Universitat de Girona

Programa de l'assignatura

Curs 2003-04

3105EI0008 TERMODINÀMICA


Objectius  
Estudiar les bases termodinàmiques dels equilibris físics i químics. Per això, s'analitzaran les lleis de la Termodinàmica i les seves aplicacions als cicles termodinàmics, els gasos ideals i reals, els equilibris entre fases d'un component, binaris i ternaris. Per acabar, s'estudien les reaccions químiques, des del punt de vista termodinàmic.
 
Prerrequisits  
Obligatoris: Nil
Recomanats: primer curs
 
Contingut (Programa)  
1. Lleis de la Termodinàmica (12 h)
1.1. Definicions de base.
1.2. La primera llei de la Termodinàmica.
1.2.1. Energia interna U, calor Q i treball W.
1.2.2. Conveni de signes.
1.2.3. Principi de conservació de l'energia per a sistemes tancats.
1.2.4. Entalpia H.
1.2.5. Capacitat calorífica
 1.3. Propietats físiques d'una substància pura, simple i compressible.
1.3.1. Postulat d'estat. Diagrames p-v-T, p-v, p-T i T-v.
1.3.2. Taules de propietats.
1.3.3. Diagrama p-v-T per als gasos ideals.
1.3.4. Treball d'expansió isotèrmica d'un gas ideal.
1.3.5. Capacitats calorífiques de les substàncies (gasos, líquids i sòlids).
1.4. La segona llei de la Termodinàmica.
1.4.1. Entropia S. Desigualtat de Clausius. Interpretació estadística d'S.
1.4.2. Equacions TdS.
Canvi d'entropia d'un gas ideal. Canvi d'entropia d'una substància incompressible. Diagrama T-S. Diagrama H-S.
1.5. La tercera llei de la Termodinàmica.
1.5.1. Interpretació estadística de la tercera llei.
1.5.2. Inaccessibilitat del zero absolut.

2. Processos termodinàmics (8 h)
2.1. Processos reversibles i irreversibles.
2.1.1. Canvi d'entropia del sistema i de l'univers.
2.1.2. Relacions isentròpiques per als gasos ideals.
2.2. Cicles termodinàmics.
2.2.1. Treball mecànic en un procés isentròpic.
El cicle de Carnot. Eficiència tèrmica de la conversió de l'energia.
Corolaris de Carnot.
2.2.2. Cicle de Rankine. Augment del rendiment.
2.2.3. Cicles de refrigeració. Principis de funcionament i tecnologies.
Cicle invers de Carnot. Cicle de refrigeració per compressió.
Bomba de calor. Refrigeració per absorció.
2.2.4. Cicles de cogeneració.
2.3. Eficiències adiabàtiques d'equips.

3. Balanços de matèria, d'energia i d'exergia (6 h)
3.1. Balanços de matèria i d'energia en sistemes físics tancats i oberts.
3.2. Balanç d'entropia en sistemes físics tancats i oberts.
3.3. Exergia. Càlcul de l’exergia. Balanç d'exergia en sistemes físics tancats i oberts.
3.4. Eficiència exergètica. Eficiències exergètiques d'equips.

4. Gasos reals (6 h)
4.1. Equacions d'estat.
4.1.1. Relació p-v-T per als gasos reals.
4.1.2. Factor de compressibilitat.
4.1.3. Equació d'estat de van der Waals.
4.1.4. Llei dels estats corresponents.
4.1.5. Altres equacions d'estat.
4.1.6. Constants crítiques del gasos i factor acéntric.
4.2. Funcions termodinàmiques de dues variables.
4.2.1. Relacions fonamentals.
4.2.2 Regla mnemotècnica.
4.3. Relacions termodinàmiques.
4.3.1. Relacions de Maxwell.
4.3.2. Relacions generalitzades.
Discrepància d'entalpia i discrepància d'entropia.
Altres relacions generalitzades.

