UNLP
Planilla de Actividades Curriculares
Código: M1607
Termodinámica de Los Materiales
Última Actualización de la Asignatura: 18/08/2017

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CARRERAS PARA LAS QUE SE DICTA

Carrera Plan Carácter Cantidad de Semanas Año Semestre
03026 - Ingeniería en Materiales 2018 Obligatoria
Totales: 0
Clases:
Evaluaciones:
2do
-

CORRELATIVIDADES

CORRELATIVIDADES
Ingeniería en Materiales - Plan 2018
PARA PROMOCIONAR
(U1901) Química para Ingeniería

INFORMACIÓN GENERAL 

Datos Generales

Área: Termica

Departamento: Mecanica

Tipificación: Tecnologicas Basicas (TB)

Ingeniería en Materiales - 2018 plegar-desplegar

CARGA HORARIA

HORAS CLASE
TOTALES: 80hs SEMANALES: 5 hs
TEORÍA
40.0 hs
PRÁCTICA
40.0 hs
TEORÍA
2.5 hs
PRÁCTICA
2.5 hs

FORMACIÓN PRÁCTICA
Formación Experimental
12.0 hs
Resol. de Problemas abiertos
12.0 hs
Proyecto y Diseño
0.0 hs
PPS
0.0 hs

TOTAL COMPUTABLES HORAS DE ESTUDIO ADICIONALES A LAS DE CLASE (NO ESCOLARIZADAS)

80.0 hs


0.0 hs


PLANTEL DOCENTE

OBJETIVOS

Son objetivos de la asignatura que el estudiante adquiera conocimientos básicos y fundamentales de los Principios de la Termodinámica y Termodinámica de Sólidos, y que aplique estos conocimientos en el análisis de sistemas de monocomponentes, equilibrios químicos: homogéneo gaseoso y heterogéneo, sistemas de multicomponentes, la predicción de la factibilidad de reacciones químicas y reacciones de interés en procesos con materiales.

PROGRAMA SINTÉTICO

1. Fundamentos de la Termodinámica – Generalidades. 2. Principios fundamentales y ecuaciones para un sistema cerrado. Primera Ley de la Termodinámica. Segunda Ley de la Termodinámica. Tercera Ley de la Termodinámica. Factibilidad de un proceso termodinámico. 3. Principios fundamentales y ecuaciones para un sistema abierto. Equilibrio de un sistema heterogéneo. Estabilidad. Criterios de equilibrio. Potencial químico, fugacidad y actividad. Termodinámica de soluciones. 4. Termodinámica de reacciones químicas. Factibilidad: Factores cinético y termodinámico. Principio de Le Chatelier. Equilibrio químico homogéneo gaseoso y heterogéneo. Equilibrios de interés en Ingeniería en Materiales.

