EME-1030 Transferencia de Calor

7/27/2019 EME-1030 Transferencia de Calor

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1.- DATOS DE LA ASIGNATURA

Nombre de la asignatura : Transferencia de Calor

Carrera : Ingeniera Electromecnica

Clave de la asignatura : EME-1030SATCA1 3-1-4

2.- PRESENTACINCaracterizacin de la asignatura.Esta asignatura aporta al perfil del Ingeniero Electromecnico conocimientos que lepermiten adquirir competencias necesarias para analizar los fenmenos detransferencia de calor que intervienen en los diferentes sistemas electromecnicospara, la evaluacin, el diseo y mantenimiento, con el fin de hacer un uso eficientede la energa; evitando en su medida la contaminacin del medio ambiente.

Intencin didctica.Se organiza el temario, en seis unidades, agrupando los contenidos de la asignaturade una manera lgica que permite comprender y visualizar cada tema obteniendolas competencias ms significativas de cada tema, sugiriendo actividades tericas-practicas que permitan una integracin, desarrollo personal y competencias realespara desarrollar procesos lgicos de induccin- deduccin y anlisis- sntesis.

Durante el desarrollo de la materia se obtendrn experiencias concretas con base aactividades cotidianas para que el alumno, reconozca y analice los fenmenos detransferencia de calor que existen a su alrededor, con el fin de identificar datosrelevantes, de manera autnoma.

Es necesario que el profesor ponga un mayor nfasis en los temas que ms tienenaplicacin en su zona de influencia, para determinar actividades con una aplicaciny comprensin de las actividades de esta asignatura.

Tambin el profesor debe considerar el desarrollo de prcticas y visitas industrialespara el desarrollo del contenido.

1 Sistema de Asignacin y Transferencia de Crditos Acadmicos


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3.- COMPETENCIAS A DESARROLLARCompetencias especficas:

Aplicar, interpretar y evaluar, lasleyes de transferencia de calodonde intervienen los sistemas

electromecnicos

Competencias genricas:

Competencias instrumentales Capacidad de anlisis y sntesis Capacidad de organizar y planificar Conocimientos bsicos de la carrera Habilidades bsicas de manejo de la

computadora Habilidad para buscar y analiza

informacin proveniente de fuentesdiversas de informacin

Solucin de problemas

Competencias interpersonales Capacidad crtica y autocrtica Colaborar en equipo

Competencias sistmicas Capacidad de aplicar los conocimientos

en la prctica Habilidades de investigacin Capacidad de aprender Capacidad de generar nuevas ideas

(creatividad) Habilidad para trabajar en forma

autnoma


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4.- HISTORIA DEL PROGRAMALugar y fecha de

elaboracin o revisin Participantes Evento

Instituto TecnolgicoSuperior de Irapuato del24 al 28 de agosto de2009.

Representantes de los Institutos Tecnolgicos de:Apizaco, Centla, Ciudad J imnez,Ciudad J urez, Delicias,Huichapan, Irapuato, J ocotitln,La Sierra Norte de Puebla, Lagosde Moreno, Lzaro Crdenas,Lerdo, Libres, Linares, LosMochis, Minatitln, Occidente delEstado de Hidalgo, Ocotln,Oriente del Estado de Hidalgo,Parral, Puerto Vallarta, TamazulaDe Gordiano, Tijuana,

Tlalnepantla, Tlaxco, Toluca, Tuxtepec, Xalapa y Zacatecas.

Reunin Nacional deDiseo e InnovacinCurricular para elDesarrollo y Formacin deCompetenciasProfesionales de laCarrera de IngenieraElectromecnica.

Desarrollo de Programasen CompetenciasProfesionales por losInstitutos Tecnolgicosdel 1 de septiembre al 15de diciembre de 2009.

Academias de IngenieraElectromecnica de los Institutos Tecnolgicos de:Aqu va los tec

Elaboracin del programade estudio propuesto en laReunin Nacional deDiseo Curricular de laCarrera de IngenieraElectromecnica.

Instituto Tecnolgico deMexicali del 25 al 29 deenero del 2010.

Representantes de los Institutos Tecnolgicos de:Apizaco, Centla, Ciudad J imnez,Ciudad J urez, Huichapan,Irapuato, J ocotitln, La SierraNorte de Puebla, Lagos deMoreno, Lzaro Crdenas, Lerdo,Libres, Los Mochis, Mexicali,Minatitln, Occidente del Estadode Hidalgo, Ocotln, Oriente delEstado de Hidalgo, Parral, PuertoVallarta, Tamazula de Gordiano,

Tlaxco, Toluca, Tuxtepec, Xalapay Zacatecas.

