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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR PROGRAMA SINTÉTICO UNIDAD ACADÉMICA:

CARRERA:

UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE BIOTECNOLOGÍA

Ingeniería en Alimentos e Ingeniería Biotecnológica

UNIDAD DE APRENDIZAJE:

Termodinámica II

NIVEL:

III

OBJETIVO GENERAL: Identificar la utilidad e importancia de la Termodinámica en la cual el alumno calculará el equilibrio de fases con varios componentes y composiciones aplicará los procesos de equilibrio afines a la carrera de reacciones químicas, suministrándole las herramientas necesarias como son: definiciones básicas, regla de fases, equilibrios termodinámicos. DESCRIPCIÓN GENERAL DE CONTENIDOS: I. II. III. IV. V. VI.

Introducción Equilibrio líquido-vapor Termodinámica de soluciones Equilibrio entre fases Equilibrio en reacciones químicas Tensión interfacial

ORIENTACIÓN DIDÁCTICA: Resolución de problemas con ayuda del profesor , elaboración de resúmenes esquemáticos, exposición de temas, sesión de preguntas y respuestas, por parte de los alumnos ya sea en equipo ó de forma individual. EVALUACIÓN Y ACREDITACIÓN: La unidad de aprendizaje puede acreditarse mediante la demostración de los conocimientos, habilidades y destrezas antes de iniciar el curso, con calificación mínima aprobatoria de 6. El curso de Termodinámica II se evaluará considerando lo siguiente: Constará de evaluaciones parciales que consiste en un examen escrito complementando con actividades que el alumno realice como resolución de problemas y participación en clase durante el periodo que abarque el parcial que se esté considerando. En el curso de Termodinámica II es requisito indispensable haber cursado la asignatura de Termodinámica I. BIBLIOGRAFÍA: G.A.Somorjai Fundamentos de química de superficies, Alambra España 1975,págs.62-96. Gargallo G. Ligia, Radic F. Deodato. Termodinámica Química, Alfaomega México 2000, 2ª edición 384 págs Manrique Valadez José Ángel. Termodinámica, Oxford México 2001, 3ª edición. 499 págs. Pérez Cárdenas Salvador. Fundamentos de Termodinámica, Limusa Noriega México 1990, 1ª edición págs. 1- 90, 133- 500, 551- 624, 673- 684. Smith J.M., Van Ness H.C., Abbott M.M. Introducción a la Termodinámica en Ingeniería Química, McGraw Hill Interamericana México 2000, 6ª edición págs. 1- 837.

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR UNIDAD ACADÉMICA: Unidad Profesional Interdisciplinaria de Biotecnología

UNIDAD DE APRENDIZAJE: Termodinámica II TIPO DE UNIDAD DE APRENDIZAJE: Teórica/obligatoria

CARRERA: Ingeniería en Alimentos e Ingeniería Biotecnológica VIGENCIA: Agosto 2007 OPCIÓN: NIVEL: III PROFESIONAL ASOCIADO: CRÉDITOS: 9.0 ÁREA FORMATIVA: Científica Básica MODALIDAD: Escolarizada

PROPÓSITO GENERAL La actividad del ingeniero en el campo de la biotecnología se sustenta en la transformación controlada de materia y energía a escala industrial. La asignatura de Termodinámica II es fundamental para el estudio entre los cambios energéticos que acompañan a la transformación de la materia, desde los conceptos básicos de equilibrios termodinámicos, termodinámica de soluciones, equilibrio de fases, en reacciones químicas, conceptos de tensión superficial, por lo que el dominio de está disciplina abarca una cantidad vasta de fenómenos naturales de interés en bioingeniería. Es requisito indispensable haber cursado Termodinámica I.

OBJETIVO GENERAL Identificar la utilidad e importancia de la Termodinámica en la cual el alumno calculará el equilibrio de fases con varios componentes y composiciones aplicará los procesos de equilibrio afines a la carrera de reacciones químicas, suministrándole las herramientas necesarias como son: definiciones básicas, regla de fases, equilibrios termodinámicos.

