UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE YUCATÁN FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA LICENCIATURA
:
INGENIERÍA QUÍMICA INDUSTRIAL
ÁREA
:
CIENCIAS DE LA INGENIERIA
ASIGNATURA
:
TRANSFERENCIA DE CALOR.
DURACIÓN
:
60 HORAS
PLAN DE ESTUDIOS APROBADO EN MAYO DE 2006 AGOSTO – DICIEMBRE 2011
Modificado en Agosto de 2014 por Dr. Julio César Sacramento Rivero
OBJETIVO GENERAL El alumno conocerá los mecanismos que gobiernan los fenómenos de transferencia de calor, sabrá describir estos mecanismos tanto conceptualmente como mediante ecuaciones matemáticas, y podrá hacer los cálculos de diseño y evaluación de cambiadores de calor y evaporadores, utilizando tanto métodos analíticos como simuladores comerciales.
ESTRATEGIAS DE ENSEÑANZA-APRENDIZAJE 1. Exposición con método interrogatorio 2. Sesiones de solución de problemas 3. Seminarios 4. Aprendizaje por proyectos 5. Uso de simuladores
CRITERIOS DE EVALUACIÓN La calificación se asignará a cada alumno sobre un total de 100 puntos, que se repartirán entre los siguientes rubros: 50 pts.
Exámenes
10 pts.
Tareas
30 pts.
Trabajos grupales y Proyectos
10 pts.
Prácticas
Exámenes: Se harán tres exámenes parciales por escrito, de acuerdo a la siguiente planeación: 20 pts.
1er Parcial (Unidad 1)
10 pts.
2º Parcial (Unidad 2)
20 pts.
3er Parcial (Unidad 3)
Tareas: Se calificará de la siguiente manera: 10 pts. Cumplimiento de tareas; del total de puntos asignados a este rubro, se descontará la parte proporcional correspondiente a las tareas que el alumno no entregue en tiempo y forma. Trabajos grupales: Se realizarán tres trabajos en equipos, cada uno de 10 pts. Práctica: Se realizará una práctica de laboratorio y se calificará sobre el reporte, considerando exactitud de los cálculos, formato, ortografía y redacción y participación individual en la elaboración del reporte.
BIBLIOGRAFÍA Bibliografía básica 1. Bird, R. B., Stewart, W. E. y Lightfoot, E. N. (2006). Fenómenos de transporte. México: Reverté. 2. Dondé Castro, M. (2004). Transporte de momentum y calor . Mérida, México: UADY. 3. Lienhard IV, J.H. y Lienhard V, J.H. (2008). A Heat Transfer Textbook . 3ª ed., Cambridge: Phlogiston Press.
Bibliografía de apoyo 4. Coulson, J. M., Richardson, J. F. (1996). Chemical engineering Fluid flow, heat transfer and mass transfer . 5ª ed., Oxford: Butterworth-Heinemann. 5. Kays W. M. y London A. L. (1984). Compact Heat Exchangers. 3ª ed., Nueva York: McGraw-Hill. 6. Hewitt, G. F., Shires, G. L. y Bott, T. R. (Eds.) (1994). Process Heat Transfer . Boca Raton: Begell House. 7. Holman, J. P. (1998). Transferencia de calor . Madrid: McGraw-Hill/Interamericana. 8. Incropera, F. P. y DeWitt, D. P. (1999). Fundamentos de Transferencia de Calor . 4ª ed., México: Prentice-Hall.
9. Kern, D. Q. (1965). Procesos de transferencia de calor . Reimpresión 2004. México: CECSA. 10. Kreith, F. y Bohn, M. S. (2001). Principios de transferencia de calor . 6ª ed. México: Thomson Learning. 11. Patiño Palacios, G. (2008). Transferencia de Calor en Ingeniería Química [Notas de curso]. Mérida, México: s.n.
UNIDAD 1 GENERALIDADES Y MODELOS MATEMÁTICOS DE LA TRANSFERENCIA DE CALOR OBJETIVOS El alumno conocerá los conceptos básicos de los fenómenos de transferencia de calor, los
describirá y realizará modelos matemáticos de sistemas sencillos en donde estos fenómenos son dominantes.