5. Equilibri de fases (6 h)
5.1. Llei de les fases.
5.2. Aplicació de la llei de les fases a sistemes d'un component.
5.2.1. Equació de Clapeyron.
5.2.2. Equació de Clausius-Clapeyron. Equació d'Antoine.
5.2.3. Regles de Goldberg i Trouton.
5.2.4. Transicions de segon ordre.
5.3. Equilibris en sistemes binaris.
5.3.1. Equilibri líquid-líquid.
5.3.2. Destil.lació de líquids parcialment miscibles.
5.3.3. Destil.lació de líquids totalment inmiscibles.
5.3.4. Equilibri sòlid-líquid.
5.3.5. Equilibri sòlid-gas.
5.4. Equilibris en sistemes ternaris.
5.3.1. Equilibri líquid-líquid.
5.3.2. Equilibri sòlid-líquid.
5.5. Aplicacions dels equilibris entre fases en els processos industrials.

6. Equilibri químic (7 h)
6.1. Constant d’equilibri d’una reacció.
6.2. Constant d'equilibri dels gasos reals.
6.3. Altres formes de la constant d'equilibri.
6.4. Variació de la constant d'equilibri amb la temperatura. Equació de van’t Hoff.
6.5. El principi de Le Châtelier.
6.6. Aplicacions pràctiques de la constant d'equilibri.

 
Bibliografia  

Bibliografia bàsica a utilitzar durant el curs
· Wark, K. "Termodinámica". Ed. McGraw-Hill, Mèxic (1992).
· Moran, M-J. i H.N. Shapiro. "Fundamentos de Termodinámica Técnica. Vols. I y II". Ed. Reverté, Barcelona (1993).
· Çengel, Y.A. “Thermodynamics An Engineering Approach”. Ed. McGraw-Hill, (1998).
· Sonntag, R.E.i G.J. van Wylen. "Introducción a la Termodinámica". Ed. Limusa, Mèxic (1977).
· Díaz, M. i A. Roig. "Química Física. Vol. II". Ed. Alhambra, Madrid (1984).

Altra bibliografia utilitzada

 · Cadenato,A.M. “Termodinàmica 1a i 2a llei: Problemes”, Ed. UPC, Barcelona, (1993).
· Salla, J.M, “Termodinàmica aplicada”. Ed. UPC, Barcelona, (1994).
· Metz, C.R. "Fisicoquímica". Ed. McGraw-Hill, Mèxic (1989).
· Crockford, H.D. i S.B. Knight. "Fundamentos de Fisicoquímica". Ed. CECSA, Mèxic (1969).
· Wood, A. "Problemas de Química Física". Ed. Acribia, Saragossa (1979).
· Maron, S.H. i C.F. Prutton. "Fundamentos de Fisicoquímica". Ed. Limusa, Mèxic (1994).
· Barrow, G.M. "Química Física". Ed. Reverté, Barcelona (1985).
· Adamson, A.W. "Problemas de Química Física". Ed. Reverté, Barcelona (1984).
· Moore, W.J. "Química Física". Ed. URMO, Bilbao (1978).
· Labowitz, L.C. i J.S. Arents. "Fisicoquímica: problemas y soluciones". Ed. AC, Madrid (1974).
· Avery, H.E. i D.J. Shaw. "Cálculos superiores en Química Física". Ed. Reverté, Barcelona (1981).
· Wall, G. “Exergetics”, Mölndal,
 
Mètodes docents  
Classes de teoria i problemes
3 hores setmanals

Pràctiques
2 hores setmanals (10 h/semestre)
 
Tipus d'exàmens i avaluacions  
Informes de pràctiques 15%
Examen final 85%
 
Informació addicional  
(S'ha d'assistir a la sessió introductòria i completar 4 pràctiques)

Pràctica 0: Sessió introductòria a les pràctiques de laboratori.
Pràctica 1 : Capacitat calorífica del gasos.
Pràctica 2: Pressió de vapor d’un líquid pur.
Pràctica 3: Aplicacions de l'anàlisi exergètica.
Pràctica 4: Mètodes de càlcul de propietats per ordinador.
Pràctica 5: Balanç energètic.
Pràctica 6: Determinació de velocitats de reacció.
 
Llengua de les classes  
Català