ME54B: DISEO DE EQUIPOS DE INTERCAMBIO TERMICO o DISEO EN INGENIERIA TERMICA o EL DISEO DESDE LA PERSPECTIVA DE TERMOFLUIDOS DISEO COMO ACTIVIDAD FUNDAMENTAL EN INGENIERIA DISEO: Actividad creativa con propsito. Origen: Necesidades de la sociedad (en sentido amplio). Implementacin de procesos productivos en general. Objetivos: Crear instalaciones productivas,

eficientes, efectivas, de tecnologa actual, con procedimientos especificados para su operacin,

Herramientas y condicionantes del diseo:

Ciencia bsica (Fsica, Matemticas, Qumica) Ciencias de la ingeniera (Termodinmica, Mecnica de Fluidos,

Transferencia de Calor, Mecnica de slidos, Materiales). Cultura tecnolgica contempornea (tendencias, avances de la

tecnologa basados en la ciencia de la ingeniera, innovaciones). Condicionantes externos. Legislacin, normas, estndares y cdigos,

polticas pblicas,... Factores ticos (produccin ambientalmente sostenible, propiedad

intelectual, propiedad industrial, polticas laborales, respeto a las personas, empleo, salarios).

Factores econmicos (Factibilidad de la actividad propuesta en funcin de la escala y mercados, capacidad de evaluar mercados (estudios de mercado)).

Cualidades del Ingeniero de diseo

Iniciativa Formacin acadmica y Competencia profesional Alerta a las seales del entorno Espritu innovativo Claridad en la formulacin de objetivos Capacidad de tomar decisiones (autonoma en su rea de trabajo) Capacidad de trabajar en equipos disciplinarios y multidisciplinarios,

y asumir sus liderazgos cuando corresponda. Capacidad de preparar informes tcnicos, exponer sus ideas,

(competencias comunicacionales). Poseer conocimientos extra curriculares: Idiomas, manejo de

softwares Capacidad de autoaprendizaje, perfeccionamiento continuo,

actualizacin va cursos, libros, revistas profesionales o internet. Vigencia mantenida durante los aos de ejercicio de la profesin.

Etapas de diseo:

Conceptual: Evaluar diversas alternativas de solucin y elegir la ms conveniente

Ingeniera bsica: Realizar el diseo de procesos (balances de masa y energa, dimensionamiento de equipos o eleccin de stos, simulacin de operacin, incluyendo cierre de la actividad).

Ingeniera de detalle: Especificacin detallada de equipos, y facilidades de servicio, que llevan a planos de construccin.

Montaje Operacin

Ingeniera de Consulta Es el tipo de desempeo profesional que requiere en mayor medida las habilidades de ingenieros diseadores. Es la actividad para ingenieros de la mayor calificacin. Proyectos de Ingeniera:

Se desarrollan en grupos, generalmente multidisciplinarios, con ingenieros de diferentes jerarquas y especialidades. Ejecutores, jefes de grupos de especialidades, coordinador general. Mtodos de diseo paso a paso Abundan mtodos de este tipo en el caso de los intercambiadores de calor. Veremos algunos, pero tambin es deseable en otros casos un enfoque ms creativo. Diseo versus compra Un desarrollo que ha sido decidido por un pas a veces excede las capacidades de un cierto pas. Ejemplo: fabricar centrales trmicas en Chile requiere juntar: Capacidad ingenieril, manufacturera, y capitales. Es por eso que muchas veces los proyectos de desarrollo se hagan comprando tecnologa extranjera. En ese caso el mandante debe ser un comprador inteligente. La definicin de comprador inteligente es: Un individuo u organizacin competente para especificar el rango de capacidades y el estndar de un producto o servicio que requiere, y luego evaluar si el producto o servicio cumple los requerimientos especificados La capacidad de hacer esta evaluacin tambin requiere conocimientos de diseo ingenieril. reas de la Ingeniera trmica: corresponden a diversos sectores industriales:

Generacin de Potencia Refrigeracin Industrial (tratamiento de productos y

acondicionamiento trmico de ambientes industriales) Acondicionamiento de aire, o tratamiento ambiental Industrias mineras: Hidrometalurgia, pirometalurgia,

electrometalurgia. Industrias Qumicas: Petrleo, Polmeros, Aceites, minera no

metlica (inorgnica), celulosa, explosivos, produccin (sntesis) de compuestos qumicos necesarios en otros procesos (Ej. H2SO4).

Ingeniera de Alimentos (especialmente relacionada con la refrigeracin industrial).

