVALUADOR
INSTRUCCIONES Estimado usuario: • •
•
Usted tiene en las manos un instrumento de evaluación que permitirá fundamentar las actividades que ha demostrado a través de su desempeño o en la entrega de sus productos. Conteste los siguientes planteamientos de manera clara. Le recordamos tomar el tiempo necesario para contestar y desarrollar su contenido.
CÓDIGO
ASPECTO
34
1.- Una maquina de calor que usa vapor de agua como fluido de trabajo esta diseñada para funcionar idealmente con un ciclo Carnot. La maquina tiene una presión de 10 MPa (100 bar) en la caldera y una presión de 5 KPa (0.05 bar) en el condensador. El ciclo comprende procesos con flujo y w23=0 y W41= 0 ya que el ciclo proporciona los siguientes resultados para el ciclo ideal: Salida de trabajo positivo (w34) = 1015 kJ/kg Trabajo negativo (W12) = -3.87 kJ/kg Entrada de calor al ciclo (q23) = 1318 kJ/kg Para el ciclo Carnot ideal calcule: a) La salida neta de trabajo (w) en kJ/kg b) La razón de trabajo (rw) c) La eficiencia térmica (n ideal) 2.- Una planta de energía de vapor de agua recibe calor de una fuente de calor a razón de 100 MW. La planta opera con una presión de 40 bar (4 MPa) en la caldera y una presión de 0.075 bar en el condensador. TM01090109-01
Si la planta esta diseñada para funcionar idealmente con el ciclo Rankine básico, calcule a) la eficiencia del ciclo b) la razón de trabajo para el ciclo c) la salida de potencia (en MW) de la planta d) Velocidad requerida de flujo masico (en kg/h) del fluido de trabajo e) el consumo especifico de vapor de agua (en kg/kWh) 3.- Una turbina de gas natural usa aire a 1 atm y 300 K. El aire se comprime a 6 atm y la temperatura de ciclo máxima se limita a 1100 K usando una relación grande de aire a combustible. Suponga que la turbina de gas funciona con el ciclo Brayton ideal y que el proceso de calentamiento o combustión equivale a una entrada de energía de 100 MW al aire a una presión de 6 atm. La condición del ambiente esta dada por p0= 1 atm y To= 300 K. Para el ciclo ideal, determine: a) la eficiencia térmica b) la razón de trabajo c) la salida de potencia (en MW) d) la velocidad de flujo de energía (en MW) del gas de descarga que sale de la turbina CUMPLE :
SI
NO
35
TRANFERENCIA DE CALOR (TM0110 M0110) 10) CUESTIONARIO
DATOS GENERALES DEL PROCESO DE EVALUACIÓN NOMBRE DEL ALUMNO
MATRICULA: FECHA:
NOMBRE DE LA ASIGNATURA, CUATRIMESTRE O CICLO DE FORMACIÓN
CÓDIGO Y TÍTULO DE LA ASIGNATURA, CUATRIMESTRE O CICLO DE FORMACIÓN
TERMODINÁMICA Y TRANSFERENCIA DE CALOR
Sexto Cuatrimestre NOMBRE DEL EVALUADOR
INSTRUCCIONES Estimado usuario: • •
•
Usted tiene en las manos un instrumento de evaluación que permitirá fundamentar las actividades que ha demostrado a través de su desempeño o en la entrega de sus productos. Conteste los siguientes planteamientos de manera clara. Le recordamos tomar el tiempo necesario para contestar y desarrollar su contenido.
CÓDIGO
ASPECTO 1.- Una caja de espuma de poliuretano para mantener frías las bebidas tiene un área de pared total de 0.8 m2 y un espesor de pared de 2.0 cm, y esta lleno con hielo, agua y latas a cero grados centígrados. Calcule la cantidad de flujo de calor hacia el interior si la temperatura exterior es de 30 grados centígrados. ¿Cuanto hielo se derrite en un día?
TM0110 TM01100110-01
2.- Una barra de acero de 10 cm de longitud se suelda a tope con una de cobre de 20 cm de longitud. Ambas están perfectamente aisladas por sus costados. Las barras tienen la misma sección transversal cuadrada de 2 cm por lado. El extremo libre de la barra de acero se mantiene a 100 ºC colocándolo en contacto con vapor de agua, y el de la barra de cobre se mantiene a 0 ºC colocándolo en contacto con hielo. Calcule la temperatura en la unión de las dos barras y la razón de flujo total. 3.- Una placa de acero delgada cuadrada de 10 cm por lado se calienta a 800 ºC. Si su emisividad es de 0.60, calcule la razón total de emisión de energía por radiación. CUMPLE :
SI
NO
36
UNIVERSIDAD UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE AGUASCALIENTES INGENIERÍA MECATRÓNICA EVALUACIÓN DE EJERCICIOS LISTA DE COTEJO
DATOS GENERALES DEL PROCESO DE EVALUACIÓN NOMBRE DEL ALUMNO: PRODUCTO:
MATRICULA:
FIRMA DEL ALUMNO:
PARCIAL:
FECHA:
MATERIA:
CLAVE:
NOMBRE DEL MAESTRO:
FIRMA DEL MAESTRO:
INSTRUCCIONES eactivo o el tipo (esencial o En la columna de valor indique de acuerdo al sistema de evaluación de la Universidad la ponderación al rreactivo importante) Revisar las actividades que se solicitan y marque en los apartados “SI” cuando la evidencia se cumple; en caso contrario marque “NO”. En la columna “OBSERVACIONES” mencione indicaciones que puedan ayudar al alumno alumno a saber cuales son las condiciones no cumplidas, si fuese necesario.
