Optioneel in fase
Eerste semester
Tweede semester
Beide semesters
Niet ingericht
Dit jaar
Volgend jaar
Wisselende jaren
Extern
Voorwaarden
Onderwijstaal
Duur
Identieke opleidingsonderdelenThermodynamica (B-KUL-I0N34A)
Uitgesloten voor examencontract
De Vos Dirk (coördinator) | Bemelmans Hilde | De Vos Dirk Doelstellingen
De studenten krijgen inzicht in de relaties tussen arbeid, warmte en energie, zoals vervat in de Hoofdwetten van de Thermodynamica. Ze kunnen balansen maken van massa, van inwendige energie en van entropie in open en gesloten systemen. Ze beheersen de basisconcepten van fasenevenwichten in zuivere of meercomponentssystemen. Ze kunnen de warmtefenomenen bij chemische reacties kwantitatief gebruiken in de analyse van open of gesloten reactoren.
De studenten leren kwantitatieve vraagstukken oplossen met betrekking tot de thermodynamica. De studenten krijgen de kans om hun inzicht en het praktisch gebruik van de theorie te verbeteren door oefeningen op papier te maken. Daarbij wordt de nadruk gelegd op het correct kunnen analyseren van warmte-, arbeids- en entropiestromen; ze kunnen toestandsvergelijkingen of getabelleerde waarden gebruiken.
Begintermen
Van de student wordt verwacht dat hij/zij basiskennis heeft van algemene chemie, wiskunde & fysica. In het bijzonder zijn de concepten uit 'Algemene en Organische Chemie' van belang.
Volgtijdelijkheidsvoorwaarden
Je moet voldoen aan een volgtijdelijkheidsvoorwaarde om dit opleidingsonderdeel te mogen opnemen. Volgtijdelijkheid kan STRENG of SOEPEL zijn of een GELIJKTIJDIGHEID inhouden. Ook kan een diplomaNIVEAU als voorwaarde gesteld zijn.
Verklaring:
STRENG: Om dit opleidingsonderdeel op te nemen, moet je geslaagd zijn voor of een tolerantie ingezet hebben voor de opleidingsonderdelen waarvoor dit soort voorwaarde geldt.
SOEPEL: Om dit opleidingsonderdeel op te nemen, moet je de opleidingsonderdelen waarvoor dit soort voorwaarde geldt, gevolgd hebben.
GELIJKTIJDIG: Om dit opleidingsonderdeel op te nemen, moet je ook de opleidingsonderdelen waarvoor dit soort voorwaarde geldt, opnemen of al opgenomen hebben.
NIVEAU: Om dit opleidingsonderdeel op te nemen, moet je ten minste deze graad behaald hebben.
SOEPEL(X0C33A) OF SOEPEL(X0C33C) OF SOEPEL(I0N03D) OF SOEPEL(X0E41A)
Bovenstaande codes van opleidingsonderdelen stemmen overeen met onderstaande omschrijvingen van die opleidingsonderdelen:
X0C33A : Grondslagen van de chemie
X0C33C : Grondslagen van de chemie
I0N03D : Algemene chemie
X0E41A : Grondslagen van de chemie
Dit opleidingsonderdeel is een voorwaarde voor het opnemen van volgende opleidingsonderdelen:
I0O00B : Eenheidsbewerkingen biologische industrieën
I0J60A : Physical Biology
Identieke opleidingsonderdelen
Dit opleidingsonderdeel is identiek aan de volgende opleidingsonderdelen:
X0D03A : Chemische thermodynamica (Niet meer aangeboden dit academiejaar)
X0D03B : Thermodynamica (Niet meer aangeboden dit academiejaar)
X0E53A : Thermodynamica (Niet meer aangeboden dit academiejaar)
X0E53B : Thermodynamica
Plaats in het onderwijsaanbod
- Bachelor in de bio-ingenieurswetenschappen (programma voor studenten gestart vóór 2021-2022) (Leuven) 180 sp.
- Bachelor in de bio-ingenieurswetenschappen (verkort programma) (Leuven) 60 sp.
- Bachelor in de bio-ingenieurswetenschappen (programma voor studenten gestart in 2021-2022 of later) (Leuven) 180 sp.
