MODELO EDUCATIVO PARA EL APRENDIZAJE DE LA TERMODINMICA APOYADO EN REDES DE INFORMACIN.

FASE I

SERGIO ANTONIO MUOZ PINZN

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER

FACULTAD DE INGENIERAS FSICO-MECNICAS

ESCUELA DE INGENIERA MECNICA

BUCARAMANGA, 2007

MODELO EDUCATIVO PARA EL APRENDIZAJE DE LA TERMODINMICA APOYADO EN REDES DE INFORMACIN.

FASE I

SERGIO ANTONIO MUOZ PINZN

Trabajo de grado para optar al ttulo de:

Ingeniero Mecnico

Director

JOS IVN HURTADO HIDALGO

Ingeniero Mecnico

Maestro en Ciencias

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER

FACULTAD DE INGENIERAS FSICO-MECNICAS

ESCUELA DE INGENIERA MECNICA

BUCARAMANGA, 2007

DEDICATORIA

A mi familia, Quin es como Dios?

Sergio Antonio Muoz Pinzn

AGRADECIMIENTOS

Al Seor Jess, Dios todo poderoso. REY de reyes, SEOR de seores

A mi familia por su apoyo y motivacin. Gracias a Dios porque me rode

de personas maravillosas, gracias Madre, gracias Hermano (el mejor

ingeniero mecnico), gracias a mi esposa una gran mujer.

Al Profesor Jos Ivn Hurtado por la confianza depositada en m,

gracias por su colaboracin en el desarrollo de este proyecto y por su

amistad.

CONTENIDO

pg.

INTRODUCCIN.................................................................................... 1

1. DISEO INSTRUCCIONAL............................................................. 4

1.1 ETAPAS DEL DISEO INSTRUCCIONAL............................... 7

1.2 ANLISIS Y SELECCIN DE CONTENIDOS TEMTICOS

GENERALES ...................................................................................... 8

1.3 PLANTEAMIENTO DE LOS SABERES ................................. 25

1.4 ESTABLECIMIENTO DE LA RELACIN PROPSITOS-

CONTENIDOS .................................................................................. 35

1.5 ESTRUCTURACIN MODULAR ........................................... 46

1.6 PLANEACIN CURRICULAR ................................................ 50

1.6.1 Contenido temtico del curso Termodinmica 1 ............. 51

1.6.2 Metodologa y evaluacin del curso ................................ 54

1.6.3 Planeacin curricular del mdulo de propiedades........... 56

2. PORTAL DEL PROFESOR ........................................................... 60

2.1 DESARROLLO Y ESTRUCTURA .......................................... 61

2.2 UBICACIN............................................................................ 63

3. OBJETO DE APRENDIZAJE, TERMORED UIS 1.0 ..................... 66

3.1 CARACTERSTICAS DE LA TERMORED UIS 1.0 ................ 67

3.2 DESARROLLO Y ESTRUCTURA .......................................... 67

3.3 UBICACIN............................................................................ 74

4. CONCLUSIONES .......................................................................... 75

5. RECOMENDACIONES.................................................................. 76

6. BIBLIOGRAFA.............................................................................. 77

LISTA DE FIGURAS

pg.

Figura 1. Etapas de la propuesta metodolgica de diseo instruccional 8

Figura 2. Aparato utilizado por Joule ....................................................15

Figura 3. Convenciones del diagrama secuencial.................................20

Figura 4. Diagrama secuencial de contenidos Termodinmica 1..........24

Figura 5. Visin tridimensional de la relacin Saber, Hacer y Ser. .......25

Figura 6. Enfoque de la metodologa ....................................................26

Figura 7. Estructura modular, primeros dos mdulos ...........................47

Figura 8. Estructura modular tercer mdulo..........................................48

Figura 9. Estructura modular cuarto mdulo.........................................49

Figura 10. Estructura modular quinto mdulo .......................................49

Figura 11. Estructura modular sexto mdulo ........................................50

Figura 12. Estructura modular sptimo mdulo ....................................50

Figura 13. Pgina principal del portal del profesor................................64

Figura 14. Pgina de la asignatura Termodinmica 1...........................65

Figura 15. Pgina de inicio de la Termored ..........................................69

Figura 16. Pgina de sistema de la Termored ......................................70

Figura 17. Pregunta de la actividad 1 de la Termored ..........................71

LISTA DE TABLAS

pg.

Tabla 1. Saberes conceptos fundamentales.........................................28

Tabla 2. Saberes sustancia pura y sus propiedades ............................29

Tabla 3 Saberes primera ley de la termodinmica................................30

Tabla 4 Saberes Segunda ley de la termodinmica..............................31

Tabla 5 Saberes Entropa .....................................................................32

Tabla 6 Saberes Anlisis de segunda ley .............................................33

Tabla 7 Saberes Disponibilidad ............................................................34

Tabla 8. Relacin propsitos contenidos para el primer mdulo ..........39

Tabla 9. Relacin propsitos contenidos para el segundo mdulo.......40

Tabla 10 Relacin propsitos contenido tercer mdulo ........................41

Tabla 11 Relacin propsitos contenido cuarto mdulo .......................42

Tabla 12 Relacin propsitos contenido quinto mdulo........................43

Tabla 13 Relacin propsitos contenido sexto mdulo.........................44

Tabla 14 Relacin propsitos contenidos sptimo mdulo ...................45

Tabla 15 Planeacin Propiedades, sustancia pura ...............................57

Tabla 16 Planeacin Propiedades, gas ideal ........................................58

Tabla 17 Planeacin Propiedades, gas ideal ........................................59

GLOSARIO

ANLISIS FUNCIONAL: es un mtodo utilizado para la definicin de

normas de competencia laboral. Se basa en un proceso en el que se

identifican el propsito principal y las actividades y funciones clave de

una rama o actividad de una empresa, hasta llegar a especificar las

contribuciones individuales que se expresarn finalmente en trminos

de competencia laboral en una norma.

COMPETENCIAS: desde lo acadmico, las competencias son

complejas capacidades integradas que las instituciones forman en los

individuos para que puedan desempearse en diferentes situaciones y

contextos de la vida social y personal, sabiendo ver, actuar, hacer,

eligiendo alternativas, planteando estrategias y tomando decisiones

responsablemente.

DISEO INSTRUCCIONAL: diseo de un plan para facilitar el

aprendizaje y el logro de objetivos relacionados con una unidad escolar

especfica, contempla medios y objetivos, as como estrategias de

instruccin y evaluacin

MDULO DE FORMACIN: Ncleo de la estructura curricular asociado

a la unidad de competencia, integrado por unidades de aprendizaje.

OBJETO DE APRENDIZAJE: Un objeto de aprendizaje corresponde a

la mnima estructura independiente que contiene un objetivo, una

actividad de aprendizaje, un mecanismo de evaluacin el cual puede

ser desarrollado con Tecnologas de Informacin y Comunicacin, para

hacer posible su reutilizacin, interoperabilidad, accesibilidad y duracin

en el tiempo.

TABLA DE SABERES: Instrumento que permite precisar y diferenciar

los saberes que estn integrados en una unidad de aprendizaje.

UNIDAD DE APRENDIZAJE: Referente tcnico pedaggico que permite

la organizacin del trabajo del instructor para la orientacin del proceso

de aprendizaje, bien sea en aulas, talleres, laboratorios, empresas,

comunidades y entornos de formacin.

RESUMEN TTULO: MODELO EDUCATIVO PARA EL APRENDIZAJE DE LA TERMODINMICA APOYADO EN REDES DE INFORMACIN. FASE I * AUTOR: Sergio Antonio Muoz Pinzn ** PALABRAS CLAVE: Termodinmica, diseo instruccional, currculo, Internet, sitio web, aprendizaje en

lnea, e-learning.

DESCRIPCIN: La formacin por competencias es la teora contempornea ms utilizada en educacin y definicin de las capacidades del personal por parte de los departamentos de recursos humanos en las empresas. En Colombia este modelo ha sido adoptado por diferentes entidades educativas; destacndose por profundizar en este campo el Servicio Nacional de Aprendizaje SENA, pioneros de la formacin por competencias impulsados por la necesidad del sector productivo de medir las capacidades de sus trabajadores, en virtud de la estrecha relacin que mantiene el SENA con la Industria. Debido a la amplia difusin de esta forma de medir las capacidades profesionales, la modalidad trascendi a otros campos de la educacin incluidas las universidades, uno de cuyos objetivos misionales consiste en la formacin de profesionales en niveles superiores. Entonces surgi la necesidad de compatibilizar los planes de estudio universitarios con esta metodologa de formacin. Aprovechando este medio, la Universidad Industrial de Santander busca incorporar la Tecnologa de la Informacin y Comunicacin TICs como soporte y canal funcional de comunicacin en el proceso de instruccin aprendizaje. Es en este contexto donde surge el proyecto institucional Prospetic y se acomete la construccin y puesta en marcha del CENTIC. La Termored, apoyada en multimedia, es una propuesta metodolgica que facilita el aprendizaje de los conceptos fundamentales de la termodinmica clsica, y permite al estudiante autoevaluarse interactuando con el Portal del profesor. Las dos opciones se integran como una herramienta funcional en el proceso de instruccin aprendizaje. * Proyecto de grado ** Facultad de Ingenieras Fsico-Mecnicas, Escuela de Ingeniera Mecnica, Profesor: Jos Ivn Hurtado Hidalgo, Ingeniero Mecnico, M.Sc

ABSTRACT

TITLE:

EDUCATIONAL MODEL FOR LEARNING THE THERMODYNAMICS SUPPORTED

IN INFORMATION NETWORKS. PHASE I*

AUTHOR: Sergio Antonio Muoz Pinzn ** KEY WORDS: Thermodynamics, instructional design, curriculum, Internet, web site, online education,

e-learning.

