IN ST IT U T O P OL IT É CN ICO N A CION A L SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS
PROGRAMA SINTÉTICO CARRERA: Ingeniería Aeronáutica ASIGNATURA: Termodinámica y Principios de Transferencia de Calor
SEMESTRE:
Tercero
OBJETIVO GENERAL: El alumno resolverá problemas relacionados con los ciclos termodinámicos que utilizan los motores alternativos y rotativos, identificando las secciones principales empleando los criterios básicos de la termodinámica y la transferencia de calor en dispositivos de aplicación aeronáutica.
CONTENIDO SINTÉTICO: I Conceptos y Definiciones II Vapores III Primera Ley de la Termodinámica en Sistemas Cerrados IV Primera Ley de la Termodinámica en Sistemas Abiertos (Volúmenes de Control) V Segunda Ley de la Termodinámica VI Mezcla de Gas-Vapor VII Ciclos Termodinámicos VIII Principios de Transferencia de Calor
METODOLOGÍA: Aprendizaje grupal y participación de los alumnos en la búsqueda, lectura y análisis de la información. Integración de los aspectos teóricos de la asignatura.
EVALUACIÓN Y ACREDITACIÓN: Tres exámenes departamentales (70%) Prácticas de laboratorio (20%) Participación en clase y trabajos de investigación (10%)
BIBLIOGRAFÍA: Dante Giacosa; Motores Endotérmicos; tercera edición; Edit. Científico-Medica; Barcelona; 1970; Páginas 3-20 Cuesta Álvarez Martín; Motores de Reacción; Octava Edición; Edit. Paraninfo; España, 1995; Páginas 69-94, 103116. Faires, Virgil Moring; Simmang, Clifford Max. Termodinámica. Segunda Edición. Edit. UTEHA; U.S.A.; 1990. Páginas 1-167,325-476,535-581. Granet, Irving. Termodinámica. Primera Edición. Edit. Prentice Hall; U.S.A.; 1988. Páginas 1-320,389-660. Kern, Donald Q.; Procesos de Transferencia de Calor; Edit. CECSA; 1995. Páginas 13-131, 243-264.
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Superior de Ingeniería Eléctrica Mecánica Unidad Ticomán. CARRERA: Ingeniería Aeronáutica OPCIÓN: Diseño Construcción; Operación del Transporte aéreo. ESCUELA:
y
COORDINACIÓN: DEPARTAMENTO: Ingeniería Aeronáutica
ASIGNATURA: Termodinámica y Principios de Transferencia
de Calor SEMESTRE: Tercero CLAVE: CRÉDITOS: 7.5 VIGENTE: Agosto del 2004 TIPO DE ASIGNATURA: Teórico-Práctica MODALIDAD: Escolarizada
TIEMPOS ASIGNADOS
HRS/SEMANA/TEORÍA:
3.0
HRS/SEMANA/PRÁCTICA: 1.5
HRS/SEMESTRE/TEORÍA:
54.0
HRS/SEMESTRE/PRÁCTICA: 27.0
HORAS TOTALES: 81.0
PROGRAMA ELABORADO O ACTUALIZADO POR: Academia de Térmica REVISADO POR: Subdirección Académica APROBADO POR: Ing. Óscar Roberto Guzmán Caso, Presidente del Consejo Técnico Consultivo Escolar
AUTORIZADO POR: Comisión de planes y programas de Estudio del Consejo General Consultivo
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ASIGNATURA: Termodinámica y Principios de Transferencia de Calor
CLAVE:
HOJA: 2
DE: 12
FUNDAMENTACIÓN DE LA ASIGNATURA Esta asignatura proporciona al alumno los conocimientos básicos para identificar y describir las secciones principales de los motores de combustión interna, emplear los conceptos de la termodinámica para calcular y proponer sistemas propulsivos aeronáuticos y seleccionar y evaluar las soluciones mas adecuadas. Además de la aplicación de los procesos de transferencia de calor básicos. Tiene como antecedente los conceptos contenidos en la asignatura de Química Aplicada del segundo semestre. Sirve de base para las asignaturas de Sistemas Propulsivos del cuarto semestre, Fundamentos de Motores de combustión Interna de quinto semestre, Diseño de elementos de Motor Alternativo de séptimo semestre y Diseño de elementos de Motor Aerorreactor de octavo semestre. Para cursar esta asignatura se requiere haber aprobado Química Aplicada del segundo semestre.
