76.01. Introducción a la Ingeniería Química 1

Se persigue la formación del estudiante de grado, en la adquisición de los conocimientos básicos indispensables para el posterior estudio de los conceptos de transferencia de cantidad de movimiento, de calor y de masa y los procesos químicos, con los que aquél culmina la etapa de materias troncales de su carrera, como asimismo brinda las herramientas básicas para el desarrollo de materias con orientación y cursos de postgrado.
La termodinámica es la ciencia que trata las transformaciones de la energía y las relaciones entre las propiedades físicas de las sustancias afectadas por dichas transformaciones. La termodinámica técnica incluye el estudio tradicional de procesos tales como:

1. Generadores de energía estacionarios y móviles
2. Refrigeración y acondicionamiento de aire
3. Expansores y compresores de fluidos
4. Procesos químicos como los propios de las refinerías de petróleo y la combustión de hidrocarburos combustibles (carbón, petróleo y gas natural)
5. Procesos de transporte de gas natural y licuado

Pero hoy podemos hablar de otros procesos que mueven al universo de la generación de energía en los cuales está presente la termodinámica técnica, tales como:

1. Las unidades de energía solar.
2. La producción comercial de energía a partir de fluidos calentados mediante fuentes geotérmicas.
3. La energía eólica.
4. Las investigaciones sobre la utilización de la diferencia de temperatura entre la superficie y las profundidades del mar como fuente de generación de energía. CONVERSIÓN DE ENERGÍA TÉRMICA DEL OCÉANO - OTEC.
5. Las investigaciones sobre el ciclo magnetohidrodinámico para generación de energía a gran escala. MHD.

Es justamente el estudio de cada uno de los procesos descriptos en los párrafos precedentes el que se encara durante el dictado del curso de INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA QUÍMICA II sobre la base de los conocimientos adquiridos en INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA QUÍMICA I.
El enfoque adoptado para el estudio termodinámico de ambas asignaturas es fundamentalmente macroscópico.
Es fundamental vincular para un conocimiento profundo de los objetivos perseguidos, los fundamentos de cada una de las dos asignaturas mencionadas, por lo cual se detallan a continuación, módulo a módulo los objetivos de cada una de las unidades temáticas desarrolladas en ambas asignaturas.

INTRODUCCIÓN - La Termodinámica

1. Su naturaleza
2. Conceptos y definiciones básicas

MÓDULO 1 - Las Dimensiones y las Unidades

1. La definición de dimensión
2. Las dimensiones fundamentales y derivadas
3. La definición de unidad
4. El Sistema Internacional de unidades - SI
5. El Sistema tradicional de unidades de los EE.UU. - USCS
6. La definición de metro, segundo, kilogramo, mol
7. La temperatura y la Ley Cero
8. Las experiencias de Boyle y Charles
9. Las escalas de temperaturas absolutas
10. Las escalas de temperaturas relativas
11. Las unidades derivadas o secundarias
12. La fuerza - factor de conversión gc
13. La presión atmosférica - manométrica - barométrica - absoluta - estándar - vacío
14. La energía- Equivalente mecánico del calor
15. La densidad, densidad relativa y volumen específico
16. La fracción molar y fracción másica
17. La concentración - sus expresiones
18. La viscosidad
19. Los prefijos SI
20. Los principios de la similitud
21. Similitud geométrica
22. Similitud mecánica
23. Similitud térmica
24. Similitud química
25. El llamado análisis dimensional
26. El Teorema de Buckingham
27. Las ventajas y limitaciones del análisis dimensional

MÓDULO 2 - Las Propiedades Físicas de los Fluidos Puros

1. Introducción
2. La superficie PvT sólida-líquida-gaseosa
3. Los fenómenos de fusión - vaporización y sublimación
4. Los estados saturados
5. El punto crítico - el estado triple
6. El diagrama PT
7. El punto normal de ebullición - el líquido subenfriado -el vapor sobrecalentado
8. El diagrama Pv
9. La región húmeda o campana
10. La calidad de un vapor húmedo
11. La fase gaseosa: su comportamiento ideal - la constante universal de los gases
12. La superficie PvT de un gas ideal - isotermas - isobaras - isocoras
13. El comportamiento real de los gases
14. La ecuación de estado del virial
15. La ecuación de estado de Van der Waals - sus coeficientes
16. La ecuación de estado de Berthelot-Dieterici
17. La ecuación de estado de Redlich-Kwong
18. La ecuación de estado de Beattie-Bridgeman
19. La ecuación de estado de Benedict-Webb-Rubin
20. El factor de compresibilidad y los estados correspondientes
21. Las tablas generalizadas - estados saturados - densidades reducidas - factor de compresibilidad
22. La determinación de parámetros críticos de sustancias orgánicas - Riedel - Lydersen
23. La determinación de parámetros críticos de sustancias inorgánicas - Guldberg
24. La presión de vapor - Su interpretación microscópica
25. El efecto de la temperatura sobre la presión de vapor - Clapeyron - consideraciones ideales Clausius-Clapeyron
26. Las gráficas de presión de vapor
27. Las gráficas de sustancias de referencia - Dühring y Cox

