ESCUELA DE INGENIERIA Ingeniería De Procesos

ESCUELA DE INGENIERIA
Ingeniería De Procesos
ASIGNATURA
CODIGO
SEMESTRE
INTENSIDAD
HORARIA
CARACTERÍSTICAS
CRÉDITOS
TRANSFERENCIA DE CALOR Y LABORATORIO
PR0244
2013-2
80 horas semestral
Suficientable
4
1. JUSTIFICACIÓN CURSO
Los procesos de Transferencia de Calor están presentes en casi todos los fenómenos
naturales. En las áreas de la Ingeniería de Procesos como: Reacciones químicas,
Conversión de la energía, conservación de alimentos, acondicionamiento de ambientes,
Procesos de Separación, entre otros. La Transferencia de Calor juega un papel
fundamental y de ahí, la justificación e importancia de esta asignatura y se manifiesta en
que le permite al estudiante desarrollar capacidades para entender los fenómenos de
transporte calórico de diversos procesos industriales, identificar las variables que los
afectan, las unidades operativas que los componen y su funcionamiento, interpretar los
procesos y resaltar su función en el desarrollo de los mismos. Además, está orientada a
inculcar en el estudiante las habilidades necesarias para poder desarrollar su labor
profesional en el campo de la industria, concretamente en las operaciones en las que
tienen que ver con la manipulación y sus aplicaciones para el diseño de equipos; así
como los conceptos referidos a transmisión de calor. Esta asignatura contribuirá en la
formación de los profesionales dedicados a la Ingeniería de Procesos y les permitirá
desempeñarse en áreas como: el mejoramiento del proceso, análisis de operaciones,
control de proyectos industrial, elaboración y ejecución de procesos de manufacturas,
así como en la investigación de nuevos procesos.
2. OBJETIVOS GENERALES DEL CURSO
2.1.
2.2.
Seleccionar y diseñar equipos relacionados con la transferencia de calor. Para lograr
lo anterior, el estudiante debe plantear en forma correcta el modelo matemático
realizando los balances de materia y de energía en un volumen de control específico
de acuerdo a las restricciones lógicas que asuma, y resolver dicho modelo aplicando
los conocimientos aprendidos en cálculo integral, diferencial y métodos numéricos.
OBJETIVOS ESPECIFICOS Para cumplir el objetivo, el estudiante deberá desarrollar
habilidades para:
2.2.1.
Analizar los conocimientos básicos de los fenómenos de transporte calórico,
leyes fundamentales y equipos utilizados.
1/4
2.2.2.
2.2.3.
2.2.4.
Aplicar de una forma creativa el conocimiento adquirido a los problemas
específicos que se presentan en el transporte energético.
Evaluar algunos criterios de aplicación y selección de los equipos que
conlleven a una operación adecuada y tratamiento de los temas.
Proponer soluciones para situaciones donde se requiera aumentar o disminuir
las pérdidas de calor de un sistema.
3. DESCRIPCIÓN ANALÍTICA DE CONTENIDOS
3.1. MODULO I. CONCEPTOS BÁSICOS (Semana 1)
3.1.1.
3.1.2.
3.1.3.
3.2.
Introducción:
Generalidades, presentación de la materia, conceptos de fenómenos de
transporte, formas de flujo calórico.
Práctica 1: Calorímetro, medición del calor de combustión.
MODULO II. TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONDUCCIÓN (Semanas 2,3,4 y
5)
3.2.1.
Transferencia de calor por conducción
3.2.1.1.
3.2.1.2.
3.2.1.3.
3.2.1.4.
3.2.2.
3.2.3.
3.2.4.
Conducción: Ley de Fourier
Convección: Ley de enfriamiento de Newton
Radiación: Ley de Stefan-Boltzman
Mecanismos combinados de Transferencia de Calor. Serie y
paralelo.
Conducción Unidimensional en estado estable. Balance general de energía.
Pared plana, cilindro hueco, esfera hueca, paredes compuestas, cilindros
concéntricos, espesor crítico de aislamiento. Conducción bi y tridimensional
en estado estable. Ecuaciones generales. Métodos analíticos y gráficos.
Conducción en estado inestable. Sistemas con resistencia interna
despreciable. Sistemas con resistencia interna apreciable, placa, cilindro,
esfera.
Práctica 2: Aplicación de la transferencia de calor por conducción.
Práctica 3: Conducción en aletas.
3.3. MODULO III. TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONVECCIÓN (Semanas 6,7 y 8)
3.3.1.
3.3.2.
3.3.3.
3.3.4.
Transferencia de calor por convección. Métodos de evaluación de coeficientes
de transferencia de calor por convección. Convección libre y forzada.