TIEMPOS ASIGNADOS HORAS TEORÍA/SEMANA: 4.5 HORAS PRÁCTICA/SEMANA:

UNIDAD DE APRENDIZAJE DISEÑADA O REDISEÑADA POR: Academia de Ingeniería Básica REVISADA POR: Subdirector Académico

AUTORIZADO POR: Comisión de Programas Académicos del Consejo General Consultivo del IPN.

HORAS TEORÍA/NIVEL: 81 HORAS PRÁCTICA/NIVEL:

APROBADA POR: Consejo Técnico Consultivo Escolar

HORAS TOTALES/NIVEL: 81

Dr. Enrique Durán Páramo

Ing. Ernesto Ángeles Mejía

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR

UNIDAD DE APRENDIZAJE:

Termodinámica II

HOJA:

N° UNIDAD TEMÁTICA: I

2

DE 8

NOMBRE: Introducción

OBJETIVOS PARTICULARES El alumno identificará el campo de aplicación de los diferentes tipos de equilibrios entre fases.

No. 1.1 1.1.1 1.1.2 1.1.3 1.2 1.2.1

CONTENIDOS Naturaleza del equilibrio Medidas de la composición Regla de fases Equilibrios termodinámicos. Tipos de equilibrios. Importancia de los equilibrios en procesos afines a la carrera.

T 1.5 1.5 1.5

P

TAA

CLAVE BIBLIOGRÁFICA

1C,3B,4C, 6B,7C,8B, 9B,10C

1.5

ESTRATEGIAS DIDÁCTICAS Encuadre por parte del profesor.

Solución de problemas en forma grupal, utilizando conceptos en los dos sistemas de unidades más empleadas en ingeniería. Exposición grupal Elaboración de un mapa conceptual de la unidad. Trabajo individual. Uso de retroproyector y cañón. Conformación de equipos de trabajo. EVALUACIÓN DE LOS APRENDIZAJES Solución de problemas. Trabajo colaborativo. 10% Exposición de tres temas. Trabajo colaborativo.10% Elaboración de un mapa conceptual. Trabajo individual. 10% Las actividades que el alumno realice corresponderán al 30% de la calificación y el 70% será la obtenida en el 1er. examen aplicado.

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR UNIDAD DE APRENDIZAJE:

Termodinámica II

N° UNIDAD TEMÁTICA: II

HOJA:

3

DE 8

NOMBRE: Equilibrio líquido-vapor

OBJETIVOS PARTICULARES El alumno interpretará y resolverá problemas de los diagramas termodinámicos de sistemas binarios para el equilibrio líquido-vapor.

No.

CONTENIDOS

T

2.1

Equilibrio líquido-vapor: comportamiento cualitativo.

3.0

2.2

Modelos simples para el equilibrio líquido-vapor.

3.0

2.3

Equilibrio líquido-vapor mediante la ley de Raoult modificada.

3.0

2.4

Equilibrio líquido-vapor a partir de las correlaciones del valor de la constante de equilibrio.

3.0

2.5

Relaciones fundamentales para la evaluación de una propiedad.

1.5

P

TAA

CLAVE BIBLIOGRÁFICA

1C,3B,4C, 6B,7C,8B, 9B,10C 1.5

1.5

ESTRATEGIAS DIDÁCTICAS Solución de problemas en forma grupal y por el profesor. Exposición grupal. Elaboración de un mapa mental de la unidad con ayuda del profesor. Trabajo individual. Uso de retroproyector y cañón.

EVALUACIÓN DE LOS APRENDIZAJES Solución de problemas. Trabajo colaborativo.10% Exposición de temas . Trabajo colaborativo. 10% Elaboración de un mapa mental. Trabajo individual.10% Las actividades que el alumno realice corresponderán al 30% de la calificación y el 70% será la obtenida en el 1er. examen aplicado.

