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Timestamp: 2018-05-26 02:24:02+00:00

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Código: M1611
Última Actualización de la Asignatura: 18/08/2017
(M1607) Termodinámica de Los Materiales
Son objetivos de la asignatura que el estudiante adquiera conocimientos básicos y fundamentales de: Equilibrio en Sistemas de Multicomponentes. Equilibrio electroquímico. Cinética de reacciones. Difusión. Fenómenos de superficie y aplicación de estos conocimientos en el análisis de los diagramas de equilibrio de fases, equilibrio en sistemas electroquímicos, cinética de sistemas en fase gaseosa y en fase condensada, difusión en sólidos. Reacciones de interés en procesos metalúrgicos.
1. Cinética de reacciones: Etapa controladora: factor cinético, factor difusivo. Cinética homogénea y heterogénea. Tratamiento empírico. Modelos teóricos. Aplicaciones a sistemas de interés 2. Difusión: Leyes de Fick. Mecanismo de difusión. Fenomenologia. Aplicación a la difusión unidimensional 3. Equilibrio en sistemas de multicomponentes: Determinación de diagramas de equilibrio de fases. Análisis térmico de aleaciones 4. Equilibrio electroquímico: Celdas electroquímicas galvánicas. Celdas de concentración. Diagramas de Pourbaiux. Aplicaciones: Electrodeposición. Galvanizado. 5. Fenómenos superficiales: Capilaridad. Adsorción- Absorción. Tensión superficial- Mojado 6. Fisicoquímica del procesamiento de materiales: Fisicoquímica de los procesos metalúrgicos. Fisicoquímica de los procesos de sinterización de metales y de cerámicos.
UNIDAD 1: CINETICA DE REACCIONES
Cinética en reacciones en fase homogénea gaseosa y heterogénea. Etapa controladora de una reacción: factor cinético y difusivo.
Concepto de cinética química. Velocidad de reacción. Constante de reacción. Ley de acción de las masas. Orden de la reacción. Tiempo de vida medio. Reacciones de primer, segundo y tercer orden Determinación del orden de la reacción. Dependencia de la constante de reacción con la temperatura.
Ecuación de Arrhenius. Energía de activación. Mecanismo de reacción.
Teoría de las colisiones. Teoría de las velocidades absolutas. Concepto del complejo activado. Cinética heterogénea. Catalizadores e inhibidores.
UNIDAD 2: DIFUSIÓN
Leyes de Fick: primera y segunda Ley. Naturaleza estadística de la difusión. Concepto fenomenológico.
Autodifusión. Calculo del coeficiente de difusión. Factores que influyen en el coeficiente de difusión.
Efecto Kirkendall. Coeficiente de difusión mutua. Aplicaciones
Aplicación de las Leyes de Fick al caso unidimensional: barra infinita, barra seminfinita y finita. Cementación. Recocido. Endurecimiento.
UNIDAD 3: EQUILIBRIO EN SISTEMAS DE MULTICOMPONENTES
Equilibrio de fases. Condiciones de estabilidad y equilibrio químico. Ecuación de Clapeyron. Ecuación diferencial e integral. Efecto de la presión. Regla de Trouton. Regla de Richardson. Regla de la palanca.
Equilibrio líquido-líquido. Destilación. Equilibrio sólido-líquido y sólido-sólido. Solubilidad total, parcial e insolubilidad. Cálculo de diagramas de fase en sistemas binarios a partir de datos termodinámicos.
Análisis térmico de soluciones binarias.
UNIDAD 4: EQUILIBRIO ELECTROQUIMICO
Soluciones electrolíticas. Conductividad. Número de transporte. Leyes de Faraday. Conductividad equivalente iónica. Producto de solubilidad. Equilibrio en sistemas no ideales. Actividad en soluciones electrolíticas. Teoría de Debye-Hückel. Numero de transferencia.
Equilibrio en celdas electroquímicas. Potencial químico de especies cargadas. Tipos de celda. Celdas galvánicas y de concentración. Fuerza electromotriz. Celdas galvánicas. Medida de la energía libre standard y de la constante de equilibrio de hemiceldas. Ecuación de Nernst. Electrodos de referencia.
Electrodo de calomel. Efecto de la FEM. con la temperatura. Coeficiente térmico.
Celdas de concentración. Celdas de electrolítos sólidos. Medida de la actividad de una aleación. Determinación de la presión disuelta en un metal. Diagramas de Pourbaiux.
Aplicación a la Electrodeposición. Galvanizado.