Código
CUMPLE
Valor
Característica a cumplir (Reactivo)
10%
Actitudes Realiza las tareas requeridas de acuerdo a lo indicado, manteniendo el orden y pulcritud.
10%
Presentación limpia
20%
Desarrollo. Aplica adecuadamente los procedimientos
20%
Realizó todas las operaciones y despejes correctamente
20%
Aprendizajes. Se alcanzaron al 100% aprendizaje
5%
Funcionalidad. Los valores de las incógnitas a determinar son los correctos.
10%
Habilidades . Trabaja en equipo.
5%
Responsabilidad. Entregó las evidencias en la fecha y hora señalada
OBSERVACIONES
SI
NO
El ejercicio es presentado en forma ordenada y
los resultados de
CALIFICACIÓN:
37
UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE AGUASCALIENTES INGENIERÍA MECATRÓNICA EVALUACIÓN DE PROYECTO INTEGRADOR Y PRÁCTICAS LISTA DE COTEJO
DATOS GENERALES DEL PROCESO DE EVALUACIÓN NOMBRE DEL ALUMNO: PRODUCTO:
MATRICULA:
FIRMA DEL ALUMNO:
PARCIAL:
FECHA:
MATERIA:
CLAVE:
NOMBRE DEL MAESTRO:
FIRMA DEL MAESTRO:
INSTRUCCIONES En la columna de valor indique de acuerdo al sistema de evaluación de la Universidad la ponderación al reactivo o el tipo (esencial (esencial o importante.. Revisar las actividades que se solicitan importante solicitan y marque en los apartados “SI” cuando la evidencia se cumple; en caso contrario marque “NO”. En la columna “OBSERVACIONES” ” mencione indicaciones que puedan ayudar al alumno a saber cuales son las condiciones no cumplidas, si fuese necesario.
Código
Valor
CUMPLE
Característica a cumplir (Reactivo)
OBSERVACIONES
SI
NO
Presentación El reporte cumple con los requisitos de: 10%
10%
a. b. c.
Buena presentación No tiene faltas de ortografía Maneja el lenguaje técnico apropiado. Contenido. El reporte contiene los campos según formato (Número mínimo de cuartillas, antecedentes, justificación, introducción, desarrollo, indicadores de resultados, conclusiones, fuentes bibliográficas, etc.).
10%
Introducción y Objetivo. La introducción y el objetivo dan una idea clara del contenido del reporte.
10%
Sustento Teórico. Presenta un panorama general del tema a desarrollar y lo sustenta con referencias bibliográficas
20%
Desarrollo. Sigue una metodología y sustenta todos los pasos que se realizaron.
20%
Resultados. Resultados Cumplió totalmente con el objetivo esperado
10%
Conclusiones. Las conclusiones son claras y acordes con el objetivo esperado
10%
Responsabilidad. Entregó el reporte en la fecha y hora señalada CALIFICACIÓN:
38
UNIVERSIDAD UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE AGUASCALIENTES INGENIERÍA MECATRÓNICA EVALUACIÓN DEDE DESEMPEÑO DEL ALUMNO GUIA OBSERVACIÓN DATOS GENERALES DEL PROCESO DE EVALUACIÓN NOMBRE DEL ALUMNO: PRODUCTO:
MATRICULA:
FIRMA DEL ALUMNO:
PARCIAL:
FECHA:
MATERIA:
CLAVE:
NOMBRE DEL MAESTRO:
FIRMA DEL MAESTRO:
INSTRUCCIONES Esté tipo de evidencia se evalúa durante el desarrollo de la asignatura En la columna de valor indique de acuerdo al sistema de evaluación de la Universidad la ponderación al reactivo o el tipo tipo (esencial o importante Revisar las actividades que se solicitan y marque en los apartados “SI” cuando la evidencia se cumple; en caso contrario marque “NO”. En la columna “OBSERVACIONES”indicaciones que puedan ayudar al alumno a saber cuales son las condiciones condiciones no cumplidas, si fuese necesario.