Reunin Nacional deConsolidacin de los

Programas enCompetenciasProfesionales de laCarrera de IngenieraElectromecnica.


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5.- OBJETIVO GENERAL DEL CURSOAplicar, interpretar y evaluar, las leyes de transferencia de calor donde intervienenlos sistemas electromecnicos

6.- COMPETENCIAS PREVIAS Aplicar las leyes de la termodinmica en sistemas electromecnicos . Emplear los conceptos de calor, temperatura y calor especfico. Tener conocimientos de clculo diferencial e integral para la solucin de

problemas del rea . Aplicar propiedades trmicas de los materiales y de los fluidos sustancias. Realizar estadsticas en mediciones fsicas , mecnicas y de propiedades

termodinmicas .

7.- TEMARIO

Unidad Temas Subtemas1 Conduccin en estadoestable.

1.1 Mecanismo fsico de la conduccin.1.2 Conductividad trmica.1.3 Ecuacin de conduccin de calor.1.4 Conduccin unidireccional .1.5 Conduccin bidimensional.1.6 Seleccin y diseo de aislantes

2 Conduccin en estadotransitorio2.1 Anlisis por parmetros del transitorio.2.2 Pared plana.

2.3 Sistemas radiales.2.4 Aplicacin de anlisis numrico (diferenciasfinitas, volumen finito)

3 Conveccin natural. 3.1 Fundamentos fsicos.3.2 Conveccin natural sobre una placavertical.

3.3 Correlaciones para otras geometras.3.4 Aplicaciones en placas, cilindros, esferas.

4 Conveccin forzada. 4.1 Fundamentos fsicos.4.2 Nmeros dimensionales.4.3 Ecuaciones Empricas.4.4 Placa plana.4.5 Tubo circular. Aplicaciones en

intercambiadores de calor4.6 Correlaciones para Flujo externo.


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4.7 Correlaciones para Flujo interno.

5 Transferencia concambio de fase.

5.1 Mecanismos fsicos de la condensacin.5.2 Mecanismo fsico de la ebullicin.5.3 Evaluacin de coeficientes locales.5.4 Aplicacin en evaporadores y

condensadores

6 Radiacin Trmica 6.1 Mecanismo fsico de radiacin.6.2 Leyes de radiacin.6.3 Emisividad, Absorcin, Reflexin y

Transmisin de Superficiales.6.4 Factor de forma.6.5 Intercambio de calor por radiacin entre

cuerpos negros.

6.6 Intercambio de calor por radiacin entresuperficies grises.6.7 Clculo de radiacin en hornos.


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8.- SUGERENCIAS DIDCTICASEl profesor debe:

Ser conocedor de la disciplina que est bajo su responsabilidad, conocer suorigen y desarrollo histrico para considerar este conocimiento al abordar lostemas.

Desarrollar la capacidad para coordinar y trabajar en equipo; orientar el trabajodel estudiante y potenciar en l la autonoma, el trabajo cooperativo y la tomade decisiones.

Mostrar flexibilidad en el seguimiento del proceso formativo y propiciar lainteraccin entre los estudiantes.

Tomar en cuenta el conocimiento de los estudiantes como punto de partida ycomo obstculo para la construccin de nuevos conocimientos.

Propiciar actividades de bsqueda, seleccin y anlisis de informacin endistintas fuentes.

Fomentar actividades grupales que propicien la comunicacin, el intercambioargumentado de ideas, la reflexin, la integracin y la colaboracin de y entrelos estudiantes.

Observar y analizar fenmenos y problemticas propias del campoocupacional.

Relacionar los contenidos de esta asignatura con las dems del plan deestudios a las que sta da soporte para desarrollar una visin interdisciplinariaen el estudiante.

Propiciar el desarrollo de capacidades intelectuales relacionadas con lalectura, la escritura y la expresin oral.

Facilitar el contacto directo con materiales e instrumentos, al llevar a cabo

actividades prcticas, para contribuir a la formacin de las competencias parael trabajo experimental como: identificacin manejo y control de variables ydatos relevantes, planteamiento de hiptesis, trabajo en equipo.

Desarrollar actividades de aprendizaje que propicien la aplicacin de losconceptos, modelos y metodologas que se van aprendiendo en el desarrollode la asignatura.