PROGRAMA ANALÍTICO 

Año: 2020, semestre: 1

Vigencia: 10/11/2016 - Actualidad

UNIDAD 1: GENERALIDADES DE LA TERMODINÁMICA
Objetivos de la Termodinámica. Alcances de un estudio termodinámico y fisicoquímico.
Variables termodinámicas. Estado termodinámico. Variables y ecuaciones de estado. Sistemas y procesos: Clasificación de los sistemas: en abiertos y cerrados, en sistemas homogéneos y heterogéneos, en sistemas de mono- y multicomponentes. Proceso termodinámico. Clasificación de los procesos en: reversibles e irreversibles, adiabáticos, isotérmicos, isobáricos, isocóricos. Función de estado y sus propiedades. Ciclo reversible e irreversible.
Ley Cero de la Termodinámica. Escalas térmicas. Termometría. Manométrica. Estados de agregación de la materia. Estado gaseoso: Gas ideal. Teoría Cinética del gas ideal y sus consecuencias. Mezcla de gases ideales: Ley de Dalton y Ley de Amagat. Desviaciones del comportamiento ideal. Gas real. Superficies P-V-T. Línea Triple y Punto Crítico. Ley de los estados correspondientes.Ecuación de Van der Waals. Otras ecuaciones de estado. Diagramas de compresibilidad.
Gases en procesos industriales. Estado condensado: Sólidos y líquidos. Ecuaciones de estado. Dilatación.Capacidad calorífica y funciones de estado.
UNIDAD 2: PRINCIPIOS FUNDAMENTALES PARA UN SISTEMA CERRADO
Primera Ley de la Termodinámica: Enunciados. Equivalencia entra calor y trabajo. Trabajo en reacciones químicas. Función entalpía. Termoquímica: Convención. Calor de formación. Calor de reacción.
Ley de Hess y Ley de Kirchoff. Calorímetros. Reacciones incompleta.
Segunda Ley de la Termodinámica: Enunciados. Ciclo de Carnot. Espontaneidad de procesos. Función Entropía. Irreversibilidad y degradación. Escala termodinámica.
Tercera Ley de la Termodinámica: Enunciado. Interpretación probabilística de la entropía. Estado standard de la entropía. Orden y desorden. Ley de Debye para bajas temperaturas. Cálculo de las funciones termodinámicas a altas temperaturas a partir de la capacidad calorífica.
Factibilidad de procesos termodinámicos: Desigualdad de Clausius. Condición de equilibrio y de espontaneidad de procesos. Función energía libre de Gibbs y función energía libre de Helmholtz. Función trabajo. Ecuaciones de Maxwell. Aplicación a la estabilidad de fases en sistemas de monocom-ponentes.
Efecto de la presión y temperatura. Ecuación de Clausius-Clapeyron. Punto crítico. Línea triple.
UNIDAD 3: PRINCIPIOS FUNDAMENTALES DE SISTEMAS ABIERTOS
Potencial químico. Propiedades extensivas e intensivas. Propiedades parciales molares. Equilibrio en un sistema heterogéneo. Condiciones de equilibrio. Diagramas de energía libre. Regla de la tangente común. Regla de las fases.
Estabilidad. Criterios de equilibrio: estable e inestable.
Potencial químico, fugacidad y actividad. Potencial químico de una componente: gas ideal y gas real. Función fugacidad. Actividad de sólidos y líquidos. Mezcla de gases. Soluciones sólidas y liquidas. Función actividad. Dependencia con la composición y temperatura bajo condiciones de volumen constante.
Termodinámica de soluciones. Ley de Raoult y ley de Henry. Actividad como función de la composición y temperatura. Propiedades coligativas. Relación de Gibbs–Duhem. Determinación de las cantidades parciales molares. Regla de la tangente. Soluciones ideales y reales. Soluciones regulares.
Funciones termodinámicas de soluciones. Funciones de mezcla y de exceso. Propiedades de soluciones raoultianas y de soluciones regulares. Soluciones diluidas. Actividad raoultiana y henriana.
UNIDAD 4: TERMODINÁMICA DE REACCIONES QUIMICAS
Factibilidad de una reacción: Factores cinético y termodinámico. Ley de las masas. Equilibrio químico en reacciones involucrando gases e involucrando fases condensadas y fase gaseosa. Reacciones de una etapa. Constante de equilibrio. Efecto de la temperatura y presión sobre la constante de equilibrio. Isotermas de Van’t Hoff. Principio de Le Chatelier-Braun. Grado de avance de una reacción. Rendimiento de una reacción.
Aplicación a equilibrios de interés metalúrgico: Composición del gas en un alto horno. Reacción de Bouduard. Diagramas de disociación de sulfuros y óxidos metálicos. Diagramas de Ellingham-Richardson. Óxidos de carbono. Estabilidad relativa de sulfatos, sulfuros, sulfitos, carbonatos y óxidos.

