Transferencia de Energía y Operaciones

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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL LITORAL
FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA
Expte. nº 245 995-A/10
SANTA FE, 12 de octubre de 2010
VISTAS estas actuaciones vinculadas con la planificación de la asignatura “Transferencia
de Energía y Operaciones” obligatoria de la carrera de Ingeniería Química, elevada por el Profesor
Responsable de la misma, Ing. Enrique ALBIZZATI.
CONSIDERANDO:
El aval de la dirección de la carrera mencionada y de la Secretaría Académica de esta
Facultad, y
Lo aconsejado por la Comisión de Enseñanza,
EL CONSEJO DIRECTIVO
DE LA FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA
RESUELVE:
ARTICULO 1º.- Aprobar la planificación de la asignatura “Transferencia de Energía y
Operaciones” obligatoria de la carrera de Ingeniería Química, que adjunto forma parte integrante
de la presente, dejándose sin efecto, en su parte pertinente, el artículo 1º de la resolución “CD” nº
355/00 y el artículo 1º de la similar “CD” 020/07.
ARTICULO 2º. Mantener al Ing. Enrique ALBIZZATI como Profesor responsable del dictado de la
asignatura referida
ARTICULO 3º.- Dejar establecido la integración de la Comisión Examinadora de la asignatura
mencionada en el artículo 1º de la presente, de la siguiente manera:
Titulares: Ing. Enrique ALBIZZATI, Ing. Alfredo SCHNEIDER y Dr. Julio DEIBER
Suplentes: Dr. Raúl BORTOLOZZI e Ing. Carlos PARODI.
ARTICULO 4º.- Inscríbase, comuníquese, déjese constancia en los originales de las similares
“CD” nº 355/00 y 020/07, hágase saber en copia a Departamento Alumnado, Secretaría
Académica y Bedelía y archívese.
RESOLUCION “CD” nº 510
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Dr. ENRIQUE MAMMARELLA
DECANO
STELLA MARIS PSENDA
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FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA
-2Expte. nº 245 995-A/10
Resolución “CD” nº 510
Departamento: Ingeniería Química"
Area: “Operaciones Unitarias”
Asignatura : "Transferencia de Energía y Operaciones" Ingeniería Química, Plan 1999
Carácter: Obligatoria
Carga Horaria: 150 hs.
PROGRAMA ANALÍTICO:
TEMA 1
Balance integral de energía interna. Intercambios no convectivos de energía interna por conducción y
radiación. Conducción del calor. Emisión y absorción de energía radiante. Intercambio de energías ; interna
y mecánica. Fenomenología de los mecanismos de transferencia de energía.
Balance de la suma de energías interna y mecánica. Balance de entalpía. Ecuaciones constitutivas.
Conductividad térmica. Intercambio de energía interna y mecánica. Efectos disipativos. Generación de
Calor.
TEMA 2
Balance local de energía interna. Regimenes transitorio, estacionario y de equilibrio. Condiciones de
contorno de la transferencia de energía. Coeficientes de transferencia de calor. Coeficiente local.
Coeficientes interno, externo y de pared. Coeficiente global. Acoplamiento de sistemas en corrientes
paralelas, contracorrientes y mixtas. Dinámica de sistemas térmicos. Recipientes: calentadores, enfriadores.
Cálculo de perfiles de temperatura. Flujo de corte con disipación viscosa. Transferencia de calor en
películas Iíquidas.
TEMA 3
Conducción del calor en placas, cilindros, esferas, multicapas y tridimensional. Flujo de calor en la frontera
del sistema. Aplicación a aislantes. Diámetro económico. Espesor crítico de aislación. Uso de diferencias
finitas en estado estacionario y transitorio. Método de la variable reducida. Dominios finitos y semi-infinitos.
Conducción del calor con generación interna. Resistencia a la conduccion del calor por contacto.
TEMA 4
Transferencia simultánea de cantidad de movimiento y energía en gases y Iíquidos. Acoplamiento de
sistemas y condiciones de contorno. Transferencia simultánea de cantidad de movimiento y energía en
flujo turbulento. Viscosidad y conductividad de torbellinos. Capas de la turbulencia. Numero de NusseIt y
correlaciones.
TEMA 5
Convección forzada interna. Tubos, placas, etc. Flujos desarrollados cinemáticamente y térmicamente.
Flujos con longitudes de entrada cinemática y térmica. Problemas de Graetz. Transferencia en f1ujo
turbulento. Efecto de la rugosidad. Numero de Nusselt para tubos. Uso de las analogías entre cantidad de
movimiento y energía. Correlaciones del tipo jH. Efecto de la variación de propiedades termofísicas con la
temperatura. Transferencia de calor forzada con fluídos no newtonianos.