Recuperacin de energa trmica (aprovechamiento de calores residuales de procesos)

Uso de fuentes alternativas de energa (solar, elica) EL CURSO: Carcter del curso: Uso de los conceptos de fenmenos de transferencia con vistas a la actividad de diseo / especificacin de equipos trmicos. Se pretende que no solo sea un complemento del ME-43B Transferencia de calor sino entregue un nfasis decidido en la utilizacin de los conocimientos para el diseo. Programa ME-54B. Diseo de Equipos de Intercambio Trmico (EN PROCESO DE EVOLUCION) Requisitos: ME-43B, Transferencia de Calor. Unidades Docentes: 10 Electivo para Ingeniera Civil Mecnica. Breve descripcin del curso: Contiene los fundamentos de la evaluacin y diseo de equipos trmicos, esencialmente intercambiadores de calor de diversos tipos. Se exponen primeramente las bases conceptuales comunes. Luego se detallan los mtodos de diseo/evaluacin especficos para algunos tipos de intercambiadores de calor importantes en diversos campos de aplicacin industrial Objetivos:

-Aplicar principios de transferencia de calor al anlisis y diseo de equipos trmicos de diversos tipos especificados. -Seleccionar tipos de equipos apropiados para aplicaciones tecnolgicas especificadas, e integrarlos en secuencias de procesos. Contenidos: 1.- Introduccin: Objetivos del diseo de equipos y procesos trmicos. Clasificacin de equipos. 2.- Metodologa y Herramientas Bsicas de diseo de equipos trmicos: Balances de materia y energa Correlaciones de coeficientes convectivos Coeficientes globales y diferencia de temperatura Propiedades fsicas Medidas cuantitativas de la efectividad de un intercambiador. 4.- Intercambiadores de carcasa y tubos e intercambiadores de placas sin cambio de fase. Diversos mtodos de diseo y evaluacin. 5.- Evaporadores y condensadores en centrales trmicas, procesos qumicos y refrigeracin. (Ebullicin en flujo, extensin de las teoras de condensacin, descripcin y uso de los principales evaporadores y condensadores). 6.-Intercambiadores discontinuos (batch) en rgimen transiente: Estanques agitados con serpentn, chaqueta o intercambiador externo 7.- Transferencia de masa en el sistema agua- aire. Propiedades del aire hmedo y diagrama psicromtrico 8.-Intercambiadores de contacto directo: torres de enfriamiento de agua, humidificacin de aire, secado de slidos. 9.-Intercambiadores que funcionan por radiacin. Calderas de fluido trmico y Calderas en ciclos de generacin de potencia. Bibliografa:

1. S. Kaka, "Boilers, Evaporators and Condensers", J. Wiley & Sons, USA, 1991. 2. S. Kaka, A.E. Bergles, F. Mayinger, "Heat Exchangers: Thermal-Hydraulic fundamentals and design", Hemisphere, USA, 1981. 3.- W.M. Rohsenow, J.P. Hartnett, E.N. Ganic, Handbook of Heat Transfer Applications, 2nd. Edition, Mc.Graw Hill, USA, 1985. 5.- D.Q. Kern, Procesos de transferencia de calor, Traduccin, libro tradicional de referencia. 6. Diversos artculos recientes de revistas especializadas. Bases de datos: ISI WEB of Knowledge http://portal.isiknowledge.com/portal.cgi/portal.cgi?DestApp=WOS&Func=Frame&Init=Yes&SID=A13lbhAD4ncPD8dagDK Science Direct: http://www.sciencedirect.com/science/journals/engineering Permite obtener artculos completos en formato pdf computadores ubicados en la facultad. 7. Catlogos de equipos (internet) y diagramas de flujo de procesos. Pginas de empresas. Google.

Modalidad docente: Clases expositivas y discusin de tareas (Lunes). Cada clase esta orientada a la preparacin de un trabajo. Varios trabajos individuales breves con plazo de 2 semanas antes de las vacaciones de mitad del semestre. Despus de las vacaciones: Un proyecto de mayor escala, y clases en temas miscelneos de apoyo a los proyectos. EVALUACION Tareas (60%) Proyecto (40%) Resumen de Contenidos. Bases para el diseo de equipos trmicos. Mtodos de diseo de inter-cambiadores de calor, evaporadores y condensadores. ENFASIS PROPUESTOS _VERSION 2009 -Refrigeracin y Refrigerantes -Generacin de Potencia- Gas natural.