BIBLIOGRAFÍA

Año: 2020, semestre: 1

Vigencia: 10/11/2016 - Actualidad

-Abril E., “Termodinámica y Cinética de las Transformaciones Metalúrgicas”, Córdoba, 1978
-Bergeron Clifton G. and Risbud S.H., "Introduction to Phase Equilibrium in Ceramics", 2nd. edition,
-Castellan S., "Fisicoquímica", Addison Wesley.
-Chang, Y. Austin and Chen S.L., "Thermodynamic of metallic solutions" en Advanced Physical
-Cavallante Ferdinando, A. Lúcio et al., "Físico-Química Metalúrgica", Associação Brasileira de Metais, São Paulo, Brasil.
-Darken Lawrence S. and R.W. Gurry, " Physical Chemistry of Metals", McGraw-Hill series in Metallurgy and Engineering Series, McGraw-Hill, New York-USA (1953)
-Farington Daniels, R. Alberty, J.W. Williams, C.D. Corwell, P. Bender and J.E. Harriman, “Curso de Fisicoquímica Experimental”, 1º edición en español, traducción de “Experimental Physical Chemistry”, Centro Regional de Ayuda Técnica, Agencia para el desarrollo Internacional, Colombia,1972
-Gaskell David R., “Introduction to the Thermodynamics of Materials”, 3º edición, Taylor & Francis, Philadelphia-USA, 1995.
-Kubaschewski O. and C. B. Alcock, "Metallurgical Thermochemistry", 5º edición, Pergamon Press,
-New York -USA, 1979
-Thorburn Burns D. and E.M. Rattenbury, “Introductory Practical Physical Chemistry”,1º edición, Pergamon Press, 1966.
-Material didáctico desarrollado por la cátedra:
•Guías de Seminarios de Resolución de Problemas de Termodinámica Metalúrgica, una para cada año desde 1985 a 2001.
•Sosa, Maria I., "Explicación de los Diagramas de Ellingham-Richardson", Apunte editado por CEILP, La Plata- (1984)
•Sosa, Maria I, "Poder calorífico del gas natural"- Guía de laboratorio, La Plata (1998)
•"Calorimetría: Determinación de la entalpía de reacción", La Plata (1998)
•Sosa, M.I., "Determinación del error experimental y su propagación", La Plata, (1997)
•Sosa Maria I., "Calculo de funciones termodinámicas a altas temperaturas", La Plata (1996).
•Sosa M.I., "Diagramas de Ellingham", Trabajo final del Seminario de Análisis y Producción de Medios materiales de Enseñanza, La Plata (2001)
•Sosa, M.I., "Termodinámica Metalúrgica", apuntes para el curso de Especialización en Siderurgia para personal de las Plantas SIDERCA y SIDERAR, 1999 y 2000.

ACTIVIDADES PRÁCTICAS


LABORATORIOS: 6 horas
- Determinación del calor de reacción. ( 2 horas, Informe escrito)
- Determinación del poder calorífico del gas natural ( 2 horas, Informe escrito)
- Preparación de soluciones liquidas y aleaciones ( 2 horas, Informe oral)
El equipamiento a utilizar para la realización de estos laboratorios será:
- Calorímetro.
- Termocuplas con adquisidor de datos y PC.
- Muflas

SEMINARIOS UTILIZANDO COMPUTADORA: total 4 horas
- Calculo de funciones termodinámicas usando planilla de cálculo ( 2 horas)
- Determinación de errores experimentales y su propagación en el cálculo ( 2 horas)

SEMINARIOS DE DISCUSION DE PROBLEMAS: total 20 horas
Cada seminario de 2 horas, con presentación oral de informes
1. Fundamentos de la Termodinámica- Termometría. Manometría. Unidades.
2. Sistemas cerrados: Primer Principio.
3. Sistemas cerrados: Segundo Principio y Tercer Principio
4. Sistemas cerrados: Factibilidad de procesos
5. Sistemas abiertos: Actividad, fugacidad y potencial químico
6. Sistemas abiertos: Estabilidad - Nucleación y precipitacion.
7. Termodinámica de soluciones: raoultianas y henrianas. Actividad. Funciones termodinámicas de mezcla
8. Termodinámica de reacciones químicas involucrando fase gaseosa y condensada pura
9. Termodinámica de reacciones químicas involucrando fases condensadas en solución.
10. Reacciones de interés en Ingeniería en Materiales