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR UNIDAD DE APRENDIZAJE:

Termodinámica II

N° UNIDAD TEMÁTICA: III

HOJA:

4

DE 8

NOMBRE: Termodinámica de soluciones.

OBJETIVOS PARTICULARES El alumno aplicará el fundamento de la termodinámica de soluciones en relación con el equilibrio líquido-vapor y el mezclado de sustancias.

No. 3.1 3.1.1 3.2 3.3 3.3.1 3.3.2 3.4 3.4.1 3.5 3.5.1 3.6

CONTENIDOS Potencial químico y equilibrio de fases. Propiedades parciales. Mezcla de gases ideales. Fugacidad y coeficiente de fugacidad: especies puras. Fugacidad y coeficiente de fugacidad: especies en solución. Correlaciones generalizadas para el coeficiente de fugacidad. La solución ideal. Propiedades de fase líquida a partir de datos de equilibrio líquidovapor. Modelos para la energía de Gibbs de exceso. Cambios en la propiedad de mezclado. Efectos térmicos de los procesos de mezclado.

T 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5

P

TAA

CLAVE BIBLIOGRÁFICA

1C,3B,4C, 6B,7C,8B, 9B,10C

1.5 1.5 1.5

ESTRATEGIAS DIDÁCTICAS Enseñanza con preguntas previas al tema. Enseñanza basada en problemas ilustrativos por parte del profesor Elaboración individual de mapas conceptuales de la unidad. Exposición grupal. Uso de retroproyector y cañón. EVALUACIÓN DE LOS APRENDIZAJES

Solución de problemas. Trabajo colaborativo.10% Exposición de problemas . Trabajo colaborativo. 10% Elaboración de una mapa conceptual. Trabajo individual.10% Examen escrito de las unidades I, II, III ( hasta el 3.4.2) correspondiente al 70% y el 30% será evaluado por las participaciones en exposición y resolución de problemas que el alumno realice.

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR UNIDAD DE APRENDIZAJE:

Termodinámica II

HOJA:

N° UNIDAD TEMÁTICA: IV

5

DE 8

NOMBRE: Equilibrio entre fases

OBJETIVOS PARTICULARES El alumno interpretará diagramas termodinámicos de diversos equilibrios entre fases, elaborará diagramas termodinámicos del equilibrio líquido-vapor de sistemas binarios y calculará sistemas de multicomponentes.

No. 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9

CONTENIDOS Formulación gamma/phi del equilibrio líquido-vapor. Equilibrio líquido-vapor a partir de ecuaciones cúbicas de estado. Equilibrio y estabilidad. Equilibrio líquido-líquido. Equilibrio vapor-líquido-líquido. Equilibrio sólido-líquido. Equilibrio sólido-vapor. Adsorción en equilibrio de gases en sólidos. Equilibrio osmótico y presión osmótica.

T

P

TAA

CLAVE BIBLIOGRÁFICA

1.5

1C,3B,4C, 6B,7C,8B, 9B,10C

1.5 3.0 1.5 3.0 3.0 3.0 3.0 3.0 1.5

1.5

1.5

ESTRATEGIAS DIDÁCTICAS Solución de problemas en trabajo colaborativo, Enseñanza expositiva – interactiva. Uso de retroproyector y cañón. Enseñanza mediante diagramas, e ilustraciones de aplicación de problemas por parte del profesor. Guía suministrada por el profesor sobre como trabajar de manera colaborativa.

EVALUACIÓN DE LOS APRENDIZAJES

Búsqueda documental , mediante ejemplos ilustrativos.10% Elaboración de cuadros sinópticos de conceptos básicos.5% Análisis de casos reales, con resolución de problemas. 15% Examen escrito 3.5, 3.6, 3.6.1, 3.7, 3.7.1 y unidad IV correspondiente al 70% y el 30% será evaluado por las participaciones y tareas que el alumno realice.