MÓDULO 3 - El Comportamiento de las mezclas

1. Introducción - sistemas multicomponentes
2. La regla de las fases de Gibbs
3. Las mezclas gaseosas - su composición: fracciones molares y másicas
4. Las relaciones PvT para mezclas gaseosas
5. Las leyes de Dalton y Amagat
6. Las relaciones PvT para mezclas gaseosas ideales
7. Las relaciones Pvt para mezclas gaseosas reales
8. La ecuación de estado de Van der Waals aplicada a las mezclas gaseosas
9. Las constantes promedio de Van der Waals
10. El factor de compresibilidad medio
11. Las propiedades pseudocríticas - el método de Kay
12. El equilibrio gas - líquido de sistemas multicomponentes
13. Las leyes de Raoult y Henry
14. Las soluciones ideales
15. Los sistemas binarios en el equilibrio gas - líquido
16. Los diagramas P - composición y T - composición de sistemas binarios
17. Los puntos de rocío y de burbuja
18. La regla de la palanca aplicada a gráficos binarios
19. Los azeótropos
20. El comportamiento real de las soluciones - las constantes de equilibrio de vaporización
21. La presión de convergencia

MÓDULO 4 - La Conservación de la Materia - Procesos sin reacción química

1. Introducción
2. Los procesos batch - semibatch y continuos
3. El principio de conservación de la materia
4. El balance global de materia
5. El balance parcial de materia
6. El estado estacionario
7. El flujo o gasto másico
8. El estado no estacionario
9. Las aplicaciones del balance de materia
10. La estrategia para la resolución de problemas de balance de materia
11. La recirculación
12. El by-pass
13. La purga
14. Las operaciones consecutivas
15. Los procesos en co-corriente
16. Los procesos en contracorriente
17. Los procesos en cascada
18. Su aplicación al tanque perfectamente agitado
19. Su aplicación al equipo de destilación diferencial
20. su aplicación a la torre de destilación

MÓDULO 5 - La Conservación de la Materia - Procesos con reacción química

1. Introducción a la estequeometría matricial
2. la definición de reacción química
3. Los balances atómicos linealmente independientes
4. La matriz de fórmulas
5. La composición del sistema
6. El sistema de reacciones
7. Los símbolos de las reacciones
8. El número de reacciones linealmente independientes
9. La determinación de los coeficientes estequeométricos
10. La matriz estequeométrica en su forma canónica
11. El grado de avance
12. La conversión
13. La fracción molar
14. La fracción másica
15. La concentración molar
16. La concentración másica

MÓDULO 6 - La Conservación de la energía -Procesos sin reacción química

1. Introducción
2. El concepto de trabajo
3. El trabajo de expansión y compresión
4. El trabajo de expansión y compresión para un sistema cíclico
5. El trabajo de expansión y compresión en fase sólida y líquida
6. El trabajo elástico o de resorte
7. El trabajo sobre una carga eléctrica
8. El trabajo de cambio de área superficial
9. El trabajo de torsión
10. El trabajo de polarización
11. El trabajo de magnetización
12. El calor
13. Las consideraciones generales sobre el calor y el trabajo
14. Las propiedades termodinámicas - Las funciones de estado
15. La energía cinética y la energía potencial, en todas sus formas
16. La energía interna
17. La entalpía
18. Las contribuciones de energía de corrientes de entrada y salida en sistemas abiertos - El trabajo de flujo
19. El balance de energía global para sistemas abiertos en estado no estacionario
20. El balance de energía global para sistemas cerrados
21. El primer principio de la termodinámica
22. Las aplicaciones a la ingeniería de los procesos abiertos en estado estacionario: toberas - difusores - turbinas - bombas - compresores - ventiladores - equipos de estrangulamiento - intercambiadores de calor.
23. Las aplicaciones a la ingeniería de los procesos abiertos en estado no estacionario: procesos de carga y descarga
24. Las propiedades termodinámicas de las mezclas gaseosas

