transferencia de calor 1513

TRANSFERENCIA DE CALOR
1513
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA
UBICACIÓN SEMESTRE
5o.
TIPO DE LA ASIGNATURA TEÓRICO-PRÁCTICA
NÚMERO DE HORAS/SEMANA
Teoría 5, Práctica 2
CRÉDITOS 12
INTRODUCCIÓN.
Esta materia teórico-práctica persigue como propósito principal a los alumnos en el estudio,
el manejo y el diseño de sistemas de transferencia de calor, mostrando a los alumnos las
bases teóricas que sustentan a la materia, la metodología de cálculo, el diseño, la
evaluación y la selección de los equipos relacionados con esta operación unitaria.
Objetivos generales de aprendizaje.
Al finalizar el curso, los alumnos:
Resolverán problemas tipo, relacionados con el diseño y análisis de grupo de
transferencia de calor (cambiadores de calor, aislamiento, hornos, etc.).
Prepararán hojas de especificaciones para el diseño térmico de equipos de
transferencia de calor.
Integrarán sistemas de aprovechamiento de energía en una planta industrial
pendiente a una optimización de los sistemas.
Describirán los fundamentos teóricos sobre los que se apoya la operación unitaria
de transferencia de calor.
Interpretarán datos del comportamiento de equipos de transferencia de calor y
efectuarán análisis sobre la eficiencia de los mismos y su desviación del comportamiento
esperado.
Explicarán las importancias de esta materia en la Ingeniería Química.
UNIDAD 1.- MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR
4 h.
Objetivos:
Al finalizar esta unidad, los alumnos:
Explicarán los diferentes mecanismos de transferencia de calor.
Distinguirán cuándo se presenta un mecanismo u otro.
CONTENIDO.
Generalidades sobre calor. Mecanismos de transferencia de calor, conducción, convección
y radiación.
UNIDAD 2.- C O N D U C C I Ó N
12 h.
Objetivos:
Al finalizar esta unidad, los alumnos:
Calcularán correctamente las pérdidas y ganancias de calor debidas al mecanismo
de conducción.
CONTENIDO.
Convección. Ley de Fourier. Conductividad térmica, transferencia de calor conducción en
cuerpos diferentes formas geométricas. Resistencias en serie y en paralelo. Espesor óptimo
de aislantes, aislantes industriales y sus especificaciones.
UNIDAD 3.- C O N V E C C I Ó N N A T U R A L
4 h.
Objetivos;
Al finalizar esta unidad, los alumnos:
Calcularán correctamente las pérdidas y ganancias de calor provocadas por el
mecanismo de convección natural.
CONTENIDO.
Convección. Convección natural y coeficiente de transferencia de calor. Análisis
dimensional y números adimencionales presentes en la convección natural. Pérdidas y
ganancias del calor por convección natural en geometrías sencillas.
UNIDAD 4.- C O N V E C C I Ó N F O R Z A D A
6 h.
Objetivos:
Al finalizar esta unidad, los alumnos:
Explicarán los factores que intervienen en la transferencia de calor por convección
forzada.
Calcularán coeficientes de transferencia de calor por convección forzada en
geometrías sencillas.
CONTENIDO.
Convección forzada. Concepto de coeficiente de transferencia de calor. Análisis
dimensional y números adimensionales presentes en la convección forzada. Pérdidas y
ganancias de calor por convección forzada en geometrías sencillas. Correlaciones más
empleadas.
UNIDAD 5.- TRANSFERENCIA DE CALOR CON CAMBIO DE FASE
6 h.
Objetivos:
Al finalizar esta unidad, los alumnos:
Explicarán el mecanismo de transferencia de calor existente cuando ocurre un
cambio de fase.
Calcularán coeficientes de transferencia de calor cuando hay cambio de fase.
CONTENIDO.
Transferencia de calor con cambio de fase. Análisis dimensional y números adimensionales
presentes en el cambio de fase. Condensación y coeficientes de condensación por fuera y
por dentro de los tubos. Evaporación, ebullición y los diferentes tipos de ebullición.
Predicción de coeficientes.
UNIDAD 6.- DISEÑO DE CAMBIADORES DE CALOR SENCILLOS
8 h.
Objetivos:
Al finalizar esta unidad, los alumnos:
Explicarán el concepto de resistencias en serie y el de coeficiente total de
transferencia de calor.
Calcularán el delta T medio logarítmico.
Calcularán cambiadores de calor de doble tipo, de horquilla,, de chaqueta y de
serpentín.
CONTENIDO.
Ecuación general de los cambiadores de calor, gradiente de temperatura medio logarítmico
Concepto de coeficiente total de transferencia de calor y su relación con los coeficientes
individuales. Factores de incrustación. Resistencias en serie. Diseño de cambiadores de
calor de doble tubo, caídas de presión permisibles. Diseño de superficies y tanques
enchaquetados. Usos.
UNIDAD 7.- DISEÑO DE CAMBIADORES DE HAZ Y ENVOLVENTE.
16 h.
Objetivos:
Al finalizar ésta unidad, los alumnos:
Calcularán cambiadores de calor de coraza y tubo con y sin cambio de fase.
CONTENIDO.
Cambiadores de calor de haz y envolvente. Diferentes tipos. Nomenclatura. Partes internas.
Factores de corrección del gradiente de temperaturas dobles a los pasos. Usos. Métodos de
cálculo, simplificados y rigurosos. Caídas de presión. Especificaciones de equipo.
Generalidades de Diseño Mecánico. Diseño de condensadores de coraza y tubos.
UNIDAD 8.- CAMBIADORES DE CALOR DE SUPERFICIES EXTENDIDAS.
6 h.
Objetivos;
Al finalizar esta unidad, los alumnos:
Explicarán la razón por la cuál se utilizan cambiadores de calor de superficies
extendidas.
Calcularán cambiadores de calor de superficies extendidas.
CONTENIDO.
Generalidades sobre cambiadores con superficies extendidas. Diferentes tipos.
nomenclatura. Partes que lo componen. Usos. Concepto de aleta, diferentes tipos, eficiencia
de alta. Metodología de cálculo. Especificaciones de Equipo. Generalidades de Diseño
Mecánico.
UNIDAD 9.- TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONTACTO DIRECTO. 6 h.
Objetivos;
Al finalizar esta unidad, los alumnos:
Explicarán los mecanismos involucrados en la transferencia de calor por contacto
directo.
Calcularán equipo de transferencia de calor por contacto directo.
CONTENIDO.
Transferencia de calor por contacto directo. Mecanismos Cálculo de condensadores por
medio directo. Calentamiento de líquidos barboteo de gases. Secado.
UNIDAD 10. E V A P O R A C I Ó N
12 h.
Objetivos:
Al finalizar esta unidad, los alumnos:
Explicarán la importancia de la operación unitaria de evaporación.
Calcularán un sistema de evaporación.
CONTENIDO.
Evaporación. Usos. Tipos de evaporaciones. Nomenclatura. Sistema Periférico. Elevación
del punto de ebullición. Efectos de la altura hidrostática. Coeficientes globales de
transferencia de calor. Cálculo de un evaporador simple. Cálculo de múltiples efectos.
Concepto de economía.
UNIDAD 11.- R A D I A C I Ó N
6 h.
Objetivos:
Al finalizar esta unidad, los alumnos:
Explicarán las bases teóricas relacionadas con el mecanismo de transferencia de
calor por radiación.
CONTENIDO.
Relación. Emisividad. Absortividad. Cuerpos Negros. Ley de Kirchoff. Ley de Stefan.
Boitzman. Radiación entre superficies. Radiación de Gases. Flamas.
UNIDAD 12.- APLICACIONES INDUSTRIALES DE LA RADIACIÓN
10 h.
Objetivos:
Al finalizar esta unidad, los alumnos:
Indicarán las aplicaciones industriales de la radiación.
CONTENIDO.
Diseño de cámaras de combustión. Calentadores a Fuego Directo. Métodos aproximados.
Método de Lobo, Hottel, etc. Cálculo de Hornos. Cálculo de calentadores solares.
BIBLIOGRAFÍA
Kern. D. PROCESOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR C.E.C.S.A. (1980).
HORMAN, J.P. TRANSFERENCIA DE CALOR C.E.C.S.A. (1977).
WELTY, J. R. INGINEERING HEAT TRANSFER. Willey (1974).
METODOLOGÍA DE LA ENSEÑANZA.
Se emplean fundamentalmente la técnica de exposición con preguntas, resolución de
problemas y discusión en grupos pequeños, Se recomienda dar apoyo al curso con material
audiovisual sobre equipo y sus partes.
EVALUACIÓN
La calificación de teoría se basará en los resultados de exámenes parciales, tareas y
trabajos. La calificación del laboratorio se dará en función de la participación, reportes y
respuestas de los cuestionarios de las prácticas. y contará como 30 % de la calificación. Se
deberá haber cubierto el 80 % de las prácticas para tener derecho a examen final. (como
mínimo).
REQUISITOS PARA LLEVAR EL CURSO.
Flujo de Fluidos.