TEMA 6
Convección forzada externa. Teoría de la capa límite. Acoplamiento térmico- mecánico. Transferencia del
calor en f1ujo turbulento externo. Convección forzada exterior a placas, cilindros, esferas, bancos tubos,
otros cuerpos. Correlaciones.
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FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA
-3Expte. nº 245 995-A/10
Resolución “CD” nº 510
Departamento: Ingeniería Química"
Area: “Operaciones Unitarias”
Asignatura : "Transferencia de Energía y Operaciones" Ingeniería Química, Plan 1999
Carácter: Obligatoria
Carga Horaria: 150 hs.
Convección natural interna y externa. Velocidad característica. Numero de Grashof. Teoría de la capa límite
en convección natural. Convección combinada natural y forzada. Número de Nusselt para tubos diferentes
geometrías. Convección natural en recintos.
TEMA 7
Intercambiadores de calor sin cambio de fases. Balances de entalpia. Diferencia media logarítmica de
temperatura. Coeficiente global variable. Factores de ensuciamiento. Intercambiadores de calor de casco y
tubos, de placas, de pasos múltiples, otros. Número de Nusselt para el intercambio calórico.
Simulación numérica y dinámica de intercambiadores en serie y paralelo. Criterios económicos.
Diseño de intercambiadores de calor de doble tubos. Teoría del intercambio calórico con superficies
extendidas. Aletas y su acople fenomenológico con los mecanismos de transferencia de calor.
Definición y cálculo de la eficiencia. Pérdida de carga. Recirculaciones del flujo y su efecto en la eficiencia.
Número de Nusselt para el intercambio calórico con superficies extendidas.
TEMA 8
Condensación exterior e interior. Condensación en películas. Coeficientes de transferencia de calor.
Condensación de vapores saturados y recalentados. Condensación en superficies verticales e inclinadas, en
tubos horizontales y verticales, en bancos de tubos verticales y horizontales. Efecto del número de Reynolds
del condensado. Flujo turbulento. Efectos de gases no-condensables. Condensación en gotas.
Condensación interna en tubos y su relación al título del vapor. Diseño de intercambiadores con cambio de
fases. Condensadores de superficie: paso simple, doble paso, etc., Condensadores de mezcla.
TEMA 9
Evaporación. Balances de entalpia. Elevación del punto de ebullición con la concentración. Ebullición en
pileta. Regimenes: convección natural, ebullición nucleada y en película. Pico de flujo calórico.
Correlaciones. Ebullición por convección forzada dentro de tubos. Conceptos sobre caída de presión y carga
estática en evaporadores. Diseño. Evaporadores con flujos en cocorrientes y contracorriente; de pasos
simple y doble. Circulación forzada y natural. Tubos largos, cortos y canasta. Evaporadores de superficie
rascada y de película descendente. Coeficientes de transferencia de calor. Evaporación por múltiples
efectos. Eficiencia.
TEMA 10
Mecanismos básicos de la energía radiante. Ley de Planck. Flujo incidente. Coeficientes globales y
específicos de absorción, transmisión y reflexión. Emisión y absorción de superficies sólidas. Cuerpos
opaco, gris y negro. Cavidad térmica. Ley de Kirchhoff. Análisis de la ley de Stefan -Boltzmann. Ley de
Wien. Emisión del cuerpo negro y cuerpo real. Superficies reales. Ley de Lambert. Factores de forma-visión
y evaluación.
Emisión y absorción de energía radiante en el volumen material del sistema. Balance de energía radiante
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-4Expte. nº 245 995-A/10
Resolución “CD” nº 510
Departamento: Ingeniería Química"
Area: “Operaciones Unitarias”
Asignatura : "Transferencia de Energía y Operaciones" Ingeniería Química, Plan 1999
Carácter: Obligatoria
Carga Horaria: 150 hs.
TEMA 11
Intercambio de calor en lechos rellenos. Aplicaciones al almacenamiento de energía, tratamiento de gases y
reactores químicos. Intercambio de calor en lechos fluidizados. Aplicaciones al intercambio calórico.
Tratamiento de gases, procesos de recubrimiento, almacenamiento de energía y reactores químicos.
Transferencia de energía en tanques agitados. Aplicaciones.
TEMA 12
Flujo de fluídos compresibles no isotérmicos. Número de Mach. Nociones sobre flujos subsónico y
supersónico. Flujos isoentrópicos, adiabáticos e isotérmicos de gases. Sopladores y compresores.