Código
Valor 5% 10% 5% 5% 10% 5%
Realiza las tareas requeridas manteniendo el orden y pulcritud. Respeto hacia los demás Presentación
NO
de acuerdo a lo indicado,
La actividad de aprendizaje es presentada en forma ordenada y limpia Uso de Instalaciones
10% 10%
Resolución de ejercicios
5% 5% 5% 5% 5% 5% 5%
OBSERVACIONES
SI
Actitudes
Uso adecuado de mobiliario No ingerir alimentos en el lugar de trabajo Participación en el Aula
5% 0%
CUMPLE
Característica a cumplir (Reactivo)
Explicación de tareas Lluvia de ideas Habilidades Trabaja en equipo. Responsabilidad Entregó las evidencias en la fecha y hora señalada Asistencia CALIFICACIÓN:
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GLOSARIO
C Calor. Transferencia de energía entre dos cuerpos que están a diferentes temperaturas. Calor de dilución. Cambio de calor asociado al proceso de dilución Calor especifico. Cantidad de energía calorífica necesaria para elevar un grado Celsius la temperatura de un gramo de una sustancia. Calorimetría. Medición de los cambios de calor. Capacidad calorífica. Cantidad de calor que se requiere para elevar la temperatura de una cantidad dada de sustancia en un grado Celsius. E Energía. La energía se define como la capacidad de un sistema de poner en movimiento una máquina o, más rigurosamente, de realizar un trabajo. Energía potencial. Energía disponible en virtud de la posición de un objeto. Energía química. Energía almacenada en el interior de las unidades estructurales de las sustancias químicas. Energía radiante. Energía que se transmite en forma de ondas. Energía térmica energía asociada a la aleatoriedad del movimiento de los átomos y moléculas. Entalpía. Cantidad termodinámica que se utiliza para describir los cambios térmicos que se realizan a presión constante. Entalpía de disolución. Calor generado o absorbido cuando cierta cantidad de soluto se disuelve en cierta cantidad de disolvente. Entalpía de reacción. Diferencia entre las entalpías de los productos y las entalpías de los reactivos. L Ley de Hess. Cuando los reactivos se convierten en productos, el cambio en la entalpía es el mismo independientemente de que la reacción ocurra en un paso o en un conjunto de ellos. P
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Presión. En física y disciplinas afines el término presión se define como la fuerza por unidad de superficie. En el Sistema Internacional de Unidades se mide en newton por metro cuadrado, unidad derivada que se denomina pascal. La presión a veces se mide, no como la presión absoluta, sino como la presión por encima de la presión atmosférica, también denominada presión normal o gauge. Las unidades manométricas de presión, como los milímetros de mercurio, están basadas en la presión ejercida por el peso de algún tipo estándar de fluido bajo cierta gravedad estándar. Son intentos de definir las lecturas de un manómetro. Las unidades de presión manométricas no deben ser utilizadas para propósitos científicos o técnicos, debido a la falta de repetibilidad inherente a sus definiciones. También se utilizan los milímetros de columna de agua (mm.c.d.a.): 1 mm.c.d.a. = 10 Pa. Presión critica. Presión mínima necesaria para que se realice la licuefacción a la temperatura critica Presión de Vapor. La presión de vapor o más comúnmente llamada presión de saturación es la presión a la que a cada temperatura las fases líquida y vapor se encuentran en equilibrio; su valor es independiente de las cantidades de líquido y vapor presentes mientras existan ambas. El factor más importante que determina el valor de la presión de saturación es la propia naturaleza del líquido, encontrándose que en general entre líquidos de naturaleza similar, la presión de vapor a una temperatura dada es tanto menor cuanto mayor es el peso molecular del líquido. Primera ley de la termodinámica. La energía se puede convertir de una forma a otra, pero no puede crearse ni destruirse. Proceso exotérmico. Proceso que libera calor hacia los alrededores. Procesos endotérmicos. Procesos que absorben calor de los alrededores S Sistema. Parte especifica del universo bajo estudio. T Temperatura. La temperatura es una magnitud física descriptiva de un sistema que caracteriza la transferencia de energía térmica, o calor, entre ese sistema y otros. Desde un punto de vista microscópico, es una medida de la energía cinética asociada al
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movimiento aleatorio de las partículas que componen el sistema. Para medir la temperatura se utiliza el termómetro. En el Sistema Internacional de Unidades, la unidad de temperatura es el kelvin. Sin embargo, está muy generalizado el uso de otras escalas de temperatura, concretamente la escala Celsius (o centígrada), y, en los países anglosajones, la escala Fahrenheit. Una diferencia de temperatura de un kelvin equivale a una diferencia de un grado centígrado. Temperatura critica. Temperatura arriba de la cual no se licua un gas. Termodinámica. Estudio científico de la ínter conversión del calor y otras formas de energía. Trabajo Cambio de energía dirigida que resulta de un proceso.
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BIBLIOGRAFÍ BIBLIOGRAFÍA OGRAFÍA 1.- Termodinámica Clásica. Russell y Adebiyi. Pearson Educación. 2.- Thermodynamics an Engineering Approach. Yunus A, Cengel. McGraw-Hill. 3.- Termodinámica. José Ángel Manrique Valadez. Editorial Oxford. 4.-Energía mediante vapor, aire o gas. W. H. Severns/H. E. Degler. Editorial Reverte. 5.- Fundamentos de transferencia de Calor. Frank P. Incropera. Prentice Hall.
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