Transferencia de Calor - Facultad de Ingeniería

MICRODISEÑO CURRICULAR
FACULTAD: INGENIERÍA
PROGRAMA: AGRÍCOLA
1. IDENTIFICACIÓN DEL CURSO
NOMBRE DEL CURSO:
CÓDIGO: 40302
TRANSFERENCIA DE CALOR
No. CRÉDITOS: 3
INTENSIDAD SEMANAL:
CARACTER: Teórico- Práctico
Clases: 4
Laboratorio y/o Prácticas: X
REQUISITOS: Termodinámica
ÁREA DEL CONOCIMIENTO: Ciencias Básicas de Ingeniería
UNIDAD ACADÉMICA RESPONSABLE DEL DISEÑO CURRICULAR:
Área Agroindustria. Programa de Ingeniería Agrícola
COMPONENTE: Básico
TRABAJO ACADÉMICO DEL ESTUDIANTE
Trabajo presencial
Actividad Académica
Trabajo Independiente
Total
Del Estudiante
Clases
Laboratorios
Prácticas
Dirigido
Autónomo
(Horas)
Horas/Semestre
62
18
0
35
29
144
Total Horas
80
64
144
2. PRESENTACION
Los fundamentos básicos de la transferencia de calor son de vital importancia en la formación
del ingeniero agrícola, debido a su aplicación en aspectos que tienen que ver con la
conservación y prolongación de la vida útil y de la calidad de los alimentos de origen
biológico, en los que se involucran procesos de transferencia de masa, conservación en frío,
infraestructura de conservación y ambientes para la producción animal. Además, sirve de
apoyo en el diseño de equipos intercambiadores de calor utilizados en la industria de
deshidratación de alimentos.
3. JUSTIFICACIÓN.
Aunque la primera ley de la termodinámica puede utilizarse para determinar la cantidad de
calor transferido en un proceso, no permite conocer la rapidez con la cual ocurre este
fenómeno de transferencia. Este tema trata el fenómeno de la rapidez de la transferencia de
calor relacionando con diferencias de temperatura entre las partes de un sistema.
La transferencia de masa es un fenómeno que se encuentra presente en muchos procesos
relacionados con la Ingeniería Agrícola, tales como el secado y deshidratación, rehidratación
de sustancias y manejo ambiental de estructuras agrícolas. La transferencia de masa se
presenta como consecuencia de la diferencia de concentración de las sustancia entre dos
puntos (diferencia de densidades).Este tema proporciona los principios fundamentales de la
transferencia de masa.
4. COMPETENCIAS
COMPETENCIAS GENERALES
INTERPRETATIVAS:
1. El estudiante deberá tener la capacidad de entender y explicar las principales formas de
transferencia de calor y su n las diferentes disciplinas de ingeniería.
2. El estudiante deberá tener claridad sobre los principios que rigen el diseño de
intercambiadores de calor.
ARGUMENTATIVAS:
SABER 1. El estudiante deberá tener la capacidad de calcular la transferencia de calor por
conducción, convención y radiación.
2. El estudiante deberá calcular y seleccionar intercambiadores de calor.
3. El estudiante debe tener la capacidad de explicar las diferentes alternativas para la
obtención de energía calorífica, sus ventajas y desventajas.
PROPOSITIVAS:
1. El estudiante deberá tener la capacidad de manejar y aplicar los conceptos de
transferencia de calor en la solución de problemas y a las necesidades de la ingeniería.
HACER:
1. El estudiante deberá tener la capacidad de aplicar los principios que rigen los intercambiadores de
calor en procesos industriales
SER:
1. El estudiante deberá tomar conciencia de la necesidad de producción y utilización de energía con
menores impactos sobre el medio ambiente.
5. UNIDADES TEMÁTICAS (U.T.)
DEDICACIÓN DEL ESTUDIANTE (horas)
No.
TOTAL
Trabajo Presencial
NOMBRE DE LAS U. T.