OBJETIVO DE LA ASIGNATURA El alumno resolverá problemas relacionados con los ciclos termodinámicos que utilizan los motores alternativos y rotativos, identificando las secciones principales empleando los criterios básicos de la termodinámica y la transferencia de calor en dispositivos de aplicación aeronáutica.
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ASIGNATURA: Termodinámica y Principios de Transferencia de Calor
No. UNIDAD: I
CLAVE:
HOJA: 3
DE: 12
NOMBRE: Conceptos y definiciones
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno identificará los conceptos y definiciones básicas de los sistemas propulsivos y enunciará sus secciones principales.
No. TEMA
TEMAS
1.1
Introducción, Conceptos y Definiciones
1.2
Clasificación de los sistemas propulsivos
1.3
Descripción de las secciones principales de los sistemas propulsivos
HORAS
CLAVE BIBLIOGRÁFICA
T
P
EC
3.0
3.0
1.0
1B, 2B, 3C, 4C, 5C, 6C, 7C
ESTRATEGIA DIDÁCTICA Realización de ejercicios, en la resolución de problemas. Exposición de temas en forma grupal y/o individual, mediante la guía del profesor. El profesor se auxiliará del pizarrón, acetatos y equipo de cómputo con presentaciones multimedia.
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
El primer examen departamental abarca las unidades I, II, III y IV Ejercicios realizados en clases. Prácticas de laboratorio que representan el 20 % de la calificación definitiva. Participación en actividades individuales y de equipo. En la evaluación de las prácticas de laboratorio no se asignará una calificación aprobatoria sin que se haya realizado como mínimo el 80% de las prácticas programadas.
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ASIGNATURA: Termodinámica y Principios de Transferencia de Calor
No. UNIDAD: II
NOMBRE:
CLAVE:
HOJA: 4
DE: 12
Vapores
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno identificará los conceptos y definiciones básicas y resolverá problemas relacionados con los procesos termodinámicos de cambios de fase de sustancias y vapores. Propondrá soluciones a problemas básicos utilizando como herramienta el álgebra lineal.
No. TEMA
TEMAS
2.1
Sustancia Pura
2.2
Fases de una Sustancia Pura
2.3
Procesos de Cambios de Fase de una Sustancia Pura
2.4
Presión de Vapor y Equilibrio de Fase
2.5
Tablas de Propiedades
HORAS
CLAVE BIBLIOGRÁFICA
T
P
EC
3.0
0
1.0
7B, 8B, 9B, 10C, 11C, 12C
ESTRATEGIA DIDÁCTICA Realización de ejercicios, en la resolución de problemas. Exposición de temas en forma grupal y/o individual, mediante la guía del profesor. El profesor se auxiliará del pizarrón, acetatos y equipo de cómputo con presentaciones multimedia.
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
El primer examen departamental abarca las unidades I, II, III y IV Ejercicios realizados en clases. Participación en actividades individuales y de equipo.
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ASIGNATURA: Termodinámica y Principios de Transferencia de Calor
No. UNIDAD: III
CLAVE:
HOJA: 5
DE: 12
NOMBRE: Primera ley de la termodinámica en sistemas cerrados
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno aplicará los conceptos y definiciones básicas del cálculo diferencial e integral en la solución de problemas relacionados con la primera ley de la termodinámica de sistemas cerrados.
No. TEMA
TEMAS
3.1
Introducción
3.2
Conceptos Mecánicos de Energía
3.3
Procesos Termodinámicos
3.4
Transferencia de Energía mediante Trabajo
3.5
Energía de un Sistema
3.6
Transferencia de Energía por Calor
3.7
Balance de Energía de Sistemas Cerrados
HORAS
CLAVE BIBLIOGRÁFICA
T
P
EC
6.0
3.0
2.0
7B, 8B, 9B, 10C, 11C, 12C
ESTRATEGIA DIDÁCTICA Realización de ejercicios, en la resolución de problemas. Exposición de temas en forma grupal y/o individual, mediante la guía del profesor. El profesor se auxiliará del pizarrón, acetatos y equipo de cómputo con presentaciones multimedia.
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
El primer examen departamental abarca las unidades I, II, III y IV Ejercicios realizados en clases. Prácticas de laboratorio que representan el 20 % de la calificación definitiva. Participación en actividades individuales y de equipo. En la evaluación de las prácticas de laboratorio no se asignará una calificación aprobatoria sin que se haya realizado como mínimo el 80% de las prácticas programadas.
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ASIGNATURA: Termodinámica y Principios de CLAVE:
Transferencia de Calor
No. UNIDAD: IV
HOJA: 6
DE: 12
NOMBRE: Primera ley de la termodinámica en sistemas abiertos (en volúmenes de control)
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno aplicará los conceptos y definiciones básicas del cálculo diferencial e integral en la solución de problemas relacionados con la primera ley de la termodinámica, respecto a la conservación de masa y energía en volúmenes de control de sistemas cerrados.
No. TEMA
TEMAS
4.1
Conservación de la Masa de un Volumen de Control
4.2
Conservación de la Energía de un Volumen de Control
4.3
Análisis de Volúmenes de Control en Estado Estable
4.4
Análisis Transitorio
HORAS
CLAVE BIBLIOGRÁFICA
T
P
EC
6.0
3.0
1.0
7B, 8B, 9B, 10C, 11C, 12C
ESTRATEGIA DIDÁCTICA Realización de ejercicios, en la resolución de problemas. Exposición de temas en forma grupal y/o individual, mediante la guía del profesor. El profesor se auxiliará del pizarrón, acetatos y equipo de cómputo con presentaciones multimedia.
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
El primer examen departamental abarca las unidades I, II, III y IV Ejercicios realizados en clases. Prácticas de laboratorio que representan el 20 % de la calificación definitiva. Participación en actividades individuales y de equipo. En la evaluación de las prácticas de laboratorio no se asignará una calificación aprobatoria sin que se haya realizado como mínimo el 80% de las prácticas programadas.
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ASIGNATURA: Termodinámica y Principios de Transferencia de Calor
No. UNIDAD: V
CLAVE:
HOJA: 7
DE: 12
NOMBRE: Segunda ley de la termodinámica
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno aplicará los conceptos y definiciones básicas del cálculo diferencial e integral en la solución de problemas relacionados con la segunda ley de la termodinámica.
No. TEMA
5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8 5.9 5.10
TEMAS
Introducción Depósito Térmico de Energía Máquinas Térmicas Conversión Eficiente de la Energía Refrigeradores y Bombas de Calor Procesos Reversibles e Irreversibles El Ciclo de Carnot Principios de Carnot Máquina Térmica de Carnot Refrigerador y Bomba de Calor de Carnot
HORAS
CLAVE BIBLIOGRÁFICA
T
P
EC
4.5
3.0
2.0
7B, 8B, 9B, 10C, 11C, 12C
ESTRATEGIA DIDÁCTICA Realización de ejercicios, en la resolución de problemas. Exposición de temas en forma grupal y/o individual, mediante la guía del profesor. El profesor se auxiliará del pizarrón, acetatos y equipo de cómputo con presentaciones multimedia.
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN El segundo examen departamental abarca las unidades V, VI y VII (del 7.1 al 7.5). Ejercicios realizados en clases. Prácticas de laboratorio que representan el 20 % de la calificación definitiva. Participación en actividades individuales y de equipo. En la evaluación de las prácticas de laboratorio no se asignará una calificación aprobatoria sin que se haya realizado como mínimo el 80% de las prácticas programadas.
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ASIGNATURA: Termodinámica y Principios de Transferencia de Calor
No. UNIDAD: VI
CLAVE:
HOJA: 8
DE: 12
NOMBRE: Mezcla gas-vapor
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno aplicará los conceptos y definiciones básicas del cálculo diferencial e integral en la solución de problemas relacionados con los procesos en mezclas gas-vapor.
No. TEMA
TEMAS
6.1 Aire Atmosférico y Seco
HORAS
CLAVE BIBLIOGRÁFICA
T
P
EC
3.0
0
2.0
7B, 8B, 9B, 10C, 11C, 12C
6.2 Humedad Específica y Relativa del Aire 6.3 Temperatura del Punto de Rocío 6.4 Carta Psicrométrica
ESTRATEGIA DIDÁCTICA Realización de ejercicios, en la resolución de problemas. Exposición de temas en forma grupal y/o individual, mediante la guía del profesor. El profesor se auxiliará del pizarrón, acetatos y equipo de cómputo con presentaciones multimedia.
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN El segundo examen departamental abarca las unidades V, VI y VII (del 7.1 al 7.5). Ejercicios realizados en clases. Prácticas de laboratorio que representan el 20 % de la calificación definitiva. Participación en actividades individuales y de equipo. En la evaluación de las prácticas de laboratorio no se asignará una calificación aprobatoria sin que se haya realizado como mínimo el 80% de las prácticas programadas.
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ASIGNATURA: Termodinámica y Principios de Transferencia de Calor
No. UNIDAD: VII
CLAVE:
HOJA: 9
DE: 12
NOMBRE: Ciclos termodinámicos
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno aplicará los conceptos y definiciones básicas del cálculo diferencial e integral en la solución de problemas relacionados con los ciclos termodinámicos en motores térmicos de potencia.
No. TEMA
7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6 7.7 7.8 7.9
TEMAS
Ciclo de Carnot Ciclo de Stirling Ciclo de Ericsson Ciclo de Otto de Dos y Cuatro Tiempos Ciclo Diesel de dos y Cuatro Tiempos Ciclo Joule Brayton Combustión Ciclo Rankine Simple Ciclos de Refrigeración
HORAS
CLAVE BIBLIOGRÁFICA
T
P
EC
1.5 0.5 0.5 4.0 4.0 4.5 1.5 1.5 1.5
9.0
3.0
7B, 8B, 9B, 10C, 11C, 12C
ESTRATEGIA DIDÁCTICA Realización de ejercicios, en la resolución de problemas. Exposición de temas en forma grupal y/o individual, mediante la guía del profesor. El profesor se auxiliará del pizarrón, acetatos y equipo de cómputo con presentaciones multimedia.
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN El segundo examen departamental abarca las unidades V, VI y VII (del 7.1 al 7.5). Ejercicios realizados en clases. Prácticas de laboratorio que representan el 20 % de la calificación definitiva. Participación en actividades individuales y de equipo. En la evaluación de las prácticas de laboratorio no se asignará una calificación aprobatoria sin que se haya realizado como mínimo el 80% de las prácticas programadas.
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ASIGNATURA: Termodinámica y Principios de Transferencia de Calor
No. UNIDAD: VIII
CLAVE:
HOJA: 10
DE: 12
NOMBRE: Principios de transferencia de calor
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD El alumno aplicará los conceptos y definiciones básicas del cálculo diferencial e integral en la solución de problemas relacionados con los procesos básicos de transferencia de calor.