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR UNIDAD DE APRENDIZAJE:

Termodinámica II

N° UNIDAD TEMÁTICA: V

HOJA:

6

DE 8

NOMBRE: Equilibrio en reacciones químicas

OBJETIVOS PARTICULARES El alumno calculará las conversiones de equilibrio presentes en reacciones simples y en reacciones múltiples.

No. 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.7 5.7 5.8 5.9 5.10

CONTENIDOS Coordenada de reacción. Aplicación del criterio de equilibrio a las reacciones químicas. Cambio en la energía de Gibbs estándar y la constante de equilibrio. Efecto de la temperatura sobre la constante de equilibrio. Evaluación de las constantes de equilibrio. Relación de las constantes de equilibrio con la composición. Conversiones en el equilibrio para reacciones individuales. Regla de las fases para los sistemas con reacciones. Equilibrio en reacciones múltiples. Celdas de combustibles

T 1.5 3

1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5

P 1.5

TAA

CLAVE BIBLIOGRÁFICA

1C,3B,4C, 5C, 6B,8B,9B,

1.5 1.5

ESTRATEGIAS DIDÁCTICAS Solución de problemas por parte del profesor en trabajo interactivo . Enseñanza expositiva, con preguntas de tipo abierto. Exposición grupal. Uso de retroproyector y cañón. Enseñanza de contenidos procedimentales, resolución de problemas. Guía suministrada por el profesor sobre como trabajar de manera colaborativa.

EVALUACIÓN DE LOS APRENDIZAJES Solución de problemas por equipos.10% Exposición de temas.10% Elaboración de una red conceptual. Trabajo individual.10% Las actividades que el alumno realice corresponderán al 30% de la calificación y el 70% será la obtenida en el examen aplicado.

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR UNIDAD DE APRENDIZAJE:

Termodinámica II

HOJA:

N° UNIDAD TEMÁTICA: VI

7

DE 8

NOMBRE: Tensión interfacial

OBJETIVOS PARTICULARES El alumno resolverá problemas de aplicación de la tensión interfacial.

No.

CONTENIDOS

T

P

TAA

CLAVE BIBLIOGRÁFICA

1C,2B,3B 6.1 6.2 6.2.1 6.3 6.3.1 6.4 6.5 6.5.1

Definición de funciones termodinámicas de superficie Trabajo superficial en sistemas de un componente Dependencia de las energía superficial especifica con la temperatura Tensión superficial en sistemas multicomponentes Calculo teórico de energías superficiales especificas Modelo de equilibrio en un cristal. Adhesión y ángulos de contacto Aplicación a la tensión superficial

1.5 1.5

1.5 1.5 1.5 1.5 1.5

ESTRATEGIAS DIDÁCTICAS Exposición de expositiva –interactiva por parte del profesor y los alumnos . Elaboración de mapas conceptuales de la unidad con ayuda del profesor. Uso de retroproyector y cañón. Enseñanza por medio de aplicaciones industriales. EVALUACIÓN DE LOS APRENDIZAJES

Solución problemas en Trabajo colaborativo. 10% Exposición de temas aplicativos a la unidad VI. 10% Análisis de problemas aplicativos reales y de simulación. 10% Examen escrito unidad V y VI correspondiente al 70% y el 30% será evaluado por las participaciones y tareas que el alumno realice.

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR UNIDAD DE APRENDIZAJE:

PERÍODO 1

UNIDAD I, II y III.(3.4.2) III(3.5, 3.6

2

3 CLAVE 1

Termodinámica II

HOJA:

8

DE 8

PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN

Examen escrito correspondiente al 70% y el 30% será evaluado por las participaciones y tareas que el alumno realice.

