Ejemplo de la Transferencia de calor

1. CARACTERISTICAS GENERALES
2. DESCRIPCION SINTETICA DE LA ASIGNATURA
3. JUSTIFICACION DE LA ASIGNATURA EN EL PROGRAMA
4. OBJETIVO GENERAL

1. OBJETIVOS EDUCATIVOS
2. OBJETIVOS INSTRUCTIVOS

1. SISTEMA DE HABILIDADES
2. CONTENIDO TEMATICO
3. ESTRATEGIAS Y ACCIONES METODOLOGICAS
4. DISTRIBUCION HORARIA DEL CONTENIDO PROGRAMATICO
5. SISTEMAS DE EVALUACION: ESTRATEGIAS PEDAGOGICAS Y FORMAS DE EVALUACION
6. MEDIOS TECNICOS DE ENSEÑANZA
7. INDICACIONES PEDAGOGICAS PARA EL TRABAJO INDEPENDIENTE DE LOS ESTUDIANTES
8. PROBLEMAS  PROFESIONALES Y DEL ENTORNO OBJETO DE ESTUDIO EN LA ASIGNATURA
9. BIBLIOGRAFIA ACTUALIZADA
10. TRABAJOS DE CAMPO SUGERIDO

1. CARACTERISTICAS GENERALES

ASIGNATURA:                                 TRANSFERENCIA DE CALOR

CODIGO:                                        71503

PRERREQUISITOS:                         72502

CORREQUISITOS:                         NINGUNO

INTENSIDAD HORARIA:                 6 HORAS TEÓRICO PRÁCTICAS

SEMESTRE ACADEMICO:                 OCTAVO

CREDITOS:                                4

DISCIPLINA O AREA TEMATICA:         CIENCIAS TÉRMICAS Y FLUIDOS

1. DESCRIPCION SINTETICA DE LA ASIGNATURA

En este curso, se estudiarán los conceptos fundamentales de los mecanismos de transferencia de calor por conducción, convección y radiación relevantes para el análisis y diseño de sistemas que incluyen intercambio térmico, así como la administración y ahorro de energía térmica consumida en dichos sistemas. La determinación de la cantidad de calor transferido y la evaluación de los perfiles de temperatura en cuerpos con geometría simple: placas, cilindros, esferas, así como cálculos de los coeficientes de transferencia de calor convectivos y radiantes por el interior de diferentes sistemas tubulares. También se presentan cálculos en cambio de fase: condensación y ebullición, al igual que las aplicaciones intercambiadoras de calor.    

1. JUSTIFICACION DE LA ASIGNATURA EN EL PROGRAMA

La transferencia de calor es la ciencia que trata de predecir el intercambio de energía que puede tener lugar entre los cuerpos materiales como resultado de la diferencia de temperatura que existe entre los mismos. Ésta pretende no sólo explicar cómo la energía térmica puede transferirse, sino predecir la velocidad con la que, bajo ciertas condiciones específicas, tendrá lugar ese transporte de energía.

Dado que la Ingeniería Mecánica es la profesión que aplica los conocimientos científicos y tecnológicos en las áreas de conversión de energía, manufactura y diseño, para desarrollar creativamente productos, maquinaria y sistemas teniendo siempre presente ecológicos y económicos para el beneficio de la sociedad, resulta evidente que la asignatura establece las bases teóricas y metodológicas, junto con la Termodinámica y la Mecánica de Fluidos para las aplicaciones fundamentales en la conversión de energía, la manufactura y el diseño, la proyección y control operacional de máquinas de vapor, motores de combustión interna, sistemas y equipos de calefacción y refrigeración al igual que otros procesos tecnológicos y de control de perfiles de temperatura durante el tratamiento térmico de piezas.

1. OBJETIVO GENERAL

Conocer los principios y leyes que gobiernan los mecanismos de transferencia de calor por conducción, convección y radiación y aplicar estos conceptos fundamentales en el análisis, diseño y operación de sistemas térmicos.

1. OBJETIVOS EDUCATIVOS

• Desarrollar las formas del pensamiento lógico y la capacidad de razonamiento de los estudiantes mediante el desarrollo de las habilidades para la resolución de problemas técnicos de intercambio de energía térmica a partir de la s aplicación de los conceptos, principios y métodos que contribuirán a la formación de hábitos de trabajo independiente y de “aprender a aprender”, indispensable para la futura actividad profesional.
• Desarrollar formas de trabajo en equipo para abordar la solución de problemas propios de la Ingeniería Mecánica relacionados con la transferencia de energía térmica con base en el entendimiento de su responsabilidad ética y profesional y la incorporación de la lógica del trabajo del científico moderno.
• Desarrollar la exactitud científica, tanto a la que se refiere a la denominación de los conceptos y a la formulación de los principios como formas de trabajo.
• Desarrollar la exactitud filosófica, mostrando en forma dialéctica que, también los conceptos, principios y métodos tienen sus íntimas raíces en la realidad objetiva y en el conocimiento de los problemas contemporáneos, por lo que las soluciones de ingeniería tienen un impacto en el contexto social global.

1. OBJETIVOS INSTRUCTIVOS

• Desarrollar las capacidades para interpretar y describir los principales mecanismos de transferencia de calor por conducción, convección y radiación, así como las leyes fundamentales que las rigen.
• Desarrollar las capacidades y habilidades para el cálculo de la cantidad de calor transferido y los perfiles de temperatura durante los procesos de transferencia de calor en diferentes geometrías (unidimensional y bidimensional) en estado estacionario no estacionario.
• Desarrollar las capacidades y habilidades para el cálculo de los coeficientes de transferencia de calor (locales o promedios) bajo condiciones y geometrías diferentes e incluyendo procesos de cambio de fases y aplicarlos a los procesos de diseño y operación de sistemas térmicos y la intensificación de la transferencia de energía térmica en los mismos.
• Desarrollar las habilidades para establecer e interpretar lo procesos de transferencia de calor convectiva mediante la teoría de la capa límite y el análisis dimensional aplicando los números adimensionales a la caracterización de los procesos de transferencia de calor en diferentes sistemas.
• Desarrollar las capacidades y habilidades para establecer e interpretar los procesos de transferencia de calor por radiación de acuerdo a las leyes  de Kirchoff y Stefan-Boltzman aplicadas a los procesos de intercambio de energía en los cuerpos sólidos a alta temperatura y en gases y vapores calientes.
• Desarrollar las capacidades y habilidades para la selección y cálculo de transferencia de calor en intercambiadores de calor con diferentes características constructivas tomando en consideración criterios de funcionabilidad, fiabilidad y elementos estéticos de los mismos.  

1. SISTEMA DE HABILIDADES

• Identificar en un sistema dado cuáles son los modos de transferencia de calor.
• Establecer cuáles son las ecuaciones de mecanismo para la transferencia de calor por conducción.
• Determinar el perfil de temperatura y la transferencia de calor en paredes planas, cilíndricas y esféricas sin fuentes internas de calor y con ellas, al igual que en otros sistemas haciendo uso de los principios básicos.
• Determinar el radio crítico de aislamiento en un tubo así como su aplicación en la selección de aislantes para tuberías.
• Calcular la transferencia de calor en aletas de enfriamiento o superficies extendidas de sección transversal constante.
• Definir la eficacia de una superficie extendida y usar ese concepto para el análisis de aletas circulares y de otras características geométricas.
• Aplicar el método de separación de variables para determinar el perfil de temperatura y el flujo de calor en sistemas bidimensionales mediante diferencias finitas, métodos relajación y análisis gráfico.
• Determinar la distribución de temperatura como función del tiempo y el flujo de calor en una placa, un cilindro y un sólido semi-infinito haciendo uso del método de la capacidad térmica concentrada y de los diagramas de Heisler.
• Realizar cálculos de transferencia de calor (coeficientes de transferencia de calor, temperaturas, áreas) en varios sistemas con convección libre y forzada y que incluyan placas planas, interior y exterior de tuberías simples, bancos de tubos sin cambios de fase y con ella (condensación y ebullición) y por convección libre en espacios infinitos y finitos.
• Realizar cálculos de transferencia de calor (coeficientes de transferencia de calor, temperaturas, áreas) por radiación para regímenes estacionarios entre placas paralelas con y sin pantalla y entre superficies radiales.
• Reconocer los diferentes arreglos geométricos de intercambiadores de calor.
• Calcular un intercambio de calor clásico (tubo y coraza) para una necesidad dada.

1. CONTENIDO TEMATICO

Tema                                                    Tópicos

Introducción                     

Aspectos generales. Modos de transferencia de calor. Conceptos básicos de transferencia de calor por Conducción, convección y radiación.

Transferencia de calor

por conducción

 Conceptos fundamentales de transferencia de calor por conducción de calor a través de pared plana. Aislamiento y resistencia térmica. Sistemas radiales: cilindros. Coeficiente global de transferencia de transferencia de calor. Radio crítico de aislamiento. Conducción a través de una esfera. Sistema de generación de calor. Sistemas con generación de calor. Superficies extendidas. Resistencias térmicas de contacto.  Ecuación general de conducción de calor en estado estacionario en múltiples dimensiones.  Solución gráfica.  Factor de forma.  Métodos numéricos de análisis.  Conducción de calor en estado no estacionario.  

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