Aplicaciones industriales.
BIBLIOGRAFIA RELEVANTE:
Fenómenos de Transporte. R. B. BIRD, W.E. STEWART y E.N. LIGHTFOOT, Reverté, (1976).
Heat Transfer: A Basic Approach. M. NECATI ÓZISIK, Mc GRAW HILL (1985)
The Properties of Gases and Liquids. R.C. REID, T.K. SHERWOOD Y B. POLING, Mc GRAW HILL (1987)
Operaciones Básicas de Ingeniería Química. W.L. Mc CABE, JC. SMITH, P. HARRIOT, Cuarta Edición, Mc
GRAW HILL (1991).
Fundamentals of Momentum, Heat and Mass Transfer. J.R. WELTY, R. WICKS Y C.E. WILSON, John
WILEY (1984).
Fundamental of Heat Transfer. F.P. INCROPERA Y D.P. DeWITT, John WILEY, New York (1981).
Fundamental Principies of Heat Transfer. 5. WHITAKER, PERGAMON PRESS, New York (1977).
Dr. ENRIQUE MAMMARELLA
DECANO
STELLA MARIS PSENDA
SECRETARIA ADMINISTRATIVA
INTERINA
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-5Expte. nº 245 995-A/10
Resolución “CD” nº 510
Departamento: Ingeniería Química"
Area: “Operaciones Unitarias”
Asignatura : "Transferencia de Energía y Operaciones" Ingeniería Química, Plan 1999
Carácter: Obligatoria
Carga Horaria: 150 hs.
TIPOS DE CLASES
• Teorías
Carga horaria: 2 teorías semanales de 2,5 horas cada uno.
Tipo: Expositiva
Carácter: Obligatoria - Porcentaje de asistencia: 70%
• Talleres(Resolución de Problemas y Trabajos Prácticos)
Carga horaria: 2 talleres semanales: 2,5 horas cada uno,
-Resolución de Problemas
Tipo: Situación-Problema-Solución-Conclusión.
Carácter: Obligatoria- Porcentaje de asistencia: 70%
-Trabajos Prácticos en Planta Piloto con confección de informes escritos:
• Intercambiador de calor de placas.
• Intercambiador de calor de carcasa y tubos.
• Calentamiento discontinuo.
• Evaporación.
Carácter: Obligatorio - Porcentaje de asistencia: 100%
REGULARIDAD:
Requerimientos previos: Regularizar y aprobar las asignaturas que se exigen en el régimen de
correlatividades vigente
Para adquirir la condición de regular se requiere: a) Cumplir con el porcentaje mínimo de asistencia
obligatoria. b) Aprobar 3 exámenes parciales. Se podrá recuperar un examen parcial de los tres que se
requieren al final del cuatrimestre. c) Aprobar el 100% de los informes de trabajos prácticos. Se podrá
recuperar un trabajo práctico al final del cuatrimestre.
Contenidos de los exámenes parciales de regularización.
Examen 1: Temas de la asignatura:1-4 (inclusive)
Examen 2: Temas de la asignatura: hasta 8 (inclusive)
Examen 3: Temas de la asignatura hasta 12 (inclusive)
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-6Expte. nº 245 995-A/10
Resolución “CD” nº 510
Departamento: Ingeniería Química"
Area: “Operaciones Unitarias”
Asignatura : "Transferencia de Energía y Operaciones" Ingeniería Química, Plan 1999
Carácter: Obligatoria
Carga Horaria: 150 hs.
PROMOCIÓN:
Opción 1) Los alumnos que cursan, podrán promover aprobando 3 exámenes parciales durante el cursado.
Se podrá recuperar un examen parcial de los tres que se requieren, al final del cuatrimestre. Los exámenes
parciales involucran desarrollo de contenidos y problemas teóricos y numéricos en forma escrita.
Además, en un turno de examen final deberán aprobar un examen oral/escrito de desarrollo de contenidos.
Contenidos de los exámenes parciales de promoción
Examen 1: Temas de la asignatura:1-4 (inclusive)
Examen 2: Temas de la asignatura: hasta 8 (inclusive)
Examen 3: Temas de la asignatura hasta 12 (inclusive)
Opción 2) Los alumnos regulares podrán promover la asignatura aprobando un examen final que consta de
dos etapas eliminatorias: a) Examen escrito/oral de desarrollo de contenidos de 1 hora. b) Examen
escrito/oral de problemas teóricos y numéricos de 3 horas.