Onderwijsleeractiviteiten
3.5 sp. Thermodynamica: hoorcollege (B-KUL-I0N34a)
Inhoud
De inleiding behandelt concepten zoals warmte, arbeid, inwendige energie, thermodynamisch evenwicht, steady-state, toestandsvariabelen, en de nulde wet van de Thermodynamica. Hoofdstuk 1 behandelt de eerste Hoofdwet (behoud van Energie) voor zowel open als gesloten systemen. Veel aandacht gaat naar het correct schrijven van balansvergelijkingen. Ook de warmtecapaciteiten worden geïntroduceerd. Hoofdstuk 2 bespreekt de entropie, en daaraan gekoppeld de Tweede Hoofdwet. Het onderscheid tussen omkeerbare en onomkeerbare processen wordt toegelicht. Het begrip vrije energie wordt ingevoerd als de maximaal verkrijgbare arbeid. Hoofdstuk 3 past voorgaande concepten toe op onder meer warmtemachines en krachtcentrales. Uitgaande van de ideale Carnot machine worden reële warmtemachines zoals de Rankine machine besproken. Op analoge wijze worden warmtepompen en koelmachines behandeld. Om voorgaande hoofdstukken te kunnen toepassen op reële fluida, in plaats van alleen ideale gassen, worden in Hoofdstuk 4 toestandsvergelijkingen ontwikkeld voor reële fluida. Als model wordt gekozen voor de Peng-Robinson vergelijking. Hoofdstuk 5 en Hoofdstuk 6 bouwen daarop verder om fasenevenwichten te begrijpen, zowel in zuivere als meercomponentssystemen. Behandelde begrippen zijn onder meer de Gibbs regel, de vergelijking van Clapeyron, kritische en superkritische condities (H. 5), chemische potentiaal, wet van Raoult, wet van Henry, activiteit, fugaciteit, wet van Van’t Hoff etc. Dit mondt uit in de thermodynamische basis van het chemisch evenwicht. In Hoofdstuk 7 wordt de chemische thermodynamica geïntegreerd in de energie- en entropiebalansen van H.2 en 3, voor gesloten en open reactoren. De maximale arbeid uit chemische reacties wordt berekend, en toegepast op bv. waterstof brandstofcellen. Hoofdstuk 8 behandelt de efficiëntie van hernieuwbare energiebronnen (fotovoltaïsche cellen en windturbines).
Studiemateriaal
- Cursustekst, Thermodynamica, De Vos (2023) beschikbaar op Toledo
- Zie Toledo voor formularium en extra informatie
- Facultatief naslagwerk,Chemical, Biochemical and Engineering Thermodynamics, Fourth Edition by S. I. Sandler. J. Wiley & Sons, Inc., NY, published January 2006.
Toelichting werkvorm
Interactieve hoorcolleges
0.5 sp. Thermodynamica: oefeningen (B-KUL-I0N35a)
Inhoud
Oefeningen die voortvloeien uit het hoorcollege.
Studiemateriaal
Tijdens de oefensessies krijgen de studenten opgaven van vraagstukken.
Zie Toledo voor oefeningen met oplossingen en extra informatie.
Toelichting werkvorm
Oefensessie
Onder begeleiding worden in kleine groep oefeningen gemaakt.
Voor complexe oefeningen worden Excel en Python gebruikt.
Evaluatieactiviteiten
Evaluatie: Thermodynamica (B-KUL-I2N34a)
Toelichting
Examen tijdens de examenperiode (90% van de eindscore): Het eindexamen omvat voor ~30-40% theorievragen, en voor ~60-70% oefeningen (bv. uitwerken van cycli van machines; warmtebalansen etc).
Partiële evaluatie (10% van de eindscore): In de 11e week van het semester, wanneer de theorie grotendeels behandeld is, is er een tussentijdse toets in een pc-klas, waar m.b.v. een wiskundig rekenprogramma een oefening numerisch opgelost moet worden.
De punten van de tussentijdse toets kunnen NIET overgedragen worden naar de derde examenperiode of naar een volgend academiejaar.
Toelichting bij herkansen
Er is geen overdracht mogelijk van de punten van de tussentijdse toets.
Het examen is analoog als bij de eerste examenkans maar telt dus mee voor 100% van de eindscore.