METODOLOGÍA DE ENSEÑANZA

El curso se desarrolla en:
Seminarios teórico-prácticos
Seminarios de resolución de problemas
Seminarios de Informática
Seminarios de consulta
Laboratorios
Preparación de un trabajo monográfico
- SEMINARIOS TEORICO-PRACTICOS:
El curso consiste en clases teórico-prácticas con una frecuencia de 5 (cinco) horas semanales.
De acuerdo con las pautas didácticas establecidas por la cátedra, las clases consisten en presentar al estudiante los fundamentos teóricos fundamentales y necesarios para la resolución de los problemas numéricos planteados en las guías de los seminarios de resolución de problemas, las cuales son elaboradas por la cátedra en cada ciclo lectivo.
De acuerdo con la metodología propuesta, en las clases se plantearan los temas, siendo actividad del alumno la lectura de los mismos en los apuntes de la cátedra o en los libros propuestos como bibliografía, de forma que las clases constituyan una instancia de debate de los mismos y una profundización de los conceptos tratados.
-SEMINARIOS DE RESOLUCION DE PROBLEMAS:
En las clases teórico-prácticas se incluye la resolución numérica de problemas de aplicación tipo, de forma de brindar al estudiante una unidad conceptual teórico-práctica sobre el tema en cuestión, evitando de esta forma la tan criticada desconexión de la teoría y la práctica. No obstante, en estos seminarios específicos de resolución numérica discuten los restantes problemas planteados.
Se considera fundamental la resolución de problemas de aplicación, dado que ello pone en evidencia la comprensión del tema. En ellos se incluye el uso de computadora para determinados problemas en planilla de cálculo, dado la complejidad del mismo.
-SEMINARIOS DE CONSULTA:
En los horarios de Seminarios de Consulta, de carácter no obligatorio, los estudiantes tienen la posibilidad de evacuar eventuales dudas tanto de los conceptos teóricos adquiridos como de los problemas planteados.
- SEMINARIOS DE INFORMATICA
El objetivo de estos seminarios es utilizar la Informática como herramienta para el cálculo de las funciones termodinámicas asociadas a los procesos estudiados. Se plantean como clases introductorias del uso de planilla de calculo, de forma que el estudiante sea capaz de trabajar posteriormente en forma individual en el Gabinete de Computación.
- LABORATORIOS:
El objetivo conceptual de los laboratorios es ejemplificar los temas tratados en el curso. Se realizaran una serie de trabajos de laboratorio sobre determinados temas, algunos de ellos serán de carácter demostrativo, para los cuales no será requisito la presentación de un informe.
Se realizaran asimismo una serie de trabajos prácticos de laboratorio, sobre los cuales los alumnos deberán presentar un informe, el cual podrá ser realizado en grupo. El número de participantes del grupo de trabajo se determinará de acuerdo al número de alumnos inscriptos en la materia. El objetivo procedimental del laboratorio es que el estudiante adquiera habilidades procedimentales en el diseño de experiencias, análisis e informe de las mismas.
- PREPARACION DE UN TRABAJO MONOGRAFICO:
Se solicita al estudiante la redacción de una monografía sobre algún tema aplicado de la materia, de forma que adquiera habilidades procedimentales en la búsqueda de información, recolección y de la misma, preparación y elaboración de un informe según normas ISO.

SISTEMA DE EVALUACIÓN

El estudiante será evaluado en forma continua durante el desarrollo del curso a través de:
Tres evaluaciones parciales, de carácter teórico-práctico sobre contenidos de las unidades desarrolladas en el curso. Participación en los seminarios teórico-prácticos y seminarios de resolución de problemas con una asistencia mínima del 80%. Participación en la realización del 100% los laboratorios, presentación y aprobación del informe correspondiente. Presentación y aprobación de una monografía sobre un tema seleccionado por la cátedra. Exposición oral de la misma.
Para las evaluaciones parciales se establecerán dos fechas (Primera fecha y un recuperatorio).
Para la calificación final se tomará en cuenta el desempeño individual en todas las instancias anteriores.
Se considerará la instancia de evaluación como aprobada, si la calificación es de cuatro o más puntos.
Si el estudiante obtiene como promedio de todas las evaluaciones una nota de seis o más puntos y cumple con los requisitos anteriormente mencionados, aprobará el curso. Aquellos estudiantes cuyas evaluaciones hayan sido aprobadas pero cuyo promedio sea inferior a seis puntos, estarán habilitados para rendir examen final según lo previsto por la Ordenanza Nº 28/02.

MATERIAL DIDÁCTICO

•Guías de Seminarios de Resolución de Problemas de Termodinámica Metalúrgica, una para cada año desde 1985 a 2001.
•Sosa, Maria I., "Explicación de los Diagramas de Ellingham-Richardson", Apunte editado por CEILP, La Plata- (1984)
•Sosa, Maria I, "Poder calorífico del gas natural"- Guía de laboratorio, La Plata (1998)
•"Calorimetría: Determinación de la entalpía de reacción", La Plata (1998)
•Sosa, M.I., "Determinación del error experimental y su propagación", La Plata, (1997)
•Sosa Maria I., "Calculo de funciones termodinámicas a altas temperaturas", La Plata (1996).
•Sosa M.I., "Diagramas de Ellingham", Trabajo final del Seminario de Análisis y Producción de Medios materiales de Enseñanza, La Plata (2001)
•Sosa, M.I., "Termodinámica Metalúrgica", apuntes para el curso de Especialización en Siderurgia para personal de las Plantas SIDERCA y SIDERAR, 1999 y 2000.?

ACTIVIDAD LABORATORIO-CAMPO


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