UNIDAD 5: FENÓMENOS SUPERFICIALES
Capilaridad. Adsorción y absorción. Adsorción: química y física. Diferencias y aplicaciones. Adsorción sobre sólidos. Efecto de la tensión superficial. Mojado
UNIDAD 6: FISICOQUÍMICA DEL PROCESAMIENTO DE MATERIALES
Planteamiento general de equilibrios de interés en Ingeniería de Materiales. Cinética de la reacción: efecto químico y físico. Efecto de la difusión en el factor determinante de la cinética de una reacción heterogénea. Fisicoquímica de los procesos metalúrgicos. Procesos de reducción. Uso del diagrama de Ellingham. Equilibrio C-O. Diagramas de óxidos metálicos. Reacciones metal-escoria en Alto Horno y en procesos de afino. Fisicoquímica de los procesos de sinterización de metales y de cerámicos.
1. Abril, E., Termodinámica y Cinética de las Transformaciones Metalúrgicas, Córdoba, 1978.
2. Bergeron, C. G., and Risbud S. H., Introduction to Phase Equilibrium in Ceramics, 2nd edition , The American Ceramic Society, Columbus, Ohio, 1984.
3. Bodswoorth, C., and Bell, H. B., Physical Chemistry of Iron and Steel Manufacture, 2º edition, Longmans Group Limited, Great Britain , 1972.
4. Castellan, S., Fisicoquímica, Reverté.
5. Cavallante, F., Lúcio, A et al, Físico-Química Metalúrgica, Associaçäo Brasileira de Metais, Säo Paulo, Brasil.
6. Darken, L., and Gurry, R. W., Physical Chemistry o Metals, Mc Graw Hill, 1953.
7. Daniels, F., Alberty, R., Williams, J. W., Corwell, C. D., Bender, P., and Harriman, J. E., Curso de Fisicoquímica Experimental , 1º edición española, traducción de Experimental Physical Chemistry, Centro Regional de Ayuda Técnica, Agencia para el Desarrollo Internacional, Colombia, 1972.
8. Frohberg, M. G., Thermodynamik für Metallurgen und Werkstofftechniker, 1º Auflage, VEB Deutscher Vewrlag für Grundstoffindustrie , Leipzig-Alemania, 1981
9. Gaskell, D. R., Introduction to the Thermodynamics of Materials, 3º Edition, Taylor & Francis, Philadelphia-USA, 1965.
10. Kubaschewski, O., and Alcock, C. B., Metallurgical Thermochemistry, 5º Edition, Pergamon Press, New York-USA, 1979.
11. Lupis, C. H. P., Chemical Thermodynamics of Materials , North- Holland , New York-USA, 1977.
12. Thorbum Bums D., and E. M. Rattenbury, Introductory Practical Physical Chemistry , 1º Edition, Pergamon Press, 1966.
Laboratorios, gabinetes, seminarios, trabajos de campo, visitas, etc.)
Indicar carga horaria de cada una y si las mismas implican presentación de informes orales y/o escritos y/o uso de computadoras, instrumental, equipos u otro medio:
SEMINARIOS DE DISCUSION DE PROBLEMAS: total 30 horas. Cada seminario de 2 horas, con presentacion oral de informes
1. Sistemas de multicomponentes
2. Diagramas de fase: determinacion termodinamica del equilibrio de sistemas binarios.
3. Equilibrio electroquimico: Celdas galvanicas y de concentracion
4. Electrodeposicion
5. Conductividad- Numeros de transferencia- Equilibrio en soluciones electroliticas
6. Cinetica homogenea: metodos empiricos
7. Cinetica heterogenea
8. Difusion: Generalidades - Aplicación de las Leyes de Fick
9. Fenomenos superficiales
10. Tratamiento fisicoquímico de reacciones de interés en Ingeniería en Materiales
Seminarios de consulta
Preparación de un trabajo monográfico
- SEMINARIOS TEORICO-PRACTICOS:
El curso consiste en clases teórico-prácticas con una frecuencia de 5 (cinco) horas semanales. De acuerdo con las pautas didácticas establecidas por la cátedra, las clases consisten en presentar al estudiante los fundamentos teóricos fundamentales y necesarios para la resolución de los problemas numéricos planteados en las guías de los seminarios de resolución de problemas, las cuales son elaboradas por la cátedra en cada ciclo lectivo.
De acuerdo con la metodología propuesta, en las clases se plantearan los temas, siendo actividad del alumno la lectura de los mismos en los apuntes de la cátedra o en los libros propuestos como bibliografía de forma que las clases constituyan una instancia de debate de los mismos y una profundización de los conceptos tratados.