DESCRIPTION: The competence learning model is the most used contemporary theory in education and the departments of human resources at companies to define the abilities of students and employees. In Colombia this model have been developed by educational centers; one of them in the field of technological training, the National Service for Learning SENA, which is perhaps one of the pioneers on training by competence, because of the need expressed by the productive sector of increase the capacities of their workers and strengthening relationship between the SENA and Industry. Due to the wide diffusion of this form of measuring the professional capabilities, this strategy leaked to other fields of education including the university which is responsible for the training of professionals in high level education. Then, there arises the need to make compatible the curriculum with these methods for professional training. According with this, the Universidad Industrial of Santander seeks to incorporate Technology of the Information and Communication TICs as support and new channel of communication within the learning process. Within this concept there arises the institutional project Prospetic and achieved the construction and launching of CENTIC. The Termored, supported in multimedia, is intended to facilitate the learning of the fundamental concepts of classical thermodynamics and, in addition, it allows the student to self-evaluate his knowledge, using Termored in conjunction with the Teachers portal. Both alternatives are integrated as a very useful tool for the learning process. * Degree Project ** Faculty of Physical-Mechanical Engineering, School of Mechanical Engineering, Teacher; Mr. Jos Ivn Hurtado Hidalgo, Mechanical Engineer, M. Sc.

INTRODUCCIN

En este documento se consignan las memorias de la primera fase de un

proyecto que busca acercar las nuevas tecnologas disponibles en el

mbito de la comunicacin y la informacin a los procesos de

aprendizaje de los fundamentos de la termodinmica. Debido a que

este proyecto hace parte de otro proyecto institucional ms ambicioso

en su cobertura y funcionalidad, llamado Prospetic, se acogieron unas

reglas, procedimientos y modelos funcionales predeterminados; as

que, lo primero que se presenta en este documento es un diseo

instruccional o curricular de lo que es la asignatura Termodinmica 1.

Como en todo proceso de diseo, no se puede afirmar que en esta

ocasin se trate de un producto totalmente terminado; de hecho se

puede y se debe mejorar, pero quiz esto no se haga en el papel, sino

en el transcurrir del da a da del proceso de instruccin aprendizaje de

Termodinmica 1, razn por la cual el diseo aqu desarrollado no

constituye una metodologa que se deba implantar forzosamente en

todos las clases; de hecho, cada profesor, en virtud del precepto

consagrado de la libertad de ctedra, es independiente y est habilitado

para decidir cules de los conceptos que se han incluido en esta

propuesta se pueden omitir o incluso est en posibilidades de adicionar

otros nuevos.

La segunda parte del proyecto es quizs la que ms se aproxima al

objetivo especfico de acercar las tecnologas de la informacin y

1

comunicacin al aprendizaje; el primer producto de este tipo que se

expone es el Portal del profesor. Para su desarrollo se cont con el

apoyo profesional de los expertos del CENTIC que impartieron

capacitacin a los docentes y proyectistas acerca de la creacin y

edicin de sitios web mediante el software Microsoft FrontPage. El

portal se instal sobre las plantillas del proyecto Prospetic destinadas a

estos portales; el sitio web del profesor fue desarrollado a comienzos

del primer semestre acadmico de 2007 y se puso a prueba con los

estudiantes de los cursos de Termodinmica 1 y 2 de ese semestre,

quienes lo pusieron a prueba y acogieron; durante el proceso se cont

con el apoyo del Centic en cuyas salas se ofreci al examen de los

estudiantes las pginas y los contenidos del portal. La experiencia con

los estudiantes fue muy interesante y se pudo verificarse su inters por

las imgenes animadas y por la lectura de contenidos.

El segundo producto desarrollado es la Termored, que es un sitio web

diseado principalmente para el proceso de instruccin aprendizaje de

los estudiantes de Termodinmica 1; el objetivo que se seal en un

comienzo fue construir una ayuda basada en redes de informacin para

estudiar las propiedades termodinmicas de una sustancia pura, pero

durante el desarrollo de Termored fue necesario ampliar el alcance de

este objetivo para incluir otros dos tpicos, de tal forma que la

instruccin sobre las propiedades de las sustancias puras fuese clara,

comprensible y realmente productiva para el proceso de aprendizaje;

por lo tanto se incluy en la Termored el concepto de sistemas

termodinmicos y las nociones fundamentales sobre las unidades de

medida de presin y temperatura. Para el desarrollo de esta

herramienta pedaggica fue necesario adelantar, por parte del

proyectista, un curso virtual que ofrece el SENA titulado Diseo web

2

con Macromedia Dreamweaver MX; la experiencia en el aprendizaje en

lnea obtenida en este curso de un mes fue de gran ayuda para el

diseo de la Termored junto con sus contenidos, que deban

presentarse lo ms sencillos posible pero incorporando la mayor

cantidad de conceptos y ocupando un tamao de disco reducido en

trminos de kilobytes. Tambin fue necesario adelantar otro curso

virtual de animacin en Macromedia Flash 8; este se tom del sitio web

www.aulaclic.es que est dedicado a autodidactas porque, a diferencia

del curso del Sena no est guiado por un tutor virtual. Los contenidos

de la Termored, si bien no necesitan de un tutor para su desarrollo,

estn dispuestos de tal forma que si en algn momento el estudiante

tiene una inquietud o duda, podr plantearla al profesor mediante el

correo electrnico o personalmente; tambin se incluye en todas las

pginas el correo electrnico del desarrollador para atender a los

estudiantes y cerrar el lazo mediante la retroalimentacin de la

opiniones, sugerencias, comentarios, dudas e inquietudes.

3

1. DISEO INSTRUCCIONAL

Es el proceso ntegral de anlisis de las necesidades y metas del

aprendizaje y el desarrollo de los sistemas adecuados para impartir la

instruccin con el propsito de satisfacer dichas necesidades. Incluye el

desarrollo de materiales y actividades instruccionales, revisin y

evaluacin de todas las fases de instruccin del estudiante.

El diseo instruccional es el desarrollo de un plan o sistema que

promueve el logro de metas y objetivos educativos. El diseo

instruccional toma como base teoras y modelos de las ciencias de la

educacin, llevando a la prctica estrategias de aprendizaje orientadas

a lograr las metas y objetivos educativos planteados en la carta

descriptiva y el programa de la asignatura.

La organizacin, las acciones educativas y el desarrollo del material

didctico, constituyen las funciones fundamentales del Diseo

Instruccional; ste ha enfrentado una evolucin, pasando desde una

visin restringida meramente conductual, hasta una visin cognitiva

constructivista. La palabra diseo se ha introducido desde hace tiempo

en el campo de las ciencias de la educacin y de la comunicacin,

Robert Glaser lo utiliz en 1967 para la presentacin de un concepto

ampliado de la tecnologa pedaggica; adems, Briggs public ya en

1970 un manual de procedimientos para el diseo de instruccin,

4

fundamentado en un modelo terico-sistemtico del el desarrollo de

sistemas pedaggicos complejos.

Este planteamiento fue ampliado luego considerablemente por Gagn y

Briggs y por Langdon1; quienes a su serie publicada desde mediados

de los aos 70. En efecto, el primer intento de incorporacin de la

psicologa del aprendizaje a las prcticas instructivas est representado

por el modelo de instruccin de Gagn y Briggs, basado en la

taxonoma de Bloom sobre las metas educativas.

La teora de la modificacin de conducta, que ha sido la mayor

influencia en la teora del Diseo Instruccional, se remite a la tesis de

que los individuos no son engendrados con una capacidad mental

innata, por el contrario, se considera la conducta como la nica medida

de verdad de la psicologa; el propsito de esta teora consiste en la

identificacin sistemtica de los principios que rigen la conducta

humana para controlar y predecir los resultados de las ejecuciones que

reflejan el aprendizaje.

Posteriormente, la teora cognoscitivista, propuesta en el estudio de la

enseanza de Collins y Stevens, representa uno de los pocos intentos

de utilizacin del diseo para facilitar el aprendizaje por descubrimiento

que, a diferencia de las teoras de Gagn y Briggs, se basa en la teora

humanista y plantea un acercamiento metodolgico de descubrimiento

para determinar las estrategias de enseanza que son ms apropiadas

para casos individuales y especficos. A partir de entonces, los

1 Tomado de Jeffrey Thomas De Graff. Diseo instructivo en la tecnologa educativa. Tr. Alicia Poloniato.

Diplomado de las nuevas tecnologas en la educacin. UNAM 1995.

5

acercamientos cognoscitivistas, que han tenido una influencia

significativa en la teora del diseo instructivo, incluyen numerosas

disciplinas que comparten un inters comn por la descripcin y

prediccin de procesos mentales y sus productos.

La necesidad de organizar acciones educativas concretas y los

materiales didcticos, tanto escritos como audiovisuales o de cmputo,

requiere el diseo de un plan. Cuando intervienen las Nuevas

Tecnologas esta necesidad se torna ms apremiante. Tomando en

consideracin el patrn de la enseanza tradicional, el Diseo

Instruccional actual se caracteriza por los siguientes rasgos:

Las magnitudes didcticas fundamentales estn centradas en

las actividades de aprendizaje y el educando.

Las acciones didcticas son el desarrollo y configuracin de los

ambientes y de las tareas de aprendizaje.

Los sistemas de enseanza-aprendizaje son considerados

como productos reproducibles de procesos de desarrollo

fundamentados y comprobados cientficamente.

Los multimedia (en el sentido ms amplio) se utilizan en gran

medida en la estructuracin de medios ambientes de

aprendizaje, y ms an, en el respectivo modelo didctico que

determina su aplicacin.

Se reconoce que el Diseo Instruccional puede ser considerado

como un proceso, pero tambin como un producto.

6

1.1 ETAPAS DEL DISEO INSTRUCCIONAL

En el desarrollo del diseo instruccional, al igual que sucede con el

diseo mecnico, usualmente se presentan varias propuestas sobre la

metodologa para desarrollar dicho diseo instruccional y sus etapas.