Clases
Lab.
1
Generalidades.
4
1
2
Formas de Transferencia de Calor.
33
7
3
Intercambiadores de Calor.
19
4
Combustibles
TOTAL
Prácticas
Trabajo Independiente
Dirigido
HORAS
Autónomo
1
6
17
13
70
6
12
10
47
6
4
6
5
21
62
18
35
29
144
6. PROGRAMACIÓN POR UNIDADES TEMÁTICAS (U.T.)
U.T.
1
2
2
2
SEMANA
CONTENIDOS TEMÁTICOS
ACTIVIDADES Y ESTRATEGIAS
H.T.P
H.T.I.
1
Introducción a al ingeniería de procesos agrícolas.
Importancia de los principios termodinámicos.
Clase magistral. Consulta Internet u
Importancia y aplicación de los procesos de transferencia
otra fuente. Laboratorio.
de calor en la industria agroalimentaria. Sistemas de
unidades, métodos gráficos y matemáticos de análisis.
5
1
2
Modos de transferencia de calor. Definiciones y
diferencias entre conducción, convección y radiación. Clase
magistral.
Transferencia de calor en productos agrícolas.
bibliográfica
Propiedades térmicas de los alimentos, calor específico,
difusividad térmica, conductividad térmica.
5
4
3
Conducción de calor en estado estacionario. Ley de
Fourier de la conducción. Caso unidimensional, la pared
plana simple, la pared plana compuesta, la pared cilíndrico Clase magistral.
simple, la pared cilíndrica compuesta, esferas. Aletas. El
coeficiente global de transferencia de calor.
5
4
4
Transferencia de calor por conducción caso bidimensional
y tridimensional. Conducción de calor en estado
transitorio,
análisis
promediado,
casos
multidimensionales. El concepto del número de Biot, Clase magistral.
Transferencia de calor con resistencia interna
despreciable, Transferencia de Calor en sólidos con
resistencia interna no despreciable. Manejo de soluciones
gráficas.
5
4
PEDAGÓGICAS
Investigación
SEMANA
2
5
Cálculos y gráficos de penetración de calor en alimentos.
Laboratorio.
Propiedades térmicas de productos agropecuarios y
aplicación.
penetración de calor en alimentos.
2
2
H.T.P
H.T.I.
5
5
6
Transferencia de calor por convección. Principios y
generalidades de la convección libre. Teoría de la capa Clase magistral.
limite. Capa límite sobre una placa plana. Correlaciones
flujo externo, correlación flujo interno.
5
4
7
Coeficiente de transferencia de calor por convección (h).
Convección forzada. Número de Reynolds. Número de
Nusselt. Número de Stanton. Número de Prandtl. Otras Clase magistral.
relaciones adimensionales. Relaciones empíricas para el
cálculo del coeficiente de transferencia de calor por
convección.
5
4
5
3
5
2
5
5
2
8
2
9
3
10
CONTENIDOS TEMÁTICOS
ACTIVIDADES Y ESTRATEGIAS
U.T.
PEDAGÓGICAS
Taller.
Transferencia de calor por radiación. Leyes de radiación
térmica. Propiedades radiantes superficiales. Radiación
térmica. Mecanismo del fenómeno de transferencia de
calor por radiación. Absorción, reflexión, transmisión. Ley Clase magistral.
de Kirchoff y cuerpo negro. Aplicaciones de la
transferencia de calor por radiación. Radiación solar.
Colectores solares planos.
Ebullición y condensación. Introducción. Mecanismo
físico y configuraciones. Ebullición saturada en recipiente. Clase magistral. Visita
Evaluación de equipos de frío y generación de vapor.
Introducción. Tipos de intercambiadores. Clasificación de
intercambiadores de calor. Intercambiadores de doble
tubo. Intercambiadores de carcaza y tubos. Evolución de Clase magistral.
la temperatura en los intercambiadores. Intercambiadores
de flujo paralelo y en contracorriente.