No. TEMA
TEMAS
HORAS
CLAVE BIBLIOGRÁFICA
T
P
EC
8.1 Conducción
3.0
6.0
3.0
8.2 Convección
3.0
8.3 Radiación
3.0
9B, 12C, 13B, 14B, 15C
ESTRATEGIA DIDÁCTICA Realización de ejercicios, en la resolución de problemas. Exposición de temas en forma grupal y/o individual, mediante la guía del profesor. El profesor se auxiliará del pizarrón, acetatos y equipo de cómputo con presentaciones multimedia.
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN El tercer examen departamental abarca las unidades VII (del 7.6 al 7.9) y VIII. Ejercicios realizados en clases. Prácticas de laboratorio que representan el 20 % de la calificación definitiva. Participación en actividades individuales y de equipo. En la evaluación de las prácticas de laboratorio no se asignará una calificación aprobatoria sin que se haya realizado como mínimo el 80% de las prácticas programadas.
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ASIGNATURA: Termodinámica y Principios de CLAVE:
Transferencia de Calor
HOJA: 11
DE: 12
RELACIÓN DE PRÁCTICAS Práctica No. 1
Nombre de la práctica Familiarización con los motores de combustión interna
Unidad Temática I
Duración (hr)
Lugar de realización
3.0 hrs.
Todas las prácticas de realizarán el Laboratorio de Máquinas Térmicas
2
Primera ley termodinámica
de
la
III y IV
6.0 hrs.
3
Segunda ley termodinámica
de
la
V
3.0 hrs.
4
Ciclos termodinámicos: -Motor Stirling -Motor Otto
VII
9.0 hrs.
5
Transferencia de calor por conducción
VIII
3.0 hrs.
6
Transferencia de calor por convección
VIII
3.0 hrs
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ASIGNATURA: Termodinámica y Principios de Transferencia de Calor
PERÍODO UNIDAD
CLAVE:
HOJA: 12
DE: 12
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
1º.
I, II, III, IV
70% examen escrito, 20% prácticas de laboratorio, 10% búsqueda de información y participación en clase
2º.
V, VI, VII
70% examen escrito (hasta el 7.5), 20% prácticas de laboratorio, 10% búsqueda de información y participación en clase
3º.
VII, VIII
70% examen escrito (desde el 7.6 y la unidad VIII), 20% prácticas de laboratorio, 10% búsqueda de información y participación en clase
CLAVE
B
1
X
2
X
C
3
X
4
X
5
X
6
X
7
X
8
X
9
X
10
X X
11 12
X X
13 14
X
15
X
16
X
BIBLIOGRAFÍA -Dante Giacosa; Motores Endotérmicos; Tercera edición; Edit. Científico-Médica; Barcelona; 1970; Páginas 3-20 -Cuesta Álvarez Martín; Motores de Reacción; Octava Edición; Edit. Paraninfo; España, 1995; Páginas 69-94, 103-116. -Bent. Ralph D., McKinley James L; Aircraft Powerplants; Páginas 1-5, 28-33, 407408, 413-415. -Michael J. Kroes, Thomas W. Wild; Aircraft Powerplants; Séptima Edición; Edit. Mc Graw-Hill; U.S.A; Páginas 1-12, 273-279 -Casamassa Jack V., Bent Ralph D.; Power Systems; Tercera Edición; Edit. MCGraw Hill; USA; 1957; Páginas 1-9, 21-24. -Obert Edward F.; Motores de Combustión Interna Análisis y Aplicaciones; Quinta impresión en español; Edit. C.E.C.S.A.;México; Páginas 32-36. -Hünecke Klause; Jet Engines; Cuarta Edición; Edit. Motorbooks International; England; 2000; Páginas 1-25 -Wark, Kenneth Jr. Termodinámica. Quinta Edición. Edit. Mc Graw-Hill; U.S.A.; 1999. Páginas 1-330,457- 504,605-764. -Faires, Virgil Moring; Simmang, Clifford Max. Termodinámica. Segunda Edición. Edit. UTEHA; U.S.A.; 1990. Páginas 1-167,325-476,535-581. -Granet, Irving. Termodinámica. Primera Edición. Edit. Prentice Hall; U.S.A.; 1988. Páginas 1-320,389-660. -Moran, Michael J.; Shapiro, Howard N. Fundamentals of Engineering Thermodynamics. Third – Edition, Edit. Wiley; United States of America; 1996. Páginas 1-250, 373-421, 453-472. -Van Wylen, G.; Sonnatng, R.; Borgnakke, C. Fundamental of Classical Thermodynamics. Fourth Edition. Edit. Wiley; U.S.A.; 1994. Páginas 23-377. -Haberman, Williams L.; John James E. A.; Termodinámica para Ingeniería con transferencia de calor Primera Edición en español; Edit. Trillas. Páginas 1996; 11392,461-499, 513-522. -Kern, Donald Q.; Procesos de Transferencia de Calor; Edit. CECSA; 1995. Páginas 13-131, 243-264. -Holman, J. P.; Transferencia de Calor; Edit. CECSA, 1995. Páginas 17-119, 193289, 341-437, 483-524. -Welty, James R.; Transferencia de calor aplicada a la Ingeniería; Edit. Limusa; 1978. Páginas 1-38, 71- 393, 407-412.
IN ST IT U T O P OL IT É CN ICO N A CION A L SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS
PERFIL DOCENTE POR ASIGNATURA 1. DATOS GENERALES ESCUELA: SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA UNIDAD TICOMÁN CARRERA:
INGENIERÍA AERONÁUTICA
ÁREA:
BÁSICAS C. INGENIERÍA
ACADEMIA:
SEMESTRE
D. INGENIERÍA
TERCERO
C. SOC. y HUM.
ASIGNATURA: TERMODINÁMICA Y PRINCIPIOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR
TÉRMICA
ESPECIALIDAD Y NIVEL ACADÉMICO REQUERIDO:
LICENCIATURA EN INGENIERÍA AERONÁUTICA O AFÍN
2. OBJETIVOS DE LA ASIGNATURA: El alumno resolverá problemas relacionados con los ciclos termodinámicos que utilizan los motores alternativos y rotativos, identificando las secciones principales empleando los criterios básicos de la termodinámica y la transferencia de calor en dispositivos de aplicación aeronáutica 3. PERFIL DOCENTE: CONOCIMIENTOS EXPERIENCIA HABILIDADES ACTITUDES PROFESIONAL -De preferencia dos años -Manejo de grupos y -Vocación por la docencia -Honestidad -De Licenciatura en en la enseñanza superior capacidad de liderazgo. (relación-alumno Ingeniería Aeronáutica o o diplomado en docencia -Manejo de equipo de -Respeto en la enseñanza superior. laboratorio. maestro) licenciatura afín. de equipo -Tolerancia -Especializado o con -Haber ejercido dos años -Manejo dentro de su profesión informático -Ética afinidad a el área de (indispensable). -Establecimiento de climas -Deseo de superación energética y/o propulsión favorables al aprendizaje. docente y profesional aérea. -Transferencia de -Responsabilidad -Dominio del idioma inglés conocimiento teórico a la Científica solución de problemas. -Trabajo grupal -Capacidad de análisis y síntesis. -Uso de material didáctico. -Creatividad -Motivación al alumno al estudio, razonamiento e investigación. -Dominio de la comunicación oral. ELABORÓ
________________________ M. en C. Germán Grajeda Rodríguez PRESIDENTE DE ACADEMIA
REVISÓ
_______________________ M. en C. Alfredo Arias Montaño SUBDIRECTOR ACADÉMICO
AUTORIZÓ
_______________________ Ing. Óscar Roberto Guzmán Caso DIRECTOR DEL PLANTEL
FECHA:
9 de marzo de 2004