En el desarrollo de este proyecto se aplica la metodologa desarrollada

en la Universidad Industrial de Santander por el grupo a cargo del

aprendizaje en lnea o e-learning del CENTIC, ya que se ha

desarrollado para facilitar la implementacin de las tecnologas de la

informacin y comunicacin en la educacin superior; las etapas

identificadas dentro del diseo instruccional son:

Anlisis y seleccin de los contenidos temticos generales

Planteamiento de los saberes y procedimientos relacionados

Establecimiento de la relacin propsitos-contenidos

Estructuracin modular

Planeacin curricular

En los subttulos siguientes se desarrollan estas etapas,

especficamente para su aplicacin a la asignatura Termodinmica 1, a

cargo de la Escuela de Ingeniera Mecnica de la UIS. El resultado de

un diseo instruccional, as como cualquier otro proceso de diseo, es

susceptible de sufrir cambios y mejoras; de hecho se considera que un

diseo nunca est completamente terminado ya que se debe

contemplar siempre la posibilidad de su desarrollo y mejoramiento

posteriores. La propuesta metodolgica se muestra grficamente en la

figura 1

7

Seleccin de contenidos generales

Planteamiento de los saberes

Relacin propsitos contenidos

Estructuracin modular

Planeacin curricular

Figura 1. Etapas de la propuesta metodolgica de diseo instruccional

1.2 ANLISIS Y SELECCIN DE CONTENIDOS TEMTICOS GENERALES

Dentro de la vasta extensin conceptual y procedimental de la

termodinmica, es necesario seleccionar cuidadosamente los

contenidos que se pretende desarrollar dentro de la asignatura

Termodinmica 1. Ante todo se debe recordar que este curso es quiz,

para muchos de los estudiantes, su primer contacto con esta rama de la

ciencia que aborda el estudio de la energa y la entropa. El curso no

pretende ir ms all de un nivel introductorio del estudio de la

termodinmica clsica, que estudia los sistemas termodinmicos con

base en variables macroscpicas. La termodinmica clsica es una

ciencia fenomenolgica pues slo se ocupa de las descripciones, sin

llegar hasta las causas de los fenmenos que describe. Para los

estudiantes de cualquier especialidad de la ingeniera es fundamental

8

este curso bsico porque presenta los fundamentos para entender los

procesos energticos, y el enfoque de sistemas que usa la

termodinmica es importante para la solucin de problemas reales en

los diversos campos de la ingeniera.

El objetivo de la asignatura Termodinmica 1 ya est definido dentro del

currculo de la Escuela de Ingeniera Mecnica2 y es el siguiente:

Contribuir a la formacin en el estudiante de las siguientes

competencias:

Capacidad de identificar y formular problemas de ingeniera

relacionados con la termodinmica y las transformaciones

energticas en el mbito conceptual as como en trminos de

modelos fsico-matemticos.

Habilidad para aplicar los principios bsicos de termodinmica

clsica en el anlisis de procesos y ciclos que involucran

sustancias simples y puras.

Capacidad de generalizar efectivamente los axiomas bsicos de

los anlisis de la termodinmica clsica con enfoque

macroscpico y extrapolar estos conceptos a diversos sistemas

y sustancias.

2 Escuela de Ingeniera Mecnica. UIS. Plan curricular. Trabajo realizado con miras a obtener la acreditacin

del programa de Ingeniera Mecnica.

9

Como se puede apreciar, el objetivo de la asignatura es bastante amplio

y ambicioso pues se espera que el estudiante vaya ms all de lo

tratado durante el curso; desafortunadamente el tiempo de duracin del

curso y su intensidad horaria obligan a introducir muchos conceptos

nuevos cada semana, por lo que se requiere un fuerte trabajo fuera del

aula por parte de los estudiantes para cimentar correctamente toda la

base terica. Por estas razones, en la tabla de contenidos se ha

propuesto que el estudiante desarrolle de forma autodidacta los tpicos

no abordados en clase; estos tpicos se evalan en las pruebas

parciales junto con los tratados.

Debido a que la asignatura constituye la aproximacin en el nivel

introductorio, lo primero que se debe estudiar es el vocabulario utilizado

en la ciencia conocida como termodinmica; por esto las primeras

clases de un curso de Termodinmica 1 se dedican a definir las

variables, que en termodinmica se conocen como propiedades,

involucradas en los fenmenos o procesos que se pretende describir. El

orden del curso prosigue con una descripcin de la realidad fsica que

se quiere estudiar; en termodinmica el objeto de estudio son los

sistemas termodinmicos o simplemente sistemas. Se contina con su

clasificacin que define el rumbo de la asignatura, pues se definen dos

clases de sistemas; abiertos y cerrados; es tan importante esta divisin,

que en algunos textos estudian cada una de las leyes o principios

termodinmicos por separado, en sus aplicaciones a cada tipo de

sistema.

A continuacin de esta aproximacin general y de la exposicin de las

definiciones, se prosigue con la aplicacin de todos estos conceptos a

la sustancia pura y sus propiedades; este tema del curso es de suma

10

importancia ya que los sistemas que se estudian slo pueden ubicarse

en una de las siguientes dos opciones: o estn constituidos por una

sustancia pura o bien, su comportamiento se puede modelar como una

sustancia pura dentro del rango de estudio. Dicho de otro modo, en

Termodinmica 1 no se estudian las mezclas de sustancias, ni las

reacciones qumicas, ni mucho menos las reacciones nucleares.

Aprovechando la nocin de sustancia pura, se introducen en el curso

las primeras tablas de propiedades termodinmicas, instrumentos de

suma importancia en esta rama de la ciencia pues recopilan de manera

sistemtica cientos de datos obtenidos de la experimentacin. De todas

la ramas de la ciencia, es la termodinmica la nica cimentada por

completo en la experiencia; en este sentido se trata de una ciencia

netamente emprica; sus leyes son el resultado de cientos de

observaciones y experimentos que confirman que siempre se cumplen.

En el momento de que se demuestre lo contrario, la termodinmica est

dispuesta a replantear la validez y restricciones de sus leyes, pero

hasta el momento actual no se ha demostrado, por ejemplo, que la

energa no se conserve, ni que la entropa de los universos

termodinmicos disminuya, ni que los sistemas por naturaleza no

tiendan al equilibrio. Por otra parte, existen otras ramas de la ciencia

como la termodinmica y mecnica estadstica que llegan a los mismos

argumentos de la termodinmica clsica, desde el punto de vista de las

probabilidades. Efectivamente, la naturaleza siempre escoge las

opciones ms fciles y las rutas y situaciones ms probables.

En el mdulo destinado a la sustancia pura y sus propiedades, se

estudian, adems de las definiciones, las fases en las que se pueden

presentar estas sustancias en la naturaleza. Al tiempo que se introduce

el concepto de fases es necesario introducir el de proceso de cambio de

11

fase; para los ingenieros, y en especial para los mecnicos, el proceso

de cambio de fase es de gran importancia debido a sus aplicaciones en

los denominados ciclos termodinmicos, debido a que estos ciclos son

los que se utilizan ampliamente en las aplicaciones relacionadas con

generacin de potencia, refrigeracin, acondicionamiento de aire, etc.

En este mdulo se estudia una sustancia ideal ampliamente acogida

como modelo, llamada el gas ideal, y se estudian otros modelos

utilizados en la termodinmica de los gases; se estudian tambin los

procesos de expansin y compresin politrpicos de gases ideales. En

este contexto surge la pregunta: por qu estudiar una sustancia que

no existe y sus procesos de expansin y compresin? La respuesta se

obtiene de la naturaleza que permite modelar con exactitud razonable

los gases reales (como el aire, el oxgeno, el nitrgeno, el metano, el

dixido de carbono, el vapor de agua y muchos otros) y sus procesos,

echando mano de un modelo fsico-matemtico sencillo en el rango de

las presiones bajas; adems el gas ideal es la sustancia simple por

excelencia; se entiende por sustancia simple aquella que se encuentra

en una sola fase. Se propone tambin el uso de otros modelos ms

complejos de gases como la carta de compresibilidad, que se

fundamenta en la correlacin de los estados correspondientes y la

validez de ecuaciones de estado tales como la de Van der Waals3,

Bennedict-Webb-Rubin, virial4, etc, obtenidas a partir de verificaciones

3 Johannes Diderik van der Waals. Fsico holands que gan el premio Nbel de Fsica en 1910 por su

trabajo con las ecuaciones de estado de lquidos y gases, fue el primero en tener en cuenta la influencia del

tamao de las molculas y las fuerzas intermoleculares o de var der Waals en su honor en el volumen de

los gases y lquidos. 4 Para mayor informacin acerca de las ecuaciones de estado consultar cualquier texto de cintica de

gases. El autor recomienda el siguiente texto para ampliar el tema de ecuaciones de estado desde el inters

de ingeniera: Advance Thermodynamics for Engineers. Desmond E. Winterbone. Editorial Arnold. 1997

12

experimentales, las cuales se proponen como tema de auto estudio, por

parte de los alumnos.

Una vez que se completa el estudio de la sustancia pura, y sus

procesos de cambio de fase, la definicin de una propiedad nueva

como lo es la calidad de la mezcla, y los gases ideales, se propone

realizar una evaluacin parcial y general de lo aprendido hasta el

momento. Los exmenes de termodinmica son en verdad

acumulativos; no es conveniente para el estudiante que avance sin

haber alcanzado la compresin de los temas previos. Se prosigue

entonces con el estudio de los fenmenos trabajo y calor, aqu es

necesario proponer nuevas definiciones a medida que se prosigue el

estudio; el trabajo y el calor son nociones ntimamente relacionadas con

la primera ley de la termodinmica. Por regla general, en termodinmica

se estudia primero la aplicacin de las leyes a los sistemas cerrados y

posteriormente se aborda su estudio en los abiertos; como caso general

y se comprueba que se cumplen para el caso particular de los sistemas

cerrados. Es conveniente que los estudiantes de termodinmica no se

limiten nicamente a repasar lo expuesto en clase por el profesor, sino

que es indispensable efectuar lecturas complementarias y verificaciones

de validez de los principios, por iniciativa propia del alumno; un aspecto

muy importante que debe tenerse muy en cuenta es el desarrollo

histrico que ha tenido la termodinmica, una ciencia relativamente

joven de la que hoy se puede decir, en trminos generales, que estudia

las transformaciones de la energa. Los primeros estudiosos no

conocan el concepto de energa como tal, y mucho menos las leyes de

la termodinmica; sin embargo lograron explicar algunos de los

fenmenos que se presentan en la naturaleza mediante teoras que hoy

en da ni siquiera se mencionan, o a las que se asume como etapas del

13

desarrollo del arte, y se enuncian como referentes histricos en los

salones de clase; aspectos tales como la teora del calrico que abord

el estudio del calor como un fluido invisible que flua de los cuerpos

calientes hasta los fros, teora que, por cierto, fallaba al tratar de

explicar cmo el trabajo realizado por la fuerza de friccin es capaz de

calentar los cuerpos; esta teora fall porque, de los cuerpos cuyas

superficies estn en contacto, al someterlas a friccin se calientan sin

que se les transfiriera calor. Ahora bien, con la primera ley de la

termodinmica con base en los experimentos de Joule5 y los

enunciados de Kelvin6 que demuestran la equivalencia entre antes dos

conceptos separados: el trabajo y el calor, se puede afirmar que los

cuerpos se calientan debido a la acumulacin de la energa interna. Sin

embargo es importante resaltar que Carnot7, utilizando la teora del

calrico disponible en su poca, sent las bases de lo que hoy se

conoce como la segunda ley de la termodinmica, cuya comprensin

se facilita con la definicin de entropa, que Carnot desconoca. 5 James Prescott Joule, demostr experimentalmente la equivalencia entre trabajo y calor. Trabaj junto con

William Thomson (Lord Kelvin) en el estudio de los gases descubriendo el efecto Joule Thomson. El

experimento de Joule consisti en medir el incremento de temperatura de una cantidad de agua en un

recipiente aislado (adiabtico) provocado por el trabajo de las aspas de un agitador movido por un polipasto

conectado a un par de pesas que descienden. El cambio en energa potencial de las pesas por la prdida

de altura es igual a la energa interna absorbida por el agua con su incremento de temperatura. Por ese

entonces ya se saba que la capacidad calorfica o calor especfico del agua es 1 cal/(gC) por definicin,

entonces la energa potencial perdida por la pesas deba ser igual a la energa trmica ganada por el agua

al calentarse. Se demostr entonces que 1 cal = 4.18 J. Tomado de Cengel. Yunus. Thermodynamics, an

engineering approach. 6 La primera ley de la termodinmica se formul despus de que se haba enunciado la segunda ley.

Adems de Kelvin participaron otros reconocidos cientficos de la poca 7 Nicols Lonard Sadi Carnot, publica en 1824 Reflexiones sobre la potencia motriz del fuego y sobre las

mquinas adecuadas para desarrollar esta potencia, descubre que la eficiencia de una mquina trmica

depende de las temperaturas de transferencia de calor a los reservorios de alta y baja. Como ingeniero

siempre estuvo interesado por el funcionamiento de las mquinas de vapor. Su trabajo fue fundamental para

que Kelvin en Inglaterra y Rudolf Clausius en Alemania plantearan al mundo los enunciados de la segunda

ley de la termodinmica.

14

Figura 2. Aparato utilizado por Joule

Para desarrollar las ecuaciones que se utilizan en la resolucin de

problemas y anlisis que involucran el conocimiento de la primera ley

junto con las nociones de sistemas abiertos o volmenes de control, la

termodinmica comparte definiciones y procedimientos con la mecnica

de fluidos, especficamente en la aplicacin del teorema de Reynolds8 a

la primera ley deducida para los sistemas cerrados; esto sucede as

porque los primeros experimentos de Joule para demostrarla se

realizaron con sistemas de esta clase. Tambin se plantea la utilidad de

la propiedad entalpa para facilitar los clculos de los volmenes de

control, pero esta propiedad es tan verstil que es adems til al

describir los procesos a presin constante de sistemas cerrados.

8 Osborne Reynolds. Estudi la hidrodinmica y la mecnica de fluidos. Enunci el teorema del transporte

que lleva su nombre, relaciona el cambio en una extensiva de un volumen de control con las ratas de flujo y

almacenamiento de esa propiedad. Se puede entonces a partir de una ley fsica para un sistema cerrado

extenderla a un volumen de control. Public sus estudios en un artculo titulado Philosophical Transactions

en la Royal Society en 1883. Estudi adems los diferentes regmenes de flujo experimentalmente y los

llam laminar y turbulento. Para mayor informacin ver Introduction to Fluid Mechanics. Y. Nakayama.

Editorial Butterworth Heinemann. 2000

15

Una vez que se tiene claridad sobre estas nociones, se definen los

calores especficos, que son muy tiles a la hora de calcular las

propiedades energa interna y entalpa, cuando no se dispone de tablas,

o cuando se desea realizar clculos de aproximacin para evitar el uso

de tablas. Cuando un estudiante alcanza la comprensin de los

conceptos tericos y empricos vistos hasta el momento, se verifica la

amplia aplicabilidad que tienen en ejercicio prctico de la ingeniera y

ms an en los asuntos que normalmente involucran al ingeniero

mecnico; una vez apropiados estos conceptos y verificada la habilidad

de los procedimientos, el estudiante est en capacidad de realizar

anlisis energticos en los diferentes tipos de mquinas y dispositivos

de uso corriente en los procesos industriales, tales como bombas,

turbinas, compresores, toberas, difusores, calderas, intercambiadores

de calor, vlvulas, etc.

Antes de proseguir con el estudio de la segunda ley de la

termodinmica se debe asegurar la total comprensin de la primera; el

estudiante debe estar en la capacidad de identificar y resolver la

variedad de problemas relacionados sistemas cerrados, volmenes de

control, y con las nociones de flujo permanente, estacionario o estable y

el flujo no permanente o transitorio. El estudio de la segunda ley se

aborda de manera similar a como se lleg a su descubrimiento, cuando

Sadi Carnot trabajaba con las mquinas trmicas y su capacidad de

transformar el fuego (calor) en movimiento (trabajo); posteriormente

se enuncia la segunda ley en trminos de los postulados de Clausius,

16

Kelvin y Planck9 y se confirma la termodinmica como ciencia

experimental, como una rama de la fsica; el estudiante empieza a

estudiar la segunda ley con las mquinas trmicas para posteriormente

revisar los enunciados para la segunda ley y sus implicaciones. De esta

manera obtiene nuevos enfoques para el anlisis de los fenmenos de

la naturaleza, y se revela la tendencia de los sistemas hacia el

equilibrio, condicin en la que dichos sistemas no estn en capacidad

de transferir energa, a la manera de sistemas hipotticamente muertos;

se verifica, en consecuencia, que es el desequilibrio entre dos sistemas

lo que permite sacar provecho y trabajo de ellos y de sus interacciones.

Histricamente, as como la primera ley, la segunda tambin fue objeto

de rechazo para su aceptacin en la comunidad cientfica; incluso

algunos pensadores polticos la negaron porque se oponan a sus ideas

y filosofas, de manera similar a lo ocurrido en el medioevo con las

ideas de Coprnico y Galileo; pero inevitablemente los postulados de la

termodinmica fueron imponindose y reciben amplia aceptacin.

En este orden de ideas se aborda a continuacin la desigualdad de

Clausius que conduce a la definicin de la entropa. As como en la

primera ley se adopta la energa como el concepto esencial de su

fundamentacin, en el planteamiento de la segunda se presenta la

necesidad de definir una nueva propiedad denominada entropa. Para la

mayora de los estudiantes es su primer encuentro con este trmino que

a diferencia de lo que sucede con la energa, su uso dentro del

vocabulario comn diferente del especializado de la termodinmica es

infrecuente y hasta extico, cuando no desconocido, aunque en los 9 Los enunciados de Clausius y Kelvin-Plank son los ms conocidos de la segunda ley y los que se estudian

en el curso de Termodinmica 1. Los dos enunciados son equivalentes, esta demostracin se encuentra en

los libros de texto como Cengel op. Cit.

17

ltimos tiempos se ha echado mano de l en el lxico de la teora de la

informacin e inclusive en las teoras del aprendizaje. Junto con esta

propiedad se estudian los diagramas de Mollier10 o h-s y el diagrama

entrpico o T-s; la importancia de estos diagramas, que son

instrumentos que ayudan a la comprensin de los fenmenos y en el

ejercicio de las aplicaciones de ingeniera, radica en la facilidad de

representar en ellos los procesos termodinmicos y en el clculo del

trabajo y transferencia de calor, aunque esto no es muy comn en la

actualidad, puesto que los ingenieros cuentan con programas

computarizados que incluyen soluciones grficas- para el proceso de

clculo de las propiedades de las sustancias, con lo cual se ahorra

tiempo y se mejora la precisin de los clculos y anlisis, pero es

indispensable que se realice el ejercicio acadmico de entender los

diagramas y sus aplicaciones y utilidad en la solucin de problemas,

antes de ir al software. Se deben adquirir tambin las competencias

para el clculo de la entropa de las sustancias puras y de los gases

que se estudiaron en los captulos anteriores. Igualmente se desarrollan

conceptos e instrumentos de anlisis para evaluar el desempeo de

mquinas, tales como el de eficiencia o coeficiente de funcionamiento.

Otro tpico importante que surge con la aparicin de la entropa es la

relacin Tds que es una formulacin funcional matemtica entre las

propiedades termodinmicas involucradas, de gran utilidad cuando se

definen otras propiedades que necesariamente deben expresarse en

funcin de aquellas que son directamente medibles, como la presin, el

volumen y la temperatura; por ejemplo no existen por llamarlos de

alguna manera- un entalpmetro o un entropmetro, pero esto no 10 Richard Mollier public el primer diagrama h-s en 1904, fue pionero en la representacin grfica de las

propiedades termodinmicas y utiliz estas grficas en la enseanza de la termodinmica, as como se

viene haciendo desde entonces.

18

imposibilita a los ingenieros para conocer y calcular con extraordinaria

precisin estos valores y esto se consigue gracias al clculo

multivariable.

A partir de la segunda ley y de su concepto asociado, la entropa, se

adquiere conciencia de la dificultad para conseguir el objetivo de la

termodinmica (analizar el fenmeno de la conversin del calor en

trabajo) y es aqu donde los ingenieros y la ciencia trabajan para poder

convertir directamente las formas de energa potencial, como la

qumica, en trabajo til sin necesidad de utilizar la transferencia de calor

y ser necesaria por lo tanto una mquina trmica. Es conveniente

proponer como temas de lectura las celdas de combustible, los

generadores magnetoelectrohidrodinmicos, celdas fotovoltaicas,

generadores terminicos y termoelctricos o cualquier otro principio y

dispositivo que involucre nuevos desarrollos relacionados con la

conversin eficiente de la energa. Es conveniente, ya para finalizar el

curso de termodinmica propuesto, que se incluyan los conceptos de

disponibilidad e irreversibilidad, trabajo disponible, exerga; la necesidad

de estos conceptos en termodinmica estriba en que permiten

determinar cuanta de una determinada cantidad de energa puede ser

convertida en trabajo y con qu eficiencia se realiza ese proceso de

transformacin, con el fin de buscar la reduccin de la irreversibilidad y

por lo tanto de costos cuando la labor del ingeniero se desarrolla en el

campo de la produccin industrial.

En el estudio de disponibilidad as como de la energa y la entropa se

realiza en primera instancia en relacin con el sistema cerrado; una vez

comprendido su significado en este sistema se extiende y generaliza al

volumen de control.

19

Teniendo en cuenta el conjunto de temas mencionados se procede a

cuestionar sobre que temas puede englobar el listado anterior y

tendiente a generar una macroestructura que permita la conexin de

temas bsicos y desglosarlos en temas generales hasta llegar a temas

que no se puedan desagregar11. El objetivo de dicha macroestructura

es observar la desagregacin de los temas y su interaccin la cual

vendr limitada de acuerdo a las siguientes convenciones:

Dependencia.

Preconcepto.

Transversalidad.

Causa/consecuencia.

Paralela.

Figura 3. Convenciones del diagrama secuencial

11 VERGEL, Dania; RAMIREZ, Doris; ESTRADA, Lilia. Propuesta metodolgica para el diseo e

implementacin de diseos curriculares bajo la visin de competencias para asignaturas de programas de

formacin profesional. UIS. 2005

20

La desagregacin se hace a partir de lo general a lo particular, se

representa en el diagrama a travs de bifurcaciones de un contenido

hacia otro u otros con las conectividades anteriores, debe ser coherente

con los saberes antes planteados.

Secuencialidad: Describe el desarrollo temporal de los temas de la asignatura en sentido vertical, se quiere decir que se debe tener un

orden lgico en la desagregacin de los temas.

Las relaciones entre los temas de las asignaturas son:

Dependencia: permite que dos temas se contextualicen en el

proceso de aprendizaje de la asignatura.

Preconcepto: evidencia de que existe informacin necesaria

aunque no suficiente para abordar el tema y que, por lo tanto,

se requiere informacin adicional que permita el proceso de

enseanza-aprendizaje.

Transversalidad: equivale a decir que se requiere para abordar

mltiples temas en diferentes espacios de tiempo y contexto

para llevar a cabo exitosamente el proceso de aprendizaje (se

desea para evitar la redundancia de temas dentro de la

asignatura).

21

Causa-consecuencia: evidencia de que existe informacin

necesaria y suficiente entre el tema origen y el tema de destino

involucrados en el proceso de aprendizaje.

Paralela: los temas que se desagregan del tema origen poseen

el mismo grado de importancia y por tanto pueden ser

abordados en cualquier orden en el proceso de aprendizaje.

Con base en el procedimiento anterior: anlisis, definicin de los temas

principales y conectividad, se obtiene como producto el diagrama

secuencial de contenidos el cual es la forma como se estructura la

materia, se asocian sus temticas para el proceso de aprendizaje de la

asignatura12.

El diagrama secuencial de contenidos tiene como objetivos:

Representar grficamente el entorno conceptual de la

asignatura.

Mostrar las temticas generales identificadas y seleccionadas

para la asignatura.

Mostrar las relaciones entre los contenidos: dependencia,

transversalidad, causa/consecuencia, paralelo, preconcepto.

Para el caso de la asignatura Termodinmica 1 se puede decir que la

transversalidad se presenta en todos los contenidos, porque todos 12 VERGEL, Dania y otros. Op. cit

22

23

estn interconectados unos con otros; por ejemplo el contenido de

unidades, aunque se desarrolla como tema al comienzo del curso,

durante el desarrollo del mismo se van introduciendo nuevas unidades

para cuantificar los conceptos que surgen secuencialmente, tales como

energa, calor, trabajo, potencia, entalpa, entropa, disponibilidad,

irreversibilidad, etc. Por esta razn no se ha representado ninguna

relacin de transversalidad en el diagrama de contenidos secuenciales

mostrado en la figura 4.

Figura 4. Diagrama secuencial de contenidos Termodinmica 1

24

1.3 PLANTEAMIENTO DE LOS SABERES

Para desarrollar la propuesta metodolgica se debe realizar la

desagregacin de los contenidos generales presentes en el diagrama

secuencial de saberes: saber, saber hacer y saber ser que, a su vez,

corresponden a los contenidos conceptuales, procedimentales y

actitudinales.

El saber ser, que concierne a las actitudes y valores de

comportamiento del estudiante en su proceso de enseanza

aprendizaje, no se abordar en el diseo instruccional puesto que para

valorar este tem no se dispone de los elementos necesarios para

llevarlo a cabo.

A continuacin se presenta grficamente la relacin entre el saber, el

hacer y el ser; esto quiere decir que tanto un tem como otro se

relacionan estrechamente.

Saber

Figura 5. Visin tridimensional de la relacin Saber, Hacer y Ser.

Ser Hacer

25

El ser se pretende normalizar mediante recursos humanos que faciliten

el desarrollo personal del individuo, por lo tanto se trabajar el saber y

el hacer simultneamente, y esto enmarcado en una sola visin para

que cada individuo perciba la funcionalidad en una misma forma.

Saber

Hacer

Figura 6. Enfoque de la metodologa

Mediante la realizacin de los saberes se busca clasificarlos en saber y

saber hacer, construir una propuesta del saber teniendo en cuenta las

actitudes que apoyen el proceso de enseanza aprendizaje adoptado

en la asignatura Termodinmica 1, e identificar las competencias

individuales que se deben desarrollar en la asignatura.

Como resultado de la desagregacin de los saberes se obtiene la tabla

de saberes; las principales caractersticas de este producto son:

mostrar en forma ordenada la clasificacin de los saberes, en la que

cada saber se describe mediante acciones especficas del proceso de

enseanza aprendizaje que se desarrollar en el estudiante (lo cual

sirve de gua para el docente en cuanto a las directrices de los

resultados que deben asumirse por parte de los aprendices). Los

saberes se relacionan verticalmente de forma secuencial, y en algunos

26

casos de manera jerrquica, manteniendo siempre la relacin causa-

consecuencia de forma horizontal.

Los saberes son acciones puntuales de aprendizaje que se espera

desarrollar en el estudiante; el saber se refiere a hechos, teoras y

principios del conocimiento; el saber hacer relaciona los

procedimientos, tcnicas, mtodos, habilidades y destrezas que

necesariamente se deben desarrollar en los estudiantes.

La estructura gramatical de los contenidos tiene la siguiente disposicin:

Verbo + Objeto + Condicin

En la enunciacin de los saberes siempre se debe tener en mente la

misin y la visin especficas de los programas de Ingeniera de la

Universidad Industrial de Santander.

Para cada uno de los contenidos generales del diagrama secuencial, se

establecen el saber y el saber hacer; y para la confeccin de la tabla de

saberes existe una gran variedad de verbos en la taxonoma de

Bloom13 con el propsito de poder enunciar correctamente los saberes.

A continuacin se presentan las tablas de saberes de la asignatura

Termodinmica 1.

13 BLOOM, Benjamn. Taxonoma de los verbos de la Educacin: Clasificacin de las Metas Emocionales.

Manuales I y II. 7 Ed. Buenos Aires: El Ateneo, 1979

27

Tabla 1. Saberes conceptos fundamentales

TABLA DE SABERESCONCEPTOS FUNDAMENTALES

SABER HACERIdentificar el concepto de termodinmica y sus campos de aplicacin en la ingeniera

Utilizar el concepto de termodinmica y suobjetivo durante el desarrollo del curso

Identificar las magnitudes utilizadas enla termodinmica clsica

Manejar adecuadamente las unidades en la solucin de problemas y en el lenguaje de ingeniera

Distinguir entre las diferentes clases desistemas termodinmicos

Sealar qu clase de sistema se estudiadentro una frontera

Analizar las clases de propiedades queposee un sistema termodinmico

Relacionar las propiedades extensivas y lasintensivas

Comprender el significado del estadotermodinmico y su importancia en elestudio de los sistemas

Percibir la importancia del estadotermodinmico para describir elcomportamiento de los sistemas.

Describir los conceptos de procesos y ciclos termodinmicos

Estudiar los procesos y ciclos termodinmicos

Mencionar el postulado de estado parauna sustancia simple compresible

Valerse del postulado de estado paraencontrar las propiedades desconocidas de unsistema.

Definir temperaturaDescubrir los mtodos de medicin detemperatura y su importancia como propiedadde los sistemas cotidianos.

Precisar el concepto de presin y de lasreferencias utilizadas en su medicin

Mencionar las referencias de medicin de presin.

Reconocer la diferencia entre presinmanomtrica y absoluta

Evidenciar mediante la resolucin deproblemas que se tiene claro el concepto depresin y sus referencias

Observar la diferencia entretemperatura absoluta y relativa en lasdiferentes escalas de temperatura

Convertir temperaturas de una escala a otra.Distinguir en qu casos se debe utilizar unaescala de temperatura absoluta

Explicar la ley cero de la termodinmicaJustificar la importancia de la ley cero en lamedicin de la temperatura.

TERMODINMICA 1

28

Tabla 2. Saberes sustancia pura y sus propiedades

TABLA DE SABERES TERMODINMICA 1 SUSTANCIA PURA SABER HACER

Mencionar el significado de sustancia pura y de sustancia simple compresible

Identificar cules sustancias son simples y cuales puras entre varias propuestas

Explicar el concepto de fase de una sustancia pura

Razonar acerca de las fases en las que se presentan las sustancias

Conocer los procesos de cambio de estado

Advertir los procesos de cambio de estado que suceden en el entorno cotidiano

Describir los procesos de cambio de estado apoyado en los diagramas termodinmicos

Emplear los diagramas termodinmicos para explicar lo que sucede en los proceso termodinmicos

Generalizar el concepto de diagrama termodinmico a la superficie PvT

Simular la construccin de los diagramas termodinmicos Pv y Tv a partir de la superficie PvT y viceversa

Describir las tablas termodinmicas Utilizar las tablas termodinmicas para encontrar las propiedades de las sustancias

Razonar la relacin entre las tablas y los diagramas

Manejar las tablas y los diagramas para ubicar diferentes estados y procesos termodinmicos

Describir el gas ideal y su ecuacin de estado. Deducir la ecuacin de estado de las relaciones de Boyle y Charles

Aplicar el concepto de gas ideal para modelar gases a bajas presiones

Analizar el proceso poltropico de expansin y de compresin de un gas ideal

Observar el comportamiento del gas ideal en un proceso de expansin o compresin.

Generalizar el concepto de gas ideal y ecuacin de estado a los gases reales.

Utilizar el factor de compresibilidad Z para calcular las propiedades de un gas real

Conocer las carta generalizada de compresibilidad

Comprobar la efectividad de los diferentes modelos de los gases mediante el uso del principio de los estados correspondientes, de gas ideal y tablas termodinmicas.

Presentar otras ecuaciones de estado para modelar sustancias

Adquirir destreza en la utilizacin de ecuaciones de estado en sustancias cuando no se dispone de tablas.

29

Tabla 3 Saberes primera ley de la termodinmica

TABLA DE SABERESPRIMERA LEY

SABER HACERDescribir el significado de Transferenciade calor y trabajo

Reconocer la diferencia entre calor, trabajo y energa

Explicar la primera ley de latermodinmica

Elaborar balances energticos de los sistemastermodinmicos

Citar las tres formas de transferenciade calor

Expresar qu forma de transferencia es la predominante en cierta transferencia de calor.

Mencionar las diferentes formas de trabajo

Determinar las clases de trabajo presentes enun sistema termodinmico

Comprender el significado de la primera ley de la termodinmica

Analizar el enunciado del primera ley de la termodinmica. Estudiar la aplicacin de la primera ley de la termodinmica en la resolucin de problemas con transferencia de energa.

Entender el significado de la energainterna y su importancia en la primeraley

Observar cuidadosamente la forma en que sedefine la propiedad energa interna dentro delas ecuaciondes de primera ley de sistemascerrados

Explicar el concepto de calor especficoCalcular la energa interna y la entalpa de sustancias a partir del conocimiento de sus calores especficos

Entender el significado de la entalpa y su importancia en la primera ley de sistemas abiertos

Observar cuidadosamente la forma en que se define la propiedad entalpa especfica dentro de las ecuaciondes de primera ley de sistemas abiertos

Distinguir las caractersticas de loscalores especficos para las diferentesfases

Analizar la diferencia de los caloresespecficos de los slidos y los lquidos y losgases

Explicar la forma de calculo de loscalores especficos de los gases ideales

Calcular los calores especficos de los gases ideales y utilizar estos clculos para resolver problemas de intercambio de energa de gases ideales.

Deducir la ecuacin de la primera leypara el sistema abierto a partir de laecuacin del sistema cerrado medianteel uso del Teorema de Reynolds

Explicar el significado de cada uno de lostrminos de la ecuacin de la primera leypara los sitemas abiertos.

Representar los dispositivos ingenieracomo sistemas de flujo permanente

Emplear los modelos de los dispositivos deflujo permanente en la resolucin deproblemas de mayor complejidad comoplantas trmicas.

Explicar el proceso de flujo nopermanente

Calcular el estado de un sistema luego de queha sufrido un proceso de flujo no permanente

Establecer dadas las caractersticas deun proceso de flujo qu clase de flujo es y qu ecuaciones utilizar

Interpretar los diferentes procesos de flujo yanalizar sus diferencias.

Especificar en qu casos de aplicacionesde ingeniera se utiliza la primera ley dela termodinmica

Encontrar sistemas en los que se puedanaplicar la primera ley de la termodinmica.

TERMODINMICA 1

30

Tabla 4 Saberes Segunda ley de la termodinmicaTABLA DE SABERES

SEGUNDA LEYSABER HACER

Definir depsito y sumidero de energa

Identificar la aplicacin prctica del conceptode depsito y sumidero, que se utiliza en laingeniera de las mquinas trmicas,refrigeradores y bombas de calor.

Razonar acerca del concepto deincremento de entropa del universotermodinmico

Argumentar con base en el principio deincremento de entropa si es o no posible larealizacin de un proceso.

Aclarar el significado de reservorios y sumideros de energa

Describir los depsitos o reservorios ysumideros de energa como una clase especialde sistemas cuyo cambio en las propiedadeses mnimo.

Plantear el significado de mquinatrmica, y su funcin dentro delobjetivo de la termodinmica detransformar el calor en trabajo

Establecer la utilidad de las mquinas ymotores trmicos para la humanidad,determinar las mquinas trmicas que seusan y su modelo termodinmico comomquinas y motores trmicos

Establecer el concepto de eficiencia deuna mquina trmica como una relacinentre dos clases de transferencia deenerga.

Interpretar el concepto de eficiencia de unamquina trmica, analizar la eficiencia de lasmquinas trmicas reales tomando concienciade la dificultad de la conversin calor atrabajo

Plantear el significado de refrigerador ybomba de calor como mquinas quebuscan invertir el sentido natural de latransferencia de calor

Establecer la utilidad de los refrigeradores ybombas de calor en la adaptacin por partedel hombre de su entorno para su uso ycomodidad

Establecer el concepto de coeficiente deoperacin de refrigeradores y bombasde calor como la razn de latransferencia de calor deseada con eltrabajo que cuesta realizarla

Interpretar el concepto de coeficiente deoperacin como medida de la eficiencia de unrefrigerador o una bomba de calor.

Mencionar los enunciados de Clausius y de Kelvin-Planck de la segunda ley de la termodinmica

Expresar las consecuencias de la segunda leyde la termodinmica argumentando con baseen los enunciados de Clausius y Kelvin-Planck

Comprender, analizar los enunciados deClausius y de Kelvin-Planck de lasegunda ley de la termodinmica

Demostrar la equivalencia entre losenunciados de Clausius y Kelvin-Planck

Comprender la diferencia entre procesos reversible e irreversibles

Percibir el concepto de irreversibilidad,apreciar las fuentes de irreversibilidad endiferentes procesos

Conocer el ciclo de Carnot

Observar el desarrollo del ciclo de Carnot en cada uno de los cuatro procesos que lo componen, estudiar cada proceso y las transferencias energticas que se dan en cada uno de ellos

Exponer los dos principios de Carnotpara las mquinas trmicas

Demostrar la validez de los principios deCarnot a la luz de la segunda ley de latermodinmica

Exponer la mquina trmica de Carnoty su funcionamiento

Utilizando la mquina de Carnot definir lamxima eficiencia trmica de una mquinareversible que opera entre dos temperaturas

Asociar la escala termodinmica detemperaturas a la segunda ley de latermodinmica por medio de laexpresin de eficiencia de una mquinareversible operando entre dostemperaturas

Realizar una comparacin entre la escalatermodinmica de temperaturas y las otrasescalas. Deducir la necesidad de la escalatermodinmica de temperatura

TERMODINMICA 1

31

Tabla 5 Saberes Entropa

TABLA DE SABERESENTROPA

SABER HACERInterpretar la desigualdad de Clausius,sus implicaciones y su validez desde elpunto de vista de la segunda ley de latermodinmica

Descubrir todas la implicaciones que trae ladesigualdad de Clausius

Conocer la definicin de la entropacomo consecuencia de la desigualdadde Clausius

Ensayar con diferentes sistemas contransferencia de calor aplicandoles ladesigualdad de Clausius y observando loscambios de entropa

Indicar las razones por las cuales puedecambiar la entropa de un sistematermodinmico

Formar el concepto de entropa como unapropiedad ms del estado termodinmico.

Interpretar la propiedad entropa con laayuda de los diagramas termodinmicos de Mollier y entrpico.

Presentar procesos termodinmicos con laayuda de los diagramas termodinmicos,sacar informacin de las cantidades delproceso de estos diagramas.

Deducir las relaciones Tds a partir delas leyes de la termodinmica

Enunciar las relaciones Tds, relacionar estasecuaciones con el clculo de propiedadestermodinmicas.

Ilustrar las formas de clculo de la entropa de las sustancias puras a partir de las relaciones Tds

Calcular la entropa para la sustancia pura

Explicar la forma de clculo de laentropa para un gas ideal

Calcular la entropa de un gas ideal

Entender la deduccin de la ecuacin del trabajo reversible de los dispositivos de flujo permanente como bombas, compresores y turbinas

Analizar y deducir la ecuacin del trabajoreversible de los dispositivos en rgimenestable. Relacionar con la ecuacin deBernoulli de la mecnica de fluidos

Plantear la eficiencia adiabtica dedispositivos de flujo permanente comoparmetro para evaluar su desempeo

Calcular la eficiencia adiabtica de dispositivos de flujo estable, determinar con base en la eficiencia adiabtica soluciones a problemas sencillos de ciclos con dispositivos de este tipo

Asociar el clculo de entropa de gasesideales con la presin y los volmenesespecficos relativos

Realizar clculos para la solucin deproblemas con el apoyo de las tablas de gasesideales

Estudiar otros mtodos para el clculode la entropa en gases ideales

Utilizar las tablas de calores especficos, ycalores especficos constantes para clculosaproximados de la entropa y compararlos conotros mtodos de clculo como tablas depropiedades de sustancia pura y de gas ideal

TERMODINMICA 1

32

Tabla 6 Saberes Anlisis de segunda ley

TABLA DE SABERESANLISIS DE SEGUNDA LEY

SABER HACER

Detallar los mecanismos de transferencia de la entropa en los sistemas termodinmicos

Relacionar los diferentes mecanismos detransferencia de entropa con lastransferencias de energa, masa eirreversivilidades presentes en los sistemas yprocesos.

Establecer el principio de incremento dela entropa de los universostermodinmicos y sistemas aislados

Referir el principio del incremento de la entropa para poder solucionar los problemas relacionados con segunda ley y definir si es posible la realizacin de un determinado proceso

Definir las ecuaciones de los anlisis desegunda ley para los sistemas cerradosy abiertos

Encontrar las ecuaciones de los anlisis desegunda ley para los sistemas cerrados yabiertos, anlogamente a como se hizo con laprimera ley y con base en el principio deincremento de la entropa.

Describir la aplicacin de la segunda leya los sistemas cerrados

Aplicar la ecuacin de segunda ley para lossistemas cerrados en procesos reversibles eirreversibles

Describir la aplicacin de la segunda leya los sistemas abiertos de flujopermanente

Aplicar la ecuacin de segunda ley para lossistemas abiertos en rgimen de flujo estableen procesos reversibles e irreversibles

Describir la aplicacin de la segunda leya los sistemas abiertos con flujotransitorio

Aplicar la ecuacin de segunda ley para lossistemas abiertos en rgimen de flujotransitorio en procesos reversibles eirreversibles

TERMODINMICA 1

33

Tabla 7 Saberes Disponibilidad

TABLA DE SABERESDISPONIBILIDAD E IRREVERSIBILIDAD

SABER HACER

Reconocer el concepto de trabajo mximo para un sistema que intercambia calor nicamente con la atmsfera

Aplicar el concepto de trabajo mximo parasistemas que intercambian calor nicamentecon la atmsfera. Estudiar el concepto detrabajo mximo con base en la segunda leyde la termodinmica

Generalizar el concepto de trabajomximo a sistemas que intercambiancalor con reservorios a una temperaturaconstante y con la atmsfera.

Idear la forma de calcular el trabajo mximo para sistemas que intercambian calor con la atmsfera y un reservorio trmico

Inferir el concepto de exerga odisponibilidad a partir del concepto detrabajo mximo

Utilizar el concepto de exerga para hacerclculos de trabajo mximo. Aplicar elconcepto de exerga para determinar laenerga disponible y no disponible de unsistema y su atmsfera circundante. Manejarla disponibilidad para el clculo de la energadisponible y no disponible de unatransferencia de calor

Analizar el concepto de irreversibilidadasociada con los procesos reales.

Observar la relacin entre irreversibilidad ygeneracin de entropa. Analizar lairreversibilidad generada e incluirla en losbalances de energa disponible. Percibir lasdiferencias de estos balances de energa conlos realizados cuando se estudi la primeraley

Generalizar los conceptos de balancesde energa y entropa a balances dedisponibilidad

Practicar las contabilidades de energadisponible y de disponibilidad.

Relacionar las ecuaciones de balancesde disponibilidad para sistemascerrados y abiertos con los otrosbalances antes estudiados

Demostrar las ecuaciones para los balancesde disponibilidad para los sistemas cerrados ysistemas abiertos. Proyectar los analisis dedisponibilidad como fuente de informacinpara las mejoras de los procesos reconociendo los sitios y etapas en las que se genera mayorirreversibilidad. Reconocer lasirreversibilidades que pueden ser reducidasen un sistema y proceso termodinmico.

TERMODINMICA 1

34

1.4 ESTABLECIMIENTO DE LA RELACIN PROPSITOS-CONTENIDOS

Despus del anlisis de los contenidos y el planteamiento de los

saberes, conviene, en este punto, hacer un alto y verificar si lo

propuesto hasta el momento cumple con el objetivo de la asignatura

Termodinmica 1, retomando el objetivo que es el siguiente

Contribuir a la formacin del estudiante con las siguientes

competencias:

Capacidad para identificar y formular problemas de ingeniera

relacionados con la termodinmica y con las transformaciones

energticas en la perspectiva conceptual as como en trminos

de modelos fsico-matemticos.

Habilidad para aplicar los principios bsicos de termodinmica

clsica en el anlisis de procesos y ciclos que involucran

sustancias, puras simples compresibles.

Capacidad para generalizar efectivamente los axiomas bsicos

de los anlisis de la termodinmica clsica, o macroscpica y

extrapolar estos conceptos a sistemas y sustancias no

necesariamente consideradas especficamente en el curso.

Lo que se quiere saber es si con los contenidos propuestos se puede

alcanzar el objetivo. El primer objetivo busca que el estudiante adquiera

la competencia de modelar el mundo real como un sistema

35

termodinmico y que entienda los diferentes tipos de interacciones y

transformaciones que suceden dentro de un sistema, as como con sus

alrededores. En el contexto de los contenidos propuestos puede

verificarse que todos aquellos relacionados con los sistemas

termodinmicos, propiedades, primera y segunda leyes, disponibilidad,

entre otros, son necesarios y permiten alcanzar la compresin requerida

para obtener la competencia buscada.

El segundo de los objetivos est muy relacionado con los contenidos

propuestos en la primera parte del curso, es decir, las definiciones

bsicas y conceptos fundamentales, y su aplicacin al estudio de los

sistemas termodinmicos y su clasificacin, incluyendo, por supuesto, la

sustancia pura y sus propiedades que es el eje fundamental del objeto

de aprendizaje resultado de este proyecto sin embargo el enfoque de

todos los contenidos de la asignatura Termodinmica 1 es hacia la

sustancia pura y muchos de estos conceptos estn an ms

especializados hacia la sustancia pura simple compresible, es decir

aquella que no presenta cambios de fase, pero como se menciona el

tercer objetivo que estos conceptos sean tan especializados no quiere

decir que no se puedan generalizar, de hecho son el fundamento para

el posterior estudio en otras asignaturas de los cambios de fase,

equilibrio qumico, mezclas y otros conceptos ms avanzados.

El tercero de los objetivos se refiere a los axiomas de la termodinmica

clsica macroscpica; la palabra axioma hace referencia a los principios

o leyes de la termodinmica. En el curso de Termodinmica 1

propuesto slo se estudian tres de los cuatro principios de la

termodinmica a saber: la Ley Cero o del equilibrio, la Primera Ley o de

la conservacin de la energa, la Segunda Ley o del incremento de la

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entropa; y queda para abordar en el curso de Termodinmica 2 la

Tercera Ley o de la entropa absoluta. Si bien es cierto que se estudian

los tres primeros principios, slo se hace nfasis en el primero y el

segundo principios o leyes, de la Ley Cero slo se da una nocin del

equilibrio trmico como fundamento de las mediciones de temperatura;

no se profundiza ni se discute explcitamente este principio en el curso

de Termodinmica 1. Pero, puesto que este es el principio fundamental

de la termodinmica se aborda de nuevo en el curso de Termodinmica

2; es fundamental porque a partire de l es posible deducir los otros

principios; entonces surge la siguiente pregunta, si es el principio

fundamental por qu no estudiarlo antes que los dems? La respuesta

est en la complejidad y la madurez en el conocimiento termodinmico

que se debe adquirir antes de poder iniciar su estudio pues

verdaderamente es bastante amplio. Cuando se habla de equilibrio

termodinmico no slo se hace referencia al equilibrio trmico estudiado

en Termodinmica 1; el equilibrio termodinmico incluye adems el

equilibrio de fases y el equilibrio qumico, ambos gobernados por el

potencial qumico, un concepto que necesita de un estudio matemtico

ms profundo en su definicin. Tambin existen el equilibrio mecnico,

elctrico, magntico, nuclear y cualquier otro equilibrio originado por las

fuerzas o potenciales existentes en la naturaleza que puedan influir en

el sistema en estudio. La Ley Cero de la termodinmica fue enunciada

con posterioridad a la primera y la segunda leyes, razn por la cual

recibe dicha denominacin. Los estudiantes de ingeniera

termodinmica abordan el estudio de esta ciencia de manera anloga a

como se desarroll su planteamiento en el transcurso de la historia,

porque, al parecer, para el entendimiento humano es ms fcil la

comprensin de la termodinmica a partir de lo particular hacia lo

general, ampliado poco a poco con base en las experiencias cotidianas

37

aplicadas a los sistemas que rodean a las personas. Adems, es muy

conveniente que al tiempo que estudia la termodinmica el estudiante

compruebe que sus principios son vlidos en su entorno, y que est en

capacidad de aislar sistemas de su contexto para estudiarlos. La

termodinmica, en efecto, es aplicable a cualquier sistema, desde el

mbito subatmico hasta las galaxias y el Universo en su conjunto; esta

ciencia no tiene limitaciones en su cobertura; es una ciencia general

cuyos principios son sencillos y lgicos, a diferencia de otras disciplinas

como la mecnica que requiri el desarrollo de la mecnica relativista

para explicar los sistemas de alta velocidad, y la mecnica cuntica

para explicar los fenmenos relacionados con las partculas.

Como se puede deducir, con los temas propuestos es posible conseguir

que se cumpla el objetivo planteado; se recomienda que todos los

estudiantes de ingeniera incluyan en el currculo de la carrera, por lo

menos, el curso de Termodinmica 1. El curso de Termodinmica 2 es

tambin de mucha importancia y se debera ofrecer como electiva

profesional y, en todo caso, exigible para los estudiantes de ingeniera

mecnica, ya que los contenidos de este curso, si bien profundizan aun

ms en los conceptos termodinmicos, desarrollan adems, en un nivel

muy simplificado pero a la vez suficiente e ilustrativo, las aplicaciones

de la ingeniera termodinmica, orientadas hacia las aplicaciones

prcticas que se encuentran frecuentemente en la industria; debe ser

as para favorecer las caracterstica del ejercicio cientfico de la

ingeniera en la prctica, ms que en el laboratorio.