-SEMINARIOS DE RESOLUCION DE PROBLEMAS:
En las clases teórico-prácticas se incluye la resolución numérica de problemas de aplicación tipo, de forma de brindar al estudiante una unidad conceptual teórico-práctica sobre el tema en cuestión, evitando de esta forma la tan criticada desconexión de la teoría y la práctica. No obstante en estos seminarios específicos de resolución numérica discuten los restantes problemas planteados.
Se considera fundamental la resolución de problemas de aplicación, dado que ello pone en evidencia la comprensión del tema. En ellos se incluye el uso de computadora para determinados problemas en planilla de cálculo, dado la complejidad del mismo.
-SEMINARIOS DE CONSULTA:
En los horarios de Seminarios de Consulta, de carácter no obligatorio, los estudiantes tienen la posibilidad de evacuar eventuales dudas tanto de los conceptos teóricos adquiridos como de los problemas planteados.
- SEMINARIOS DE INFORMATICA
El objetivo de estos seminarios es utilizar la Informática como herramienta para el cálculo de la cinética de reacciones y el estudio de la difusión en sólidos utilizando las Leyes de Fick en una dimensión.
Se plantean como clases introductorias del uso de planilla de cálculo, de forma que el estudiante sea capaz de trabajar posteriormente en forma individual en el Gabinete de Computación.
El objetivo conceptual de los laboratorios es ejemplificar los temas tratados en el curso. Se realizarán una serie de trabajos de laboratorio sobre determinados temas, algunos de ellos serán de carácter demostrativo, para los cuales no será requisito la presentación de un informe.
Se realizaran asimismo una serie de trabajos prácticos de laboratorio, sobre los cuales los alumnos deberán presentar un informe, el cual podrá ser realizado en grupo. El número de participantes del grupo de trabajo se determinara de acuerdo al número de alumnos inscriptos en la materia.
El objetivo procedimental del laboratorio es que el estudiante adquiera habilidades procedimentales en el diseño de experiencias, análisis e informe de las mismas.
- PREPARACION DE UN TRABAJO MONOGRAFICO:
Se solicita al estudiante la redacción de una monografía sobre algún tema aplicado de la materia, de forma que adquiera habilidades procedimentales en la búsqueda de información, recolección y de la misma, preparación y elaboración de un informe según normas ISO.
El estudiante será evaluado en forma continua durante el desarrollo del curso a través de:
Tres evaluaciones parciales, de carácter teórico-práctico sobre contenidos de las unidades desarrolladas en el curso. Participación en los seminarios teórico-prácticos y seminarios de resolución de problemas con una asistencia mínima del 80%. Participación en la realización del 100% los laboratorios, presentación y aprobación del informe correspondiente. Presentación y aprobación de una monografía sobre un tema seleccionado por la cátedra. Exposición oral de la misma.
Para las evaluaciones parciales se establecerán dos fechas (Primera fecha y un recuperatorio).
Para la calificación final se tomara en cuenta el desempeño individual en todas las instancias anteriores.
Se considerara la instancia de evaluación como aprobada, si la calificación es de cuatro o más puntos.
Si el estudiante obtiene como promedio de todas las evaluaciones una nota de seis o más puntos y cumple con los requisitos anteriormente mencionados, aprobará el curso. Aquellos estudiantes cuyas evaluaciones hayan sido aprobadas pero cuyo promedio sea inferior a seis puntos, estarán habilitados para rendir examen final según lo previsto por la Ordenanza Nº 28/02.
Para el desarrollo de las unidades temáticas, la cátedra ha desarrollado apuntes sobre contenidos de la asignatura:
-Guías de Seminarios de Resolución de Problemas de Fisicoquímica Metalúrgica, una para cada año desde 1993 a 2002.
-Sosa, Maria I., "Explicación de los Diagramas de Ellingham-Richardson", Apunte editado por CEILP, La Plata- (1984)
-Sosa, Maria I, "Análisis térmico de una alegación binaria plomo-estaño"- Guía de laboratorio, La Plata (1998)
-Sosa, M.I., "Determinación del error experimental y su propagación", La Plata, (1997)
-Sosa Maria I., "Calculo de funciones termodinámicas a altas temperaturas", La Plata (1996).
-Sosa M.I., "Diagramas de Ellingham", Trabajo final del Seminario de Análisis y Producción de Medios materiales de Enseñanza, La Plata (2001)
-Sosa, M.I., "Fisicoquímica: Sistemas de Multicomponentes", apuntes para el curso de Especialización en Siderurgia para personal de las Plantas SIDERCA y SIDERAR, 1999 y 2000.
-Sosa, M.I., "Equilibrio químico heterogéneo", apuntes para el curso de Especialización en Siderurgia para personal de las Plantas SIDERCA y SIDERAR, 2000.

References: resolución 
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