37_transferencia_de_calor - facultad de mecanica & energia

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO
FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA - ENERGÍA
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO
FACULTAD DE INGENIERÍA MECANICA-ENERGIA
DEPARTAMENTO ACADEMICO DE INGENIERÍA MECÁNICA
SILABO
I.- INFORMACION GENERAL:
1.1. Asignatura
1.2. Código
1.3. Créditos
1.4. Pre-requisito
1.5. Ciclo
1.6. Horas Semanales
: TRANSFERENCIA DE CALOR
: 37
: 03
: Dinámica de Fluidos/Termodinámica II.
: 8vo.
: Teoría : 03
Práctica: 01
1.7. Carácter
: OBLIGATORIO
1.8. Departamento Académico : Mecánica
1.9. Duración del Ciclo
: 17 Semanas.
1.10. Profesor
: Ing. Jaime Ravelo
II.-SUMILLA:
2.1. NATURALEZA DE LA ASIGNATURA:
La asignatura está comprendida en el área de la especialidad de la estructura
Curricular y esta referida al estudio de las Leyes que gobiernan la Transferencia
de Calor y la aplicación de éstas en el funcionamiento de sistemas y aparatos
térmicos.
2.2. SINTESIS DE CONTENIDO:
Formas de transmisión de calor. Relación con la termodinámica - El coeficiente
global de transferencia de calor - Conducción - Introducción - Conducción
unidimensional en estado estable con generación interna de calor.
Conducción bidimensional en estado estable. Convección - Introducción
convección forzada en flujo externo - convección forzada en flujo interno Convección libre - Transferencia de calor en cambio de fase. Radiación Térmica
Procesos y propiedades de la radiación. Intercambio de radiación entre
superficies. Radiación de gases - Intercambiadores de calor - Método del DMLT
Método NUT. Introducción a la Transferencia de masa por Difusión -Ley de Fick. y
por convección.
III.-OBJETIVOS:
3.1. GENERALES:
Estudiar las formas de transmisión de calor que existen, las leyes que las
gobiernan y los cálculos preliminares para el diseño térmico de los
intercambiadores de calor.
3.2. ESPECIFICOS:
Al finalizar el Curso el alumno será capaz de:
- Aplicar las ecuaciones que gobiernan la transferencia de calor.
- Identificar tipo de transferencia de calor que se está dando al estudiar o
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proyectar un sistema o aparato térmico.
- Determinar las propiedades termodinámicas y coeficientes necesarios para
Calcular la transferencia de calor.
- Aplicar las metodologías de cálculo existentes para el diseño térmico de
Intercambiadores de calor.
IV.-PROGRAMA ANALÍTICO CALENDARIZADO:
Semana 1 INTRODUCCION.1.1 Los modos de la transmisión del calor: Conducción. Convención .Radiación
Térmica.
1.2 Relación con la Termodinámica. Los requerimientos de conservación de la
energía
1.3 Metodología del análisis de los problemas de transferencia de calor. El
coeficiente global de Transferencia de Calor.
1.4 Problemas de Aplicación
Semana 2 CONDUCCION.2.1 Introducción: La ley de Fourier. La conductividad térmica. Ley General de la
conducción. Condiciones iniciales de frontera.
2.2 Conducción Unidimensional en estado estable: la pared plana. Sistemas
radiales: cilindro, esfera. Radio crítico de un aislante.
2.3 Conducción en estado estable con generación interna: Pared plana. Sistemas
Radiales.
2.4 Problemas de Aplicación
Semana 3
3.1 Transferencia de calor desde superficies extendidas; Análisis general de la
conducción.
3.2 Aletas de sección transversal uniforme. Aletas de sección transversal variable.
La eficiencia total de una superficie aleteada.
3.3 Problemas de Aplicación
Semana 4
4.1 Conducción bidimensional en estado estable. Método analítico: La separación
de variables. El método gráfico: Métodos numéricos. El balance de energías.
4.2 Solución por diferencias finitas.
4.3 Problemas de Aplicación
Semana 5 RADIACION TERMICA.11.1 Procesos y propiedades de radiación: Intensidad de radiación. Emisión.
11.2 Irradiación. Radiosidad. Radiación de un cuerpo negro. Emisión superficial
de
Un cuerpo real. Absortividad. Reflectividad. Transmisividad. Ley de Kirchhoff.
Radiación ambiental.
11.3 Problemas de Aplicación
Semana 6
12.1 Intercambio de radiación entre superficies: El factor de visión. Intercambio de
radiación entre cuerpos negros. Radiación entre superficies grises y difusas en
un encierro. pantallas de radiación. Superficies radiantes.
12.2 Problemas de Aplicación
Semana 7
13.1 Radiación de gases” Absorción volumétrica. Absorción y Emisión gaseosa.
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13.2 Aproximaciones de gas gris para H2o y CO2 . Método de Hottel.
13.3 Problemas de Aplicación
Semana 8.-
EXAMEN PARCIAL.
Semana 9 CONVENCION.5.1 Introducción: La capa límite convectiva. La capa límite hidráulica. La capa
límite térmica.
5.2 Aproximaciones y condiciones especiales. Los efectos de la turbulencia.
5.3 Problemas de Aplicación
Semana 10
6.1 Convección forzada en flujo externo: La placa plana en flujo paralelo:
Régimen turbulento. Régimen mixto.
6.2 Casos especiales. El cilindro en flujo cruzado. La esfera. Flujo a través de un
banco de tubos.
6.3 Problemas de Aplicación
Semana 11
7.1 Convección forzada en flujo interno: Consideraciones hidrodinámicas.
7.2 Consideraciones térmicas. El balance de energías. Flujo de calor constante.
7.3 Temperatura superficial constante. Flujo laminar en tubos circulares.
7.4 Correlaciones de convección para tubos no circulares.
7.5 Problemas de Aplicación
Semana 12
9.1 Convección libre: Introducción. Convección libre en una pared vertical.
9.2 Correlaciones de diseño para convención libre. Correlaciones para espacios
Cerrados. Convección libre bajo flujo de calor uniforme. Convección libre y
Forzada combinadas.
9.3 Problemas de Aplicación
Semana 13
10.1 Transferencia de calor con cambio de fase: Condensación: Ebullición
nucleada. Ebullición pelicular.
10.2 Problemas de Aplicación
Semana 14 INTERCAMBIADORES DE CALOR.14.1 Tipos de intercambiadores de calor: De tubos concéntricos. De flujo
cruzado.
14.2 De tubo y coraza. Cálculo del coeficiente global de transmisión de calor.
14.3 Problemas de Aplicación
Semana 15
15.1 Análisis de los intercambiadores de calor: Método de la diferencia media
Logarítmica de temperaturas (MLDT).
15.2 Análisis de los intercambiadores
de calor: La Efectividad Método del
número de Unidades de transferencia. (NUT).
15.3 Problemas de Aplicación.
15.4 Introducción a la Transferencia de masa. Transferencia de masa por
difusión. Ley de Fick. Difusión en gases, líquidos y sólidos. Procesos de
evaporación a la atmósfera.
15.5 Problemas de aplicación
Semana 16.
EXAMEN FINAL
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Semana 17.-
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EXAMEN SUSTITUTORIO
V.-EVALUACION:




