FO.ES.D.01 V 1.3

MATERIA: TRANSMISIÓN DE CALOR

Código:

Créditos:

Prerrequisito(s):

4

ECUACIONES DIFERENCIALES Y TERMODINÁMICA

Sílabo oficial de la gestión: I-2015

Jefatura responsable de la materia: Electromecánica

Docente: Juan Pablo Vargas B, PhD

JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA DE LA MATERIA

Las operaciones unitarias de transferencia de calor son parte importante de los procesos que se estudian y se

aplican en Procesos Industriales y otras ingenierías (Ingeniería Mecánica, Química, Eléctrica, Metalúrgica, de

Alimentos, Ambiental, etc). Las fuentes de energía térmica están definidas por la capacidad de almacenamiento

del fluido que la constituye y por la temperatura a la cual se encuentre, es así como gracias a la diferencia de

temperaturas entre la fuente y otro sistema se puede presentar un fenómeno de transferencia de calor.

El curso de transferencia de calor busca dar al futuro ingeniero las herramientas básicas para diseñar equipos

tendientes a aprovechar esta forma de energía.

Por consiguiente, es imprescindible que los futuros ingenieros de las ramas descritas deban conocer los

principios de estas operaciones unitarias y aplicarlas al diseño, operación, mantenimiento, control y optimización

de los procesos productivos en las áreas que les toque ejercer la profesión, contribuyendo de una manera efectiva

al desarrollo industrial sostenible de la región y el país.

COMPETENCIAS GENÉRICAS QUE DESARROLLARÁ EL ESTUDIANTE

La UPB ha establecido que, al concluir el curso, el estudiante debería haber alcanzado el desarrollo de las

siguientes competencias en el nivel de familiaridad, comprensión, aplicación o experticia:

Competencias técnicas genéricas

Emplear recursos tecnológicos de información y comunicación.

Realizar búsquedas de información en la world wide web.

Competencias humanas genéricas

Actuar coherentemente y con la Misión, Visión y Principios de las organizaciones en las que se desempeñe.

Respetar la diversidad y multiculturalidad desde el propio Ethos.

Auto gobernarse con disciplina, concentración y control.

Auto motivarse y valorarse objetivamente.

Tener una actitud abierta al cambio.

Reflexionar autocríticamente con orientación a la mejora personal.

Desarrollar sus relaciones con empatía y orientación a la satisfacción de necesidades.

Trabajar en equipo y desempeñar roles de liderazgo, asumiendo responsabilidades y delegando tareas.

Competencias competitivas genéricas

Planificar, gestionar y controlar el uso de recursos.

Analizar, sintetizar y evaluar la relevancia y validez de información y datos.

Aprender autónomamente.

FO.ES.D.01 V 1.3 Adaptarse exitosamente a nuevas situaciones.

Actuar comprometido con la excelencia, en un ciclo de mejora continua.

Orientar sus actividades al logro de objetivos.

Tomar decisiones controlando las condiciones de riesgo y prudencia.

Resolver creativamente situaciones desafiantes y problemáticas.

CONTENIDO Y COMPETENCIAS DE LA MATERIA

CONTENIDOS COMPETENCIAS ESPECÍFICAS

TEMA 1

INTRODUCCIÓN: MECANISMOS DE

TRANSFERENCIA DE CALOR

HORAS–AULA: 2 CONTENIDOS:

Conceptos básicos de Termodinámica

Modos de transferencia de calor

Leyes básicas de la transferencia de calor

Mecanismos combinados de la transferencia de calor

Problemas y ejercicios.

Competencias Conceptuales:

Identificar las diferentes maneras como se

presenta la transferencia de calor, tanto en

forma independiente como en forma

combinada)

TEMA 2

TÍTULO: TRANSFERENCIA DE CALOR POR

CONDUCCIÓN.

HORAS–AULA: 8 CONTENIDOS:

Ley de Fourier de la conducción de calor

Conductividad calorífica de gases, líquidos y sólidos

Conducción a través de paredes, cilindros y esferas.

Conducción a través de sólidos en serie y en paralelo.

Problemas

Conducción y convección combinada. Ejercicios.

Conducción y generación interna de calor. Ejercicios

Conducción en dos dimensiones

Métodos gráficos y numéricos

Problemas y ejercicios

Competencias Conceptuales:

Conocer los factores que influyen en los

mecanismos de transferencia de calor por

conducción,

Determinar el intercambio de energía

térmica por conducción,

hacer el análisis básico de la transferencia

de calor por conducción.

Conocer y aplicar la dependencia de la

conductividad calorífica de gases, líquidos

y sólidos con la presión y la temperatura.

(Aplicación)

Competencias Técnicas:

Calcular las pérdidas de calor a través de

paredes simples y compuestas de diversa

geometría (Aplicación)

Calcular las necesidades de espesor de

aislamientos (Aplicación)

Aplicar los fundamentos de la conducción

en dos dimensiones (Aplicación) TEMA 3

TÍTULO: TRANSFERENCIA DE CALOR POR

CONVECCIÓN

HORAS–AULA: 12

CONTENIDOS:

Introducción

Capa límite térmica e hidrodinámica

Convección natural y flujo laminar.

Convección natural y flujo turbulento.

Competencias Conceptuales:

Conocer los factores que influyen en los

mecanismos de transferencia de calor por

convección,

Determinar el intercambio de energía

térmica por convección, hacer el análisis

básico de la transferencia de calor por

convección.

FO.ES.D.01 V 1.3 Problemas y ejercicios

Convección forzada flujo laminar

Convección forzada flujo turbulento

Problemas y ejercicios

Evaluar la transferencia de calor que se da

entre una superficie y un fluido en

movimiento.

Explicar la variación la conductividad

térmica con la temperatura y el material.

Competencias Técnicas:

Estimar los coeficientes convectivos de

transmisión de calor en diferentes

geometrías para convección forzada y

convección natural. (Aplicación)

Determinar las áreas y flujos de

transferencia de calor en diferentes

sistemas geométricos (Aplicación) TEMA 4

TÍTULO: TRANSFERENCIA DE CALOR POR

RADIACIÓN

HORAS – AULA: 6

CONTENIDOS:

Introducción.

Absorción, reflexión, emisividad

Ley de Kirchhoff y el cuerpo negro

Factores de forma y formas geométricas

Radiación entre superficies negras y grises

Problemas y ejercicios

Pantallas de radