vii sem transferencia de calor (0625702t)
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UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL DEL TACHIRA Vicerrectorado Académico
Decanato de Docencia Departamento de Ingeniería Mecánica
Departamento: Ingeniería Mecánica Núcleo: Termofluidos Asignatura: Transferencia de Calor Código: 0625702T H/S: 5 Teoría: 5 Práctica: Lab.: U.C.: 3 Pre-requisito: 0622502L-0835502T-0624604T-0624505T Equivalencia: 0130T Semestre: VII Especialidad: Ingeniería Mecánica 1. JUSTIFICACIÓN:
En la práctica de la Ingeniería Mecánica, es cada vez más importante la comprensión de los mecanismos de transferencia de calor, ya que desempeñan un papel crucial en el diseño de vehículos, plantas generadoras de potencia, sistema de refrigeración, aparatos electrónicos, edificios y puentes, entre otras cosas.
2. OBJETIVO GENERAL:
Capacitar al estudiante proporcionándole conocimientos sobre los mecanismos de transferencia de calor por conducción, convección y radiación, otorgándole así herramientas que le permitan realizar la evaluación y diseño de sistemas térmicos.
3. CONTENIDOS:
Unidad I: Introducción a la Transferencia de Calor. Unidad II: Introducción a la Conducción de Calor. Unidad III: Conducción de calor unidimensional en estado estable. Unidad IV: Conducción de calor bidimensional en estado estable. Unidad V: Conducción de calor en estado transitorio. Unidad VI: Introducción a la convección. Unidad VII: Transferencia de calor por convección en flujo externo. Unidad VIII: Transferencia de calor por convección en flujo interno. Unidad IX: Transferencia de calor por convección libre o natural. Unidad X: Intercambiadores de calor.
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4. MÉTODOS Y TECNICAS DE ENSEÑANZA:
-Exposiciones apoyadas con proyecciones de transparencias y multimedia. -Resolución de ejercicios. -Pruebas formativas.
5. CRITERIOS Y TÉCNICAS DE EVALUACIÓN (En términos generales):
Pruebas escritas teórico-prácticas.
6. BIBLIOGRAFÍA:
• Fundamentos de Transferencia de Calor. Frank P. Incropera y David P. DeWitt. Editorial Prentice Hall. • Transferencia de Calor. Yunus A. Cengel. Editorial Mc Graw-Hill.
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PROGRAMA ANALÍTICO Asignatura: Transferencia de Calor Código: 0625702T Unidad I: Introducción a la Transferencia de Calor Objetivo General: Definir la transferencia de calor y sus mecanismos, describir sus orígenes físicos y aplicar los modelos para determinar el calor transferido por conducción, convección y radiación, e incorporarlos en el análisis de conservación de la energía de sistemas térmicos.
Objetivos Actividades Contenidos Evaluación Recursos Bibliografía 1. Definir Transferencia de
Calor.
2. Describir los orígenes físicos de la conducción, convección y radiación.
3. Aplicar los modelos o leyes existentes para determinar la Transferencia de Calor.
4. Evaluar los requerimientos de conservación de la energía de sistemas térmicos, incorporando modos de Transferencia de Calor combinados.
1. Clases expositivas teóricas y de resolución de ejercicios.
2. Dinámicas de grupos para resolución de ejercicios y análisis de textos.
3. Prueba formativa.
1. La Transferencia de
Calor y sus mecanismos: conducción, convección y radiación.
2. Orígenes físicos de cada mecanismo.
3. Modelos para determinar la Transferencia de Calor: Ley de Fourier, Ley de Newton del Enfriamiento y Ley de Stefan-Boltzmann.
4. Principio de conservación de la energía aplicado a un volumen de control o a una superficie de control de un sistema térmico, con modos combinados de Transferencia de Calor.
Prueba escrita
teórica-práctica
• Pizarra acrílica • Retroproyector • Computador • Video Beam
• Fundamentos
de Transferencia de Calor. Frank P. Incropera y David P. DeWitt. Editorial Prentice Hall.
• Transferencia
de Calor. Yunus A. Cengel. Editorial McGraw-Hill.
UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL DEL TACHIRA VICERRECTORADO ACADEMICO
COMISION CENTRAL DE CURRICULUM
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Unidad II: Introducción a la Conducción de Calor Objetivo General: Establecer las bases teóricas necesarias sobre la conducción de calor.
Objetivos Actividades Contenidos Evaluación Recursos Bibliografía 1. Enunciar la ley
fundamental para la conducción de calor.
2. Describir las propiedades térmicas de los materiales.
3. Deducir e interpretar la ecuación de difusión de calor.
4. Especificar condiciones de frontera e iníciales.
1. Clases expositivas
teóricas y de resolución de ejercicios.
2. Dinámicas de grupos para resolución de ejercicios y análisis de textos.
3. Prueba formativa.
1. La Ley de Fourier.
2. Propiedades térmicas de los materiales: conductividad térmica y difusividad térmica.
3. Ecuación de difusión de calor en coordenadas rectangulares.
4. Condiciones de frontera: temperatura superficial, flujo de calor superficial y convección superficial.
5. Condiciones iníciales.
Prueba escrita
teórica-práctica
• Pizarra acrílica • Retroproyector • Computador • Video Beam
• Fundamentos
de Transferencia de Calor. Frank P. Incropera y David P. DeWitt. Editorial Prentice Hall.
• Transferencia
de Calor. Yunus A. Cengel. Editorial McGraw-Hill.
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Unidad III: Conducción de calor unidimensional en estado estable Objetivo General: Aplicar la ecuación de difusión de calor para obtener las soluciones para la distribución de temperatura en geometrías planas, cilíndricas o esféricas, con y sin generación interna de energía térmica.
Objetivos Actividades Contenidos Evaluación Recursos Bibliografía 1. Aplicar la ecuación de
difusión de calor para obtener la solución para la distribución de temperatura en una pared plana, cilíndrica o esférica, sin generación.
2. Establecer la analogía entre el flujo de corriente eléctrica y el flujo de calor.
3. Analizar sistemas térmicos que implique la conducción de calor unidimensional a través de paredes simples o compuestas en serie y serie-paralelo.
4. Reconocer la existencia de resistencias térmicas de contacto.
5. Aplicar la ecuación de difusión de calor para obtener la solución para la distribución de temperatura en una geometría plana, cilíndrica y esférica, con generación.
1. Clases expositivas
teóricas y de resolución de ejercicios.
2. Dinámicas de grupos para resolución de ejercicios y análisis de textos.
3. Prueba formativa.
1. Distribución de
temperatura en una pared plana sin generación.
2. Analogía entre flujo de calor y flujo de corriente eléctrica.
3. Paredes en serie y en serie-paralelo.
4. Coeficiente global o total de Transferencia de Calor.
5. Resistencia térmica de contacto.
6. Distribución de temperatura en sistemas radiales sin generación: paredes cilíndrica y esférica.
7. Radio crítico de aislamiento para una tubería.
8. Distribución de temperatura en una geometría plana, cilíndrica o esférica, con generación.
Prueba escrita
teórico-práctica
• Pizarra acrílica • Retroproyector • Computador • Video Beam
• Fundamentos
de Transferencia de Calor. Frank P. Incropera y David P. DeWitt. Editorial Prentice Hall.
• Transferencia
de Calor. Yunus A. Cengel. Editorial McGraw-Hill.
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Objetivos Actividades Contenidos Evaluación Recursos Bibliografía 6. Deducir y aplicar la
ecuación general para superficies extendidas o aletas.
9. Transferencia de Calor
en superficies extendidas: aletas de sección transversal uniforme y no uniforme. Efectividad y eficiencia de una aleta. Eficiencia global de una superficie con aletas.
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Unidad IV: Conducción de calor bidimensional en estado estable _ Objetivo General: Aplicar el método numérico de las diferencias finitas para resolver problemas de conducción de calor bidimensional en estado estable. _
Objetivos Actividades Contenidos Evaluación Recursos Bibliografía 1. Aplicar la ecuación de
difusión de calor expresada en diferencias finitas para obtener la solución para la distribución de temperatura de una geometría bidimensional.
2. Aplicar el método de balance de energía, apoyado con la técnica de diferencias finitas, para obtener la solución para la distribución de temperatura de una geometría bidimensional.
3. Aplicar métodos para la solución de las ecuaciones algebraicas resultantes del uso del método de las diferencias finitas.
1. Clases expositivas
teóricas y de resolución de ejercicios.
2. Dinámicas de grupos para resolución de ejercicios y análisis de textos.
3. Prueba formativa.
1. Red nodal.
2. Forma de diferencias finitas de la ecuación de difusión de calor.
3. Método del balance de energía.
4. Solución de las ecuaciones de diferencias finitas: método de inversión de matrices y método de iteración de Gauss-Seidel.
Prueba escrita
teórico-práctica
• Pizarra acrílica • Retroproyector • Computador • Video Beam
• Fundamentos
de Transferencia de Calor. Frank P. Incropera y David P. DeWitt. Editorial Prentice Hall.
• Transferencia
de Calor. Yunus A. Cengel. Editorial McGraw-Hill.
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Unidad V: Conducción de calor en estado transitorio Objetivo General: Aplicar los métodos existentes para la solución de problemas de conducción transitoria de calor.
Objetivos Actividades Contenidos Evaluación Recursos Bibliografía
1. Reconocer y analizar un sólido de resistencia interna despreciable.
2. Aplicar el método de los efectos espaciales en la solución de problemas de conducción transitoria unidimensional.
3. Reconocer y analizar un sólido semi-infinito.
4. Aplicar el método de los efectos multidimensionales en la solución de problemas de conducción transitoria en varias dimensionales.
5. Aplicar la técnica de las diferencias finitas en la solución de problemas de conducción transitoria en una y dos dimensiones.
1. Clases expositivas
teóricas y de resolución de ejercicios.
2. Dinámicas de grupos para resolución de ejercicios y análisis de textos.
3. Prueba formativa.
1. Método de la resistencia
interna despreciable. Validez del método y análisis general.
2. Método de los efectos espaciales: pared plana y sistemas radiales con convección. Soluciones exactas y aproximadas. Transferencia total de energía.
3. Método del sólido semi-infinito.
4. Método de los efectos multidimensionales.
5. Método de las diferencias finitas aplicado a la conducción transitoria: métodos implícito y explícito.
Prueba escrita
teórico-práctica
• Pizarra acrílica • Retroproyector • Computador • Video Beam
• Fundamentos
de Transferencia de Calor. Frank P. Incropera y David P. DeWitt. Editorial Prentice Hall.
• Transferencia
de Calor. Yunus A. Cengel. Editorial McGraw-Hill.
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Unidad VI: Introducción a la convección Objetivo General: Establecer las bases teóricas necesarias sobre la Transferencia de Calor por convección.
Objetivos Actividades Contenidos Evaluación Recursos Bibliografía 1. Identificar la
problemática asociada a la Transferencia de Calor por convección.
2. Definir el coeficiente convectivo local y promedio.
3. Reconocer el método analítico de estudio del proceso de Transferencia de Calor por convección.
4. Identificar los parámetros adimensionales involucrados en la convección.
1. Clases expositivas
teóricas y de resolución de ejercicios.
2. Dinámicas de grupos para resolución de ejercicios y análisis de textos.
3. Prueba formativa.
1. El problema de la
Transferencia de Calor por convección: el coeficiente convectivo local y promedio.
2. Capas límites de convección: hidrodinámica y térmica.
3. Flujo laminar y turbulento.
4. Ecuaciones para la convección: capa límite hidrodinámica y capa límite térmico.
5. Adimensionalización de las ecuaciones de Transferencia de Calor por convección.
Prueba escrita
teórico-práctica
• Pizarra acrílica • Retroproyector • Computador • Video Beam
• Fundamentos
de Transferencia de Calor. Frank P. Incropera y David P. DeWitt. Editorial Prentice Hall.
• Transferencia
de Calor. Yunus A. Cengel. Editorial McGraw-Hill.
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Unidad VII: Transferencia de Calor por convección en flujo externo Objetivo General: Aplicar correlaciones para la determinación del coeficiente convectivo bajo condiciones de flujo externo sobre distintas geometrías.
Objetivos Actividades Contenidos Evaluación Recursos Bibliografía 1. Establecer las
consideraciones de flujo sobre superficies planas, cilíndricas y esféricas, incluyendo bancos de tubos.
2. Aplicar correlaciones para determinar el coeficiente convectivo en superficies planas, cilíndricas y esféricas, incluyendo bancos de tubo.
1. Clases expositivas
teóricas y de resolución de ejercicios.
2. Dinámicas de grupos para resolución de ejercicios y análisis de textos.
3. Prueba formativa.
1. Método empírico para
desarrollar correlaciones.
2. Consideraciones de flujo y correlaciones para una placa plana con flujo paralelo, isotérmica o con flujo de calor superficial, considerando los siguientes casos: capa límite laminar, turbulenta y mezclada. Placa con longitud inicial no calentada.
3. Flujo cruzado sobre un cilindro: consideraciones de flujo y correlaciones.
4. Correlaciones para flujo sobre una esfera.
5. Correlaciones para flujo cruzado sobre bancos de tubos alineados y escalonados.
Prueba escrita
teórico-práctica
• Pizarra acrílica • Retroproyector • Computador • Video Beam
• Fundamentos
de Transferencia de Calor. Frank P. Incropera y David P. DeWitt. Editorial Prentice Hall.
• Transferencia
de Calor. Yunus A. Cengel. Editorial McGraw-Hill.
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Unidad VIII: Transferencia de Calor por convección en flujo interno Objetivo General: Aplicar correlaciones para la determinación del coeficiente convectivo bajo condiciones de flujo interno.
Objetivos Actividades Contenidos Evaluación Recursos Bibliografía 1. Establecer los aspectos
hidrodinámicos y térmicos relacionados con el flujo a través de un tubo.
2. Aplicar correlaciones para determinar el coeficiente convectivo en flujo interno a través de tubos.
3. Aplicar balance de energía para determinar la Transferencia de Calor y los cambios de temperatura para flujo interno.
1. Clases expositivas
teóricas y de resolución de ejercicios.
2. Dinámicas de grupos para resolución de ejercicios y análisis de textos.
3. Prueba formativa.
1. Consideraciones
hidrodinámicas: condiciones de flujo, velocidad media, longitud de entrada hidrodinámica, región de flujo completamente desarrollado, perfiles de velocidad.
2. Consideraciones térmicas: temperatura media, longitud de entrada térmica, región de entrada térmica, región de flujo completamente desarrollado desde el punto de vista térmico, perfiles de temperatura, Ley de Newton del Enfriamiento.
3. Balance de energía: flujo de calor superficial constante y temperatura superficial constante. Diferencia de temperatura media logarítmica.
Prueba escrita
teórico-práctica
• Pizarra acrílica • Retroproyector • Computador • Video Beam
• Fundamentos
de Transferencia de Calor. Frank P. Incropera y David P. DeWitt. Editorial Prentice Hall.
• Transferencia
de Calor. Yunus A. Cengel. Editorial McGraw-Hill.
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Objetivos Actividades Contenidos Evaluación Recursos Bibliografía
4. Correlaciones para flujo
laminar en tubos circulares: región de entrada y completamente desarrollada.
5. Correlaciones para flujo turbulento en tubos circulares.
6. Correlaciones para tubos no circulares.
7. Correlaciones para flujo a través de anillos de tubos concéntricos.
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Unidad IX: Transferencia de Calor por convección libre o naturales Objetivo General: Aplicar correlaciones para la determinación del coeficiente convectivo bajo condiciones de convección libre o natural.
Objetivos Actividades Contenidos Evaluación Recursos Bibliografía 1. Establecer las
consideraciones físicas y ecuaciones gobernantes para la convección libre.
2. Aplicar correlaciones para determinar el coeficiente convectivo en flujos externos de convección libre.
1. Clases expositivas
teóricas y de resolución de ejercicios.
2. Dinámicas de grupos para resolución de ejercicios y análisis de textos.
3. Prueba formativa.
1. Consideraciones
físicas.
2. Ecuaciones gobernantes.
3. Consideraciones de similitud.
4. Convección libre laminar sobre una superficie vertical.
5. Efectos de la turbulencia.
6. Correlaciones para flujos externos de convección libre: Placa vertical, horizontal, inclinada, cilindro largo horizontal, esfera.
Prueba escrita
teórico-práctica
• Pizarra acrílica • Retroproyector • Computador • Video Beam
• Fundamentos
de Transferencia de Calor. Frank P. Incropera y David P. DeWitt. Editorial Prentice Hall.
• Transferencia
de Calor. Yunus A. Cengel. Editorial McGraw-Hill.
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Unidad X: Intercambiadores de calor Objetivo General: Aplicar las metodologías existentes para el cálculo de intercambiadores de calor.
Objetivos Actividades Contenidos Evaluación Recursos Bibliografía 1. Reconocer las
características más importantes de los distintos tipos de intercambiadores de calor.
2. Definir el coeficiente global de Transferencia de Calor para un intercambiador de calor.
3. Aplicar el método de la diferencia de temperatura media logarítmica y el método de la eficiencia-NUT en el cálculo de intercambiadores de calor.
1. Clases expositivas
teóricas y de resolución de ejercicios.
2. Dinámicas de grupos para resolución de ejercicios y análisis de textos.
3. Prueba formativa.
1. Tipos de
intercambiadores de calor.
2. Coeficiente global de Transferencia de Calor.
3. Análisis de intercambiadores de calor a través del método de la diferencia de temperatura media logarítmica: intercambiadores de flujo paralelo, contraflujo, pasos múltiples y flujo cruzado.
4. Análisis de intercambiadores de calor a través del método de la eficiencia-NUT.
5. Metodología de cálculo de un intercambiador de calor.
Prueba escrita
teórico-práctica
• Pizarra acrílica • Retroproyector • Computador • Video Beam
• Fundamentos
de Transferencia de Calor. Frank P. Incropera y David P. DeWitt. Editorial Prentice Hall.
• Transferencia
de Calor. Yunus A. Cengel. Editorial McGraw-Hill.