Examen Parcial :
EP
Examen Final:
EF
Examen Sustitutorio: ES, (único e integral, reemplaza a EP ó EF)
Promedio de Practicas, y monografía: PP
NOTA FINAL =
EP + 2 EF + PP
----------------------4
VI- METODOLOGÍA:
Las clases serán exposiciones teóricas de los fundamentos, teorías y Leyes de la
transmisión de calor, complementadas con problemas adecuados en cada
capítulo. Las prácticas de laboratorio en el centro de cómputo están orientadas al
desarrollo de modelos matemáticos para el cálculo y diseño de sistemas, equipos
o aparatos térmicos.
VII.- BIBLIOGRAFÍA:
7.1 BIBLIOGRAFÍA BÁSICA:
 Fran Kreith / Bohn
” Principio de Transferencia de Calor”
 Frank Incropera /David Witt. ” Fundamentos de Transferencia de calor ”
 James R. Welty
“Transferencia de Calor aplicada a la
 J.P. Holman
Ingeniería”.
“Transferencia de Calor”
7.2 BIBLIOGRAFÍA COMPLEMENTARIA:




Adrian Began
Fraas /Ozibic:
Donald Q. Kern
Romano Gregorig:
” Convective Heat Transfer”
” Heat Exchanger Design”
“ Procesos de Transferencia de Calor”
“Cambiadores de calor”.
Bellavista, Setiembre 2008.
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