Proponer problemas que permitan al estudiante la integracin de contenidosde la asignatura y entre distintas asignaturas, para su anlisis y solucin.

Relacionar los contenidos de la asignatura con el cuidado del medio ambiente;as como el ahorro de energa.

Cuando los temas lo requieran, utilizar medios audiovisuales para una mejorcomprensin del estudiante.

Propiciar el uso de las nuevas tecnologas en el desarrollo de la asignatura.(Uso de software para solucin de problemas).


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9.- SUGERENCIAS DE EVALUACINLa evaluacin debe ser continua y formativa por lo que se debe considerar eldesempeo en cada una de las actividades de aprendizaje, haciendo especialnfasis en:

Reportes escritos de las prcticas de laboratorio realizadas Informacin obtenida durante las investigaciones solicitadas plasmada en

documentos escritos. Participacin en clase en cuanto a problemas prcticos. Exmenes escritos para comprobar el manejo de aspectos tericos y

declarativos. Gua de observacin del alumno (participacin)..

10.- UNIDADES DE APRENDIZAJE

Unidad 1: Conduccin en estado estable.Competencia especfica a desarrollar Actividades de Aprendizaje

Analizar la distribucin detemperatura y latransferencia de calor porconduccin enestado estable uni y bidimensional,y aplicarlos en la solucin deproblemas .

Describir el mecanismo fsico de laconduccin de calor mediante un modelodidctico. Investigar y exponer el modelo matemticode la conduccin de calor (Ley de Fourier). Investigar y elaborar un resumen queexplique la conductividad y difusividadtrmica, elaborando un resumen Aplicar la 1ra ley de la termodinmica a uncuerpo slido para deducir la ecuacingeneral de conduccin de calor y expresarlaen coordenadas cartesianas y cilndricas eIdentificar las diferentes condiciones inicialesy de frontera. Calcular la distribucin de temperatura y latransferencia de calor unidimensional enestado estable, sin generacin interna decalor en una Pared plana. Usar la analoga elctrica-trmica y definir elconcepto de resistencia trmica. Aplicar el concepto de circuito trmico pararesolver problemas en paredes compuestas. Calcular la distribucin de temperatura y latransferencia de calor unidimensional, sin


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generacin interna de calor en un Cilindro. Usar la analoga elctrica-trmica y definir laresistencia trmica de un cilindro y utilizarpara resolver problemas en cilindroscompuestos. Resolver problemas donde utilice elconcepto de radio crtico de aislamiento. Definir mediante una ecuacin matemticael coeficiente global de transferencia de caloren cilindros. Deducir la transferencia de calorunidireccional en estado estable congeneracin interna de calor en una paredplana y en un cilindro

Investigar en diferentes fuentes deinformacin los mtodos para analizarsistemas bidimensionales en estado estable.

Unidad 2: Conduccin en estado transitorioCompetencia especfica a desarrollar Actividades de Aprendizaje

Aplicar las soluciones analticas,graficas o numricas para resolverproblemas detransferencia de calor porconduccin enestado transitorio, en una o msdimensiones.

Investigar y mediante un diagrama formularel problema general de conduccin en estadotransitorio. Analizar y resolver problemas en sistemastransitorios donde la resistencia interna esdespreciable Elaborar un diagrama y explicar la analogaelctrica de fenmenos transitorios. Investigar, resumir y presentar la solucinexacta y aproximada de una pared planainfinita, un cilindro infinito y una esfera yaplicar a diversos problemas. Investigar la solucin al problema del slidosemi-infinito, interpretarla y aplicarla adiversas situaciones prcticas. Aplicar los resultados de los problemasunidimensionales a situacionesmultidimensionales. Utilizar un software para el anlisis deproblemas.


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Unidad 3: Conveccin naturalCompetencia especfica a desarrollar Actividades de Aprendizaje

Calcular el coeficiente de

transferencia de calor porconveccinnatural o libre para diferentessituaciones prcticas.

Discutir los fundamentos fsicos

relacionados con la conveccin natural. Analizar la conveccin natural sobre unaplaca vertical. Aplicar las correlaciones para otrasgeometras Resolver problemas de diferentessituaciones prcticas. Realizar estudio de casos reales sobre elclculo de conveccin natural.

Unidad 4: Conveccin forzadaCompetencia especfica a desarrollar Actividades de Aprendizaje

Calcular el coeficiente detransferencia de calor porconveccinforzada para diferentes ejemplosprcticos de flujo externo e interno.