Ejercicio
de
U.T.
SEMANA
3
11
3
12
3
13
3
14
4
15
4
16
CONTENIDOS TEMÁTICOS
Intercambiadores de calor de flujo cruzado. Coeficiente
total de transferencia de calor. Concepto de diferencia de
temperatura media logarítmica. Sistemas de refrigeración
y congelación.
Influencia de la temperatura en el coeficiente global de
intercambio. Factores de suciedad. Corrección de la
DTLM en intercambiadores de carcasa y tubos. Método de
efectividad. Número de unidades de transferencia (NTU).
Consideraciones para el diseño de intercambiadores de
calor. Materiales de construcción de intercambiadores de
calor. Fluidos transmisores de calor. Aceites, vapor de
agua. Limitaciones de espacio. Aplicaciones en la
industria agroalimentaria. Caso típico en industria
azucarera.
Taller para el cálculo y diseño de intercambiadores de
calor, de utilización en la industria agroalimentaria.
Conceptos básicos sobre combustión. Introducción a la
generación térmica. Análisis cualitativo del fenómeno de
combustión.
Combustibles
sólidos
y
líquidos.
Combustibles gaseosos. Análisis de los gases de la
combustión. Costo de los combustibles.
Requerimientos de seguridad en las instalaciones.
Restricciones en la utilización de combustibles. Plantas de
secado de productos agrícolas.
H.T.P. = Horas trabajo presencial
ACTIVIDADES Y ESTRATEGIAS
H.T.P
H.T.I.
5
2
Clase magistral. Laboratorio
5
5
Clase magistral.
5
5
5
5
5
6
5
5
PEDAGÓGICAS
Clase
magistral.
Investigación
bibliográfica. Visita
Clase magistral. Taller de aplicación.
Clase
magistral.
Investigación
bibliográfica
Clase magistral. Visita. Investigación
bibliográfica
H.T.I. = Horas trabajo Independiente
7. EVALUACIÓN DEL APRENDIZAJE
UT
ESTRATEGIAS DE EVALUACIÓN
%
-
Evaluación escrita Unidad 1: Generalidades.
15
-
Evaluación escrita Unidad 2: Formas de Transferencia
de
Calor.
15
-
Evaluación escrita Unidad 3: Intercambiadores de
Calor.
15
4
-
Evaluación escrita Unidad 4: Combustible.
15
5
-
Evaluación escrita (Quiz)
Investigación Bibliográfica
20
6
-
Informes de Laboratorios y Visitas.
20
1
2
3
TOTAL
100 %
8. BIBLIOGRAFÍA
a. Bibliografía Básica:
- HOLMAN, J.P. 1980. Transferencia de Calor. Compañía Editorial Continental S.A.
México.
b. Bibliografía Complementaria:
- HENDERSON, S.M. y PERRY, R.L. 1980. Agricultural Process Engineering.The
AVI publishing company Inc. Wesport. Con. USA.
- KREITH, F. 1981. Principios de Transferencia de Calor. Herrero Hermanos
Sucesores S.A. México.
- MOHSENIN N. 1975. Termal Propieties of Food and Agricultural Materials.
Departament of Agricultural Engineering. The Pennsylvania State University.
- PITTS, D:R y SISSOM, L.E. 1979. Tranferncia de Calor. McGraw Hill
Latinoamericana S.A.
- Revista: Ingeniería y Región. Universidad Surcolombiana.
9. Páginas Web
- Asignatura
Calor
y
Frío
Industrial.
Universidad
de
Málaga.
www.etsii.uma.es/amagmoter/Calfrio
- Calor y Frío. Portal de la industria de la calefacción y el aire acondicionado.
www.cloryfrio.com
- Universidad Técnica Federico Santamaría. Chile. www.ramos.utfstm.cl
Diligenciado por: NESTOR ENRIQUE CERQUERA PEÑA.
Fecha de diligenciamiento: 09 de septiembre de 2006