Opción 3) Los alumnos libres podrán promover la asignatura aprobando un examen final que consta de tres
etapas eliminatorias: a) Evaluación igual a la del examen final para los alumnos regulares. b) Examen
escrito/oral sobre Trabajos Prácticos de 1 hora. c) Examen oral globalizador de contenidos de 1 hora.
Para aprobar cada etapa de los exámenes se requiere un nivel mínimo de conocimientos. La calificación
final de la asignatura se establece una relación entre los conocimientos aprobados y la escala de notas
vigente en la Universidad Nacional del Litoral.
Nota: se adjuntan cronogramas y docentes responsables de las clases.
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FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA
-7Expte. nº 245 995-A/10
Resolución “CD” nº 510
Departamento: Ingeniería Química"
Area: “Operaciones Unitarias”
Asignatura : "Transferencia de Energía y Operaciones" Ingeniería Química, Plan 1999
Carácter: Obligatoria
Carga Horaria: 150 hs.
Cronograma de Teorías
Semana
1
2
3
4
5
6
Tema
Mecanismos de transferencia de
energía
Balance local de energía térmica
Docente
Albizzati
Tema
Balance integral de energía térmica
Docente
Albizzati
Albizzati
Albizzati
Conducción unidireccional en
estado estacionario
Conducción no estacionaria
multidireccional
Albizzati
Coeficientes y fuerza impulsora de la
transferencia
Conducción no estacionaria
unidireccional
Transferencia de energía en capa
límite y en flujo turbulento
Schneider
Transferencia de energía en
flujos laminares
Convección externa. Analogías
entre TCM y TE
Intercambiadores de calor
Deiber
Albizzatti
Correlaciones para flujos laminares y
turbulentos
Convección natural externa e interna
Schneider
Intercambiadores de doble tubo
Schneider
Albizzati
Albizzati
Albizzati
Schneider
7
8
9
Intercambiadores de calor de
carcasa y tubos
Intercambiadores de calor de
superficies extendidas
Condensación
Schneider
Schneider
Intercambiadores de calor de carcasa
y tubos
Diseño de aislaciones
Schneider
Schneider
Schneider
Condensación
Schneider
Schneider
10
Condensación
Schneider
Evaporación
12
13
Evaporación
Radiación
Schneider
Albizzati
Evaporación
Radiación
14
Radiación
Albizzati
15
Transferencia de energía en
lechos de sólidos
Albizzati
Transferencia de energía en tanques
agitados
Flujos de fluidos compresibles
11
Schneider
Albizzati
Dr. ENRIQUE MAMMARELLA
DECANO
STELLA MARIS PSENDA
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Albizzati
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-8Expte. nº 245 995-A/10
Resolución “CD” nº 510
Departamento: Ingeniería Química"
Area: “Operaciones Unitarias”
Asignatura : "Transferencia de Energía y Operaciones" Ingeniería Química, Plan 1999
Carácter: Obligatoria
Carga Horaria: 150 hs.
Cronograma de Talleres (Resoluc de problemas y trabajos prácticos)
Semana
1
2
Tema
Conductividad térmica.
Balance integral de energía térmica
Docentes
Flores
Tema
Balance integral de energía térmica
Balance integral de energía térmica
Docentes
Guala
Guala
Conducción unidireccional en estado
estacionario
Conducción no estacionaria y
multidireccional
Transferencia de energía en flujos internos
laminares
Transferencia de energía en convección
externa y natural
Guala
Flores
3
Balance local de energía térmica
Flores
4
Conducción unidireccional en estado
estacionario
Conducción no estacionaria y
multidireccional
Correlaciones y analogías
Flores
Flores
7#
Intercambiadores de calor de doble
tubo
Guala #
Flores
Intercambiadores de calor de carcasa y
tubos
Flores#
Guala
8
Flores
Intercambiadores de calor de superficies
extendidas
Condensación
Guala
9#
Intercambiadores de calor de carcasa
y tubos
Diseño de aislaciones
10
Condensación
Flores
11#
Evaporación
Guala #
Flores
12
13#
Evaporación
Radiación
14
Radiación
Flores
Guala #
Flores
Flores
5
6
Flores
Guala #
Flores
Guala
Guala
Guala
Flores#
Guala
Condensación
Guala
Evaporación
Flores
#Guala
Radiación
Radiación
Guala
Flores#
Guala
Transferencia de energía en tanques
agitados
Guala
15
Transferencia de energía en lechos
Flores
Fluidos compresibles.
Guala
de sólidos
.
(#) Se realizan los Trabajos Prácticos en¨la Planta Piloto en comisiones de 6 alumnos como máximo. Las horas adicionales son
cubiertas por los docentes señalados.
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