Describir el Mecanismo fsico de latransferencia de calor por conveccin. Analizar la conveccin forzada en una placargimen laminar. Calcular la conveccin forzada en una Tubocircular con diferentes regmenes de flujos.

Interpretar y aplicar las correlaciones paraflujo externo. Interpretar y aplicar las correlaciones paraflujo interno. Inducir diferentes situaciones practicas enproblemas de conveccin forzada.

Unidad 5: Transferencia con cambio de fase.Competencia especfica a desarrollar Actividades de Aprendizaje

Evaluar los coeficientes locales detransferencia de calor en lacondensacin yen la ebullicin as como calcularlos flujos de calor en modelos

Describir los mecanismos fsicos de lacondensacin. Describir los mecanismos fsicos de laEbullicin. Analizar y evaluar la condensacin y la


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prcticos. ebullicin. Describir los mecanismos fsicos de laebullicin. Interpretar y aplicar las relaciones empricaspara evaluar la ebullicin y condensacin atravs de experimentos prcticos. Observar y realizar un estudio de casosreales de la condensacin y ebullicin.

Unidad 6: Radiacin TrmicaCompetencia especfica a desarrollar Actividades de Aprendizaje

Analizar y evaluar los mecanismosy las leyes de la radiacin trmicaen intercambio de energa entresuperficies y en presencia degases.

Definir y explicar el mecanismo fsico de latransferencia de calor por radiacin.

Definir Intensidad de radiacin y relacionarcon la emisin, irradiacin y la radiosidad. Evaluar la radiacin del cuerpo negro, Definir absorcin, reflexin y transmisin suspropiedades respectivas. Interpretar la Ley de Kirchoff. Describir el fenmeno de la radiacin solar. Determinar los factores de forma paraconfiguraciones sencillas, utilizandograficas y aplicando el lgebra del factor deforma. Evaluar el intercambio de calor por radiacinentre cuerpos negros para diferentessituaciones prcticas. Evaluar el intercambio de calor por radiacinentre cuerpos grises para diferentessituaciones prcticas. Definir el coeficiente de transferencia de

calor por radiacin (hr)

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11.- FUENTES DE INFORMACIN1. Cengel Yunus A. Transferencia de calor y masa, Tercera edicin, 2007, Editorial

Mc Graw-Hill. 2. J os ngel Manrique V. Transferencia de calor, Segunda edicin, Ao 2007,

Editorial Alfa-omega.3. Kreith y Bohn, Principios de transferencia de calor, Edicin 2001, Editorial

Thomson Learning.4. Donald Q. Kern, Procesos de transferencia de calor, Quinta edicin, ao 1999

Editorial CECSA.5. Welty, Fundamentos de transferencia de momento, calor y masa, Segunda

edicin, ao 1999, Editorial Limusa.6. Brid R. B., Stewart W. E. y Lightfoot E. N. Fenmenos de transporte, segunda

edicin, Ao 2002, Editorial Revert.7. Irving H. Shames, Mecnica de Fluidos, Tercera Edicin, Ao 1995, Mc Graw-

Hill8. F. Incropera, Fundamentos de transferencia de calor, Tercera Edicin, Ao

2007, Mc Graw- Hill

12.- PRCTICAS PROPUESTAS Medir la conductividad trmica de diferentes materiales utilizados en ingeniera. Estudiar los factores que afectan la conductividad trmica. Medir el coeficiente global de transferencia de calor para un sistema

electromecnico. Evaluar la conduccin de calor de aislamiento s trmico s Verificar experimentalmente o comprobar la ley de Fourier de la conduccin de

calor. Evaluar correctamente las prdidas y ganancias de calor provocadas por el

mecanismo de conveccin natural. Calcularn coeficientes de transferencia de calor por conveccin forzada en

geometras sencillas. Medir la absortancia, emitancia, reflectancia, y transmitancia de diferentes

superficies. Analizar diferentes situaciones de proteccin contra radiacin trmica. Verificar la ley de Stefan Boltzmann de la radiacin de los cuerpos negros. Estudiar los sistemas con generacin interna de calor, en conduccin y

radiacin. Comprobar el radio crtico para la seleccin de aislamientos. Verificar el modelo de parmetros concentrados en conduccin es estado transitorio. Analizar la transferencia de calor en cambios de fase, condensacin y evaporacin.

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