MÓDULO 7 - La Termofísica

1. La capacidad calorífica y el calor específico
2. La estimación de la capacidad calorífica
3. La capacidad calorífica de gases: ecuaciones polinómicas
4. La capacidad calorífica de gases: método de contribuciones de grupos funcionales de Andersen, Beyer y Watson para gases orgánicos
5. La capacidad calorífica de gases: método de Fallow y Watson para fracciones de petróleo
6. La capacidad calorífica de gases: ecuación de Bahlke y Kay para vapores de petróleo
7. El petróleo su factor de caracterización UOP
8. La capacidad calorífica media de los gases
9. El efecto de la presión sobre la capacidad calorífica de los gases
10. La discrepancia de capacidades caloríficas
11. La capacidad calorífica de líquidos: regla de Kopp
12. La capacidad calorífica de líquidos: método de Fallow y Watson para hidrocarburos y fracciones de petróleo.
13. La capacidad calorífica de líquidos: representación de Holcomb y Brown para hidrocarburos parafínicos
14. La capacidad calorífica de líquidos: ecuación de Pachaiyappan para líquidos orgánicos
15. La capacidad calorífica de líquidos: ecuaciones empíricas para compuestos orgánicos e inorgánicos
16. La capacidad calorífica de líquidos: soluciones acuosas
17. La capacidad calorífica de líquidos: tablas generalizadas
18. La capacidad calorífica de sólidos: ley de Dulong y Petit
19. La capacidad calorífica de sólidos: regla de Kopp
20. La capacidad calorífica de sólidos: datos experimentales
21. Los calores latentes
22. El calor latente de transición
23. El calor latente de fusión
24. El calor de vaporización: la ecuación de Clapeyron
25. El calor de vaporización: la regla de Trouton
26. El calor de vaporización: la gráfica de Giacalone
27. El calor de vaporización: el nomograma de Watson
28. El calor de vaporización: la ecuación de Kistyakowsky
29. El calor de vaporización a partir de gráficas de sustancias de referencia: Dühring y Cox-Othmer
30. El calor de vaporización: método de Gordon
31. El calor de vaporización normal de fracciones de petróleo

MÓDULO 8 - La Termoquímica

1. El calor de reacción
2. El calor normal de reacción
3. Las convenciones
4. El calor de formación de un compuesto
5. La determinación de calor de formación de compuestos orgánicos: Andersen-Beyer-Watson
6. La ley de Lavoisier - Laplace
7. La ley de Hess
8. La determinación de calores de reacción a partir de calores de formación
9. El calor de reacción a presión constante: su variación con la temperatura
10. La temperatura extrema de una reacción
11. El calor de reacción a volumen constante
12. La relación entre calores a presión y volumen constante
13. La variación del calor de reacción con la presión
14. Las reacciones de combustión
15. El calor de formación a partir de calores de combustión
16. El poder calorífico Superior e Inferior de un combustible
17. La temperatura máxima teórica de llama
18. El calor de combustión de fracciones de petróleo
19. Los calores de neutralización e hidratación
20. El calor de disolución
21. Los diagramas entalpía - concentración: diagramas de Merkel

MÓDULO 9 - La Entropía y el Segundo y Tercer Principios

1. La introducción - La calidad de la energía
2. El equilibrio termodinámico
3. El segundo principio de la termodinámica
4. La máquina térmica: los enunciados de Kelvin y Clausius
5. Los procesos reversibles e irreversibles
6. La definición de entropía
7. La desigualdad de Clausius
8. El cambio de entropía de un baño a temperatura constante
9. El cambio de entropía en transiciones de fase
10. El cambio de entropía en procesos con aumento y disminución de la temperatura
11. El cambio de entropía de un gas ideal
12. El cambio de entropía en el mezclado de fluidos
13. El cambio de entropía en el mezclado de gases ideales
14. El cambio de entropía en procesos con reacción química
15. El análisis de la segunda ley para un volumen de control (sistemas abiertos). El balance entrópico
16. Los procesos politrópicos: las isoentrópicas
17. Las discrepancias de entropía
18. La tercera ley de la termodinámica

MÓDULO 10 - La Irreversibilidad y la Disponibilidad

1. La energía disponible y la inasequible
2. La calidad de la energía
3. El trabajo óptimo y la irreversibilidad
4. La irreversibilidad en sistemas abiertos y cerrados
5. La disponibilidad en sistemas abiertos y cerrados
6. La efectividad o rendimiento de los proceso
7. Las eficiencias adiabáticas de equipos de flujo estacionario: toberas - compresores - turbinas -bombas

MÓDULO 11 - Las Relaciones y los Diagramas Termodinámicos

1. Las propiedades compuestas de la termodinámica: la energía libre - la función trabajo
2. Las relaciones de Maxwell
3. La expansión de Joule-Thomson
4. El coeficiente de Euken
5. Las ecuaciones diferenciales para el diferencial de entropía
6. Las ecuaciones modificadas para el diferencial de energía interna y de entalpía
7. Las deducciones sistemáticas de las relaciones termodinámicas. Tipo 1 a 6
8. Las tablas de Bridgman
9. El diagrama temperatura - entropía: su construcción y utilización
10. El diagrama entalpía - entropía: su construcción y utilización
11. El diagrama entalpía - temperatura: su construcción y utilización

• Primer parcial, primer cuatrimestre 2006