3.6.1, 3.7 3.7.1) y IV

V y VI B

C X

BIBLIOGRAFÍA Cengel Yunus A., Boles Michael. Termodinámica, McGraw Hill México 2000, 2a edición págs. 1-453, 629- 690, 733- 810.

2

X

G.A.Somorjai Fundamentos 1975,págs.62-96.

3

X

Gargallo G. Ligia, Radic F. Deodato. Termodinámica Química, Alfaomega México 2000, 2ª edición 384 págs

de

química

de

superficies,

Alambra

España

4

X

Haberman William L., John James E.A. Termodinámica para Ingenieros con Transferencia de Calor, Trillas México 1996, 1ª edición 393 págs.

5

X

Levenspiel Octave. Fundamentos de Termodinámica, Prentice Hall México 1997, 1ª edición págs. 1- 291, 311- 327.

6

X

Manrique Valadez José Ángel. Termodinámica, Oxford México 2001, 3ª edición. 499 págs. X

7

Moran Michael J., Shapiro Howard N. Fundamentos de Termodinámica Técnica, Reverté México 2004, 2ª edición págs. 1- 308, 551- 654, 765- 807.

8

X

Pérez Cárdenas Salvador. Fundamentos de Termodinámica, Limusa Noriega México 1990, 1ª edición págs. 1- 90, 133- 500, 551- 624, 673- 684.

9

X

Smith J.M., Van Ness H.C., Abbott M.M. Introducción a la Termodinámica en Ingeniería Química, McGraw Hill Interamericana México 2000, 6ª edición 837 págs

10

X

Sonntag Richard E., Van Wylen Gordon J. Introducción a la Termodinámica Clásica y Estadística, Limusa Noriega México 1979, 1ª edición págs. 1- 255, 359- 524.

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE EDUCACION SUPERIOR PERFIL DOCENTE POR ASIGNATURA 1. DATOS GENERALES ESCUELA: UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE BIOTECNOLOGÍA CARRERA

Ingeniería en Alimentos e Ingeniería en Biotecnología

ÁREA:

BÁSICAS C. INGENIERÍA

ACADEMIA:

D. INGENIERÍA

Ingeniería Básica

NIVEL

III

C. SOC. y HUM.

ASIGNATURA: Termodinámica II

ESPECIALIDAD Y NIVEL ACADÉMICO REQUERIDO: Ingeniero en Alimentos Ingeniero Biotecnológo, Ingeniero Farmacéutico, Ingeniero Bioquímico, Ingeniero Químico, Ingeniero Ambiental o afín. 2. OBJETIVOS DE LA ASIGNATURA: Identificar la utilidad e importancia de la Termodinámica en la cual el alumno calculará el equilibrio de fases con varios componentes y composiciones aplicará los procesos de equilibrio afines a la carrera de reacciones químicas, suministrándole las herramientas necesarias como son: definiciones básicas, regla de fases, equilibrios termodinámicos. 3. PERFIL DOCENTE: CONOCIMIENTOS EXPERIENCIA PROFESIONAL Tener conocimientos en composiciones en el equilibrio de fases con varios componentes. Diagramas termodinámicos de sistemas binarios

Experiencia industrial y/o docente con estudios de licenciatura y/o posgrado.

ELABORÓ

HABILIDADES

Profesional capaz de desarrollar el compromiso social y ético, capacidad de transmitir los conocimientos y su aplicación a situaciones prácticas.

REVISÓ

______________________________ ___________________________ M. en C.Ma. Elena Rosales Peña Alfaro Dr. Gustavo Valencia del Toro PRESIDENTE DE ACADEMIA

SUBDIRECTOR ACADÉMICO

ACTITUDES

Reflexión y análisis Innovación Proactividad Valores compartidos Comunicación abierta y fluida Intercambio de información Visión global Trabajo en equipo Compromiso social

AUTORIZÓ

______________________ Dr. Enrique Duran Páramo DIRECTOR FECHA: JUNIO 2007