HABILIDADES El alumno desarrollará las siguientes habilidades durante esta unidad: 1. Analizará sistemas de proceso en donde exista transferencia de calor 2. Resolverá problemas numéricos relacionados con sistemas de proceso
CONTENIDO ESPECÍFICO Parte 1. Generalidades de la transferencia de calor 1. Los tres mecanismos de transmisión de calor y circuitos térmicos a) La conductividad térmica y la Ley de Fourier b) La convección de calor y la Segunda Ley de Newton c) La radiación electromagnética y la Ley de Stefan-Boltzmann 2. Descripción de las analogías entre los fenómenos de transporte
Parte 2. Modelos matemáticos de transferencia de calor 3. La ecuación general de energía 4. Transferencia de calor en régimen permanente a. Pared plana y el coeficiente de transferencia de calor b. Paredes compuestas planas y cilíndricas c. Espesor crítico de aislante
d. Conducción con generación de calor e. Aleta de enfriamiento 5. Transferencia de calor en régimen transitorio a. Sólido semi-infinito b. Parámetros concentrados Estrategias de enseñanzaaprendizaje 1, 2, 4
Duración
Bibliografía
20 horas
1, 2, 3, 7, 8, 9, 10, 11
UNIDAD 2 CÁLCULO DEL COEFICIENTE DE PELÍCULA OBJETIVOS El alumno identificará y utilizará las herramientas con base teórica, empírica o semi-empírica que existen para calcular el coeficiente de transferencia de calor.
HABILIDADES El alumno desarrollará las siguientes habilidades durante esta unidad: 1. Resolverá problemas numéricos relacionados con sistemas de proceso 2. Aprenderá por su cuenta cómo calcular el coeficiente de película de transferencia de calor en un sistema de proceso real 3. Comunicará de manera oral y escrita los resultados de su propia investigación
CONTENIDO ESPECÍFICO Parte 1: Cálculo del coeficiente de película con expresiones analíticas 1. Capa límite térmica en flujo laminar 2. Flujo laminar dentro de tubo con perfil desarrollado 3. Condensación de película en placa vertical 4. Uso de la analogía de Chilton-Colburn para el cálculo del coeficiente de película.
Parte 2: Cálculo del coeficiente de película con correlaciones 5. El análisis dimensional 6. Convección forzada a. En placa plana y dentro de ductos cilíndricos y no cilíndricos b. Sobre tubos y sobre bancos de tubos 7. Convección natural en placa plana, en tubos y dentro de espacios cerrados 8. Condensación sobre superficies verticales y horizontales, y sobre bancos de tubos 9. Evaporación de película y ebullición nucleada 10. Transferencia de calor en otras geometrías: dentro y fuera de serpentines, del lado de carcasa en cambiadores de carcasa y tubos, etc.) Estrategias de enseñanzaaprendizaje 1, 2, 3
Duración
Bibliografía
18 horas
1, 2, 3, 4, 6, 7, 8, 10, 11
UNIDAD 3 INTERCAMBIADORES DE CALOR OBJETIVO El alumno calculará varios tipos de intercambiadores de calor, incluyendo cambiadores de doble tubo, de carcasa y tubos, de placas, de flujo transversal y evaporadores, mediante el uso del
método de DTML y el método ε . ε-NUT HABILIDADES El alumno desarrollará las siguientes habilidades durante esta unidad: 1. Hará el diseño conceptual de intercambiadores de calor 2. Resolverá problemas numéricos relacionados con sistemas de proceso 3. Simulará un intercambiador de calor utilizando software especializado para procesos químicos (ASPEN Plus)
CONTENIDO ESPECÍFICO Parte 1: Generalidades de intercambiadores de calor 1. Descripción, partes y funcionamiento de los distintos tipos de intercambiadores: De doble tubo, de carcasa y tubos, de flujo transversal y de platos 2. Diagrama Temperatura-entalpía y diferenciales de temperatura 3. La resistencia global, el factor de incrustación y tiempo de limpieza.
Parte 2: Evaluación de intercambiadores de calor 4. Caída de presión en cambiadores de doble tubo y de carcasa y tubos. 5. Método de la Diferencia de Temperatura Media-Logarítmica (DTML) 6. Método Efectividad-Número de Unidades de Transferencia ( ε-NUT). 7. Comparación de los métodos DTML y ε-NUT:
a.
Intercambiadores con cambio de fase
b.
Cruce de temperatura
c.
Intercambiadores en serie
8. Evaluación de intercambiadores de calor a.
De doble tubo
b.
De carcasa y tubos
c.
De placas
9. Simulación de cambiadores de calor 10. Evaporadores a.
Elevación de la temperatura de ebullición
b.
Simple y múltiple efecto
c.
Simulación de evaporadores múltiple efecto
Estrategias de enseñanzaaprendizaje 1, 2, 4, 5
Duración
Bibliografía
22 horas
1, 2, 3, 5, 6, 7, 9, 10