Una visin sistematizada de esta relacin entre propsitos y contenidos

es la que se presenta en las tablas a continuacin; en ellas se deben

incluir todos los saberes que se han definido con anterioridad e

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integrarlos en esta relacin pues ellos van a ser el sustento de los

contenidos.

Tabla 8. Relacin propsitos contenidos para el primer mdulo

ACTIVIDAD ENSEANZA

APRENDIZAJEPROPOSITOS

CONTENIDOS TEMTICOS

SABER HACER

Definiciones determodinmica

Identificar el concepto de termodinmica y sus campos de aplicacin en la ingeniera

Utilizar el concepto determodinmica y su objetivodurante el desarrollo del curso

Enfoques de latermodinmica

Identificar las magnitudesutilizadas en latermodinmica clsica

Manejar adecuadamente las unidades en la solucin de problemas y en el lenguaje de ingeniera

UnidadesDistinguir entre lasdiferentes clases desistemas termodinmicos

Sealar qu clase de sistema seestudia dentro una frontera

Sistemas termodinmicos

Analizar las clases depropiedades que posee unsistema termodinmico

Relacionar las propiedadesextensivas y las intensivas

Propiedades de lossistemas, intensivasy extensivas

Comprender el significadodel estado termodinmicoy su importancia en elestudio de los sistemas

Percibir la importancia del estadotermodinmico para describir elcomportamiento de los sistemas.

Presin, Volmen yTemperatura

Describir los conceptos de procesos y ciclos termodinmicos

Estudiar los procesos y ciclostermodinmicos

Clases de SistemasMencionar el postulado deestado para una sustanciasimple compresible

Valerse del postulado de estadopara encontrar las propiedadesdesconocidas de un sistema.

Estado termodinmico

Definir temperatura

Descubrir los mtodos de medicinde temperatura y su importanciacomo propiedad de los sistemascotidianos.

Postulado de estado

Precisar el concepto depresin y de lasreferencias utilizadas ensu medicin

Mencionar las referencias de medicin de presin.

Reconocer la diferenciaentre presinmanomtrica y absoluta

Evidenciar mediante la resolucinde problemas que se tiene claro elconcepto de presin y susreferencias

Observar la diferenciaentre temperaturaabsoluta y relativa en lasdiferentes escalas detemperatura

Convertir temperaturas de unaescala a otra. Distinguir en qucasos se debe utilizar una escala detemperatura absoluta

Explicar la ley cero de latermodinmica

Justificar la importancia de la leycero en la medicin de latemperatura.

Reconocimiento de la importacia de latermodinmica atravs de laadquisicin de latermonologa bsicade la asignatura

Identificar losconceptos bsicos ylas aplicaciones dela termodinmicaen la ingeniera

Establecer laimportancia delconcepto de sistematermodinmico parael modelamiento desituaciones realesque luego seanalizarn a la luz de la termodinmica

Esclarecer elconcepto desistema termodinmico, susrelaciones con susalrededores yestado termodinmico. Utilizar lasunidades adecuadas paracada propiedadtermodinmica

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Tabla 9. Relacin propsitos contenidos para el segundo mdulo

ACTIVIDAD ENSEANZA

APRENDIZAJEPROPOSITOS

CONTENIDOS TEMTICOS

SABER HACER

La sustancia puraMencionar el significado desustancia pura y de sustanciasimple compresible

Identificar cules sustancias son simples y cuales puras entre varias propuestas

Propiedades de lasustancia pura

Explicar el concepto de fase deuna sustancia pura

Razonar acerca de las fases en lasque se presentan las sustancias

Fases en lasustancia pura

Conocer los procesos de cambiode estado

Advertir los procesos de cambiode estado que suceden en elentorno cotidiano

Proceso de cambiode fase en unasustancia pura

Describir los procesos de cambiode estado apoyado en losdiagramas termodinmicos

Emplear los diagramastermodinmicos para explicar loque sucede en los procesotermodinmicos

Tablas termodinmicas

Generalizar el concepto de diagrama termodinmico a la superficie PvT

Simular la construccin de losdiagramas termodinmicos Pv yTv a partir de la superficie PvT yviceversa

Superficie P-v-TDescribir las tablastermodinmicas

Utilizar las tablas termodinmicaspara encontrar las propiedades delas sustancias

El gas idealRazonar la relacin entre las tablas y los diagramas

Manejar las tablas y los diagramaspara ubicar diferentes estados yprocesos termodinmicos

Ecuacin del gasideal

Describir el gas ideal y suecuacin de estado. Deducir laecuacin de estado de lasrelaciones de Boyle y Charles

Aplicar el concepto de gas ideal para modelar gases a bajas presiones

Proceso politrpicoAnalizar el proceso poltropico deexpansin y de compresin de ungas ideal

Observar el comportamiento delgas ideal en un proceso deexpansin o compresin.

Gas real, factor ZGeneralizar el concepto de gasideal y ecuacin de estado a losgases reales.

Idear las ecuaciones decompresin y expansin para ungas real mediante el uso del factor Z

La carta decompresibilidad y elprincipio de losestados correspondientes

Conocer las carta generalizada decompresibilidad

Comprobar la efectividad de losdiferentes modelos de los gasesmediante el uso del principio delos estados correspondientes, degas ideal y tablastermodinmicas.

Otras ecuaciones deestado

Presentar otras ecuaciones deestado para modelar sustancias

Adquirir destreza en la utilizacinde ecuaciones de estado ensustancias cuando no se disponede tablas.

Razonar acerca de lasustancia pura, suspropiedades termodinmicas y suimportancia para elmodelamiento de lossistemas termodinmicos

Definir la sustanciapura y suspropiedades comovariables paradescribir su estadotermodinmico. Basado en elconocimiento de lasustancia puraextrapolar losconceptos asustancia no puras

Comprensin delproceso de cambiode fase en unasustancia pura

Estudio de la fasegaseosa

Utilizar la ecuacinde gas ideal paramodelar elcomportamiento degases

Estudiar otrosmodelos paraobtener unaaproximacin msreal de laspropiedades de losgases

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Tabla 10 Relacin propsitos contenido tercer mdulo

ACTIVIDAD ENSEANZA

APRENDIZAJEPROPSITOS

CONTENIDOS TEMTICOS

SABER HACER

Trabajo, Calor yEnerga

Describir el significado deTransferencia de calor y trabajo

Reconocer la diferencia entre calor, trabajo y energa

Enfoques de latermodinmica

Explicar la primera ley de latermodinmica

Elaborar balances energticos delos sistemas termodinmicos

Energa internaCitar las tres formas detransferencia de calor

Expresar qu forma de transferencia es la predominante en cierta transferencia de calor.

EntalpaMencionar las diferentes formas de trabajo

Determinar las clases de trabajopresentes en un sistematermodinmico

Calores especficosComprender el significado de la primera ley de la termodinmica

Analizar el enunciado del primera ley de la termodinmica. Estudiar la aplicacin de la primera ley de la termodinmica en la resolucin de problemas con transferencia de energa.

Entender el significado de laenerga interna y su importanciaen la primera ley

Observar cuidadosamente laforma en que se define lapropiedad energa interna dentrode las ecuaciondes de primera leyde sistemas cerrados

Explicar el concepto de calor especfico

Calcular la energa interna y la entalpa de sustancias a partir del conocimiento de sus calores especficos

Entender el significado de la entalpa y su importancia en la primera ley de sistemas abiertos

Observar cuidadosamente la forma en que se define la propiedad entalpa especfica dentro de las ecuaciondes de primera ley de sistemas abiertos

Distinguir las caractersticas delos calores especficos para lasdiferentes fases

Analizar la diferencia de loscalores especficos de los slidosy los lquidos y los gases

Explicar la forma de calculo de los calores especficos de los gasesideales

Calcular los calores especficos de los gases ideales y utilizar estos clculos para resolver problemas de intercambio de energa de gases ideales.

Deducir la ecuacin de la primeraley para el sistema abierto apartir de la ecuacin del sistemacerrado mediante el uso delTeorema de Reynolds

Explicar el significado de cadauno de los trminos de laecuacin de la primera ley paralos sitemas abiertos.

El flujo permanenteRepresentar los dispositivosingeniera como sistemas de flujopermanente

Emplear los modelos de losdispositivos de flujo permanenteen la resolucin de problemas demayor complejidad como plantastrmicas.

El flujo nopermanente

Explicar el proceso de flujo nopermanente

Calcular el estado de un sistemaluego de que ha sufrido unproceso de flujo no permanente

Establecer dadas lascaractersticas de un proceso deflujo qu clase de flujo es y quecuaciones utilizar

Interpretar los diferentesprocesos de flujo y analizar susdiferencias.

Especificar en qu casos deaplicaciones de ingeniera seutiliza la primera ley de latermodinmica

Encontrar sistemas en los que sepuedan aplicar la primera ley dela termodinmica.

Identificar lasdiferentes transferencias deenerga presentes enun sistematermodinmico abierto y su relacincon los trminos delas ecuaciones de laprimera ley de latermodinmica.

Comprender lasecuaciones de laprimera ley paralos sistemasabiertos

1 Ley para lossistemas abiertos

1 Ley para lossistemas cerrados

Comprender elenunciado de laprimera ley de latermodinmica como principio dela consevacin dela energa yutilizarlo parasolucionar problemas endonde estninvolucradas laenerga, sustransferencia ytransformaciones.

Reconocer laimportancia de laprimera ley en elmodelamiento de lastransferencias, transformaciones yacumulaciones energticas que sepresentan en lossistemas termodinmicos

Comprender lasecuaciones de laprimera ley paralos sistemascerrados

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Tabla 11 Relacin propsitos contenido cuarto mdulo

ACTIVIDAD ENSEANZA

APRENDIZAJEPROPSITOS

CONTENIDOS TEMTICOS

SABER HACER

Definir depsito y sumidero deenerga

Identificar la aplicacin prcticadel concepto de depsito ysumidero, que se utiliza en laingeniera de las mquinastrmicas, refrigeradores y

Razonar acerca del concepto deincremento de entropa