Gráficas y ecuaciones de convección libre y forzada.
Práctica 4: Aplicación de la transferencia de calor por convección.
Práctica 5: Convección en aletas.
2/4
3.3.5.
Práctica 6: Práctica no estructurada
3.4. MODULO IV. TRANSFERENCIA DE CALOR POR RADIACIÓN (Semanas 9 y 10)
3.4.1.
3.4.2.
Transferencia de calor por radiación. Absorción, reflexión y transmisión de
radiación. Ley de Kirchhoff. Radiación de superficies reales.
Práctica 7: Aplicación de la transferencia de calor por radiación.
3.5. MODULO V. EQUIPOS PARA LA TRANSFERENCIA DE CALOR (Semanas 11-16)
3.5.1.
3.5.2.
3.5.3.
3.5.4.
3.5.5.
3.5.6.
3.5.7.
3.5.8.
3.5.9.
3.5.10.
3.5.11.
3.5.12.
Equipos para la transferencia de calor. Intercambiadores de calor.
Clasificación. Sistemas de flujo. Intercambiadores de calor de tubos
concéntricos y de tubos y caraza. Curvas de temperatura.
Coeficiente global de transferencia de calor. Temperatura media logarítmica.
Factores de corrección. Ecuación de energía. Pasos cuadrado y triangular,
bafles, áreas de flujo.
Evaporadores. Tipo y clasificación. Sistema simple y efecto múltiple.
Balances de materia de energía. Capacidad. Economía. Consumo de vapor.
Sistemas con calor de solución despreciable y apreciable. Evaporadores
simples y compuestos.
Diagramas de entalpía-concentración. Diagramas de temperatura de
ebullición-concentración. Sistemas múltiples,
Métodos de solución directa y por iteración.
Práctica 8: Aplicación de la transferencia de calor en los intercambiadores de
calor de tubos concéntricos.
Práctica 9: Aplicación de la transferencia de calor en los intercambiadores de
calor de tubos y coraza.
Práctica 10: Aplicación de la transferencia de calor en evaporadores.
Práctica 11: Aplicación de la transferencia de calor en secadores.
Práctica 12: Aplicación de la transferencia de calor en calderas.
Práctica 13: Práctica no estructurada
Practica 14. Evaluación de la transferencia de calor en un proceso
4. EVALUACIÓN
4.1.
4.2.
El objetivo de la evaluación en este curso es comprobar el grado de desarrollo de las
competencias propuestas que usted ha logrado. La mejor forma de aprender es
haciendo, así que es muy importante que usted mismo piense sobre los ejercicios
planteados y los resuelva. Una vez que los haya resuelto puede comparar sus
resultados con los de sus compañeros o consultar al profesor. En muchas ocasiones
no existe necesariamente una sola respuesta, esto va depender del modelo
matemático y de las restricciones asumidas.
Tres exámenes parciales 75% (c/u con un del 25%). semanas 7, 12 y 15.
3/4
4.3.
4.4.
Exámenes cortos o trabajos cortos (5%), durante el semestre
Prácticas de Laboratorio 20% (30% PNE, 70%; Informes y trabajo en el laboratorio)
5. BIBLIOGRAFIA GENERAL
5.1.
5.2.
5.3.
5.4.
5.5.
5.6.
5.7.
5.8.
5.9.
5.10.
5.11.
5.12.
Textos guías
WELTY, J.R. 1996. Transferencia de calor aplicada a la ingeniería. Editorial
LIMUSA S:A. Grupo Noriega Editores. México.
INCROPERA F., DEWITT D. 2007. Introduction to Heat Transfer. 5a edition, John
Wiley and Son.
KERN, D.Q. Process Heat Transfer. McGraw-Hill Book Company. USA, 1997.
Referencias adicionales:
HOLMAN, J. 2008. Heat Transfer. 9a edition John Wiley and Son.
INCROPERA F. and DEWITT D. 2002.Fundamentals of Heat and Mass Transfer. 5a
edition. John Wiley and Son.
BIRD, Stewart, LIGHFOOT. 2007. Transport Phenomena. 2a edition, John Wiley
and Son.
PERRY, J. 1992. Manual del Ingeniero Químico. McGraw-Hill. México.
KREITH, F.y BOHN, Mark. 2001. Principios de Transferencia de Calor.
Thomson-learning, México.
KARLEKAR, F. 1982. Principios de Transferencia de Calor. McGraw-Hill.
WELTY, J.R. 1997. Fundamentos de transferencia de momento, calor y masa.
Editorial LIMUSA S.A. Grupo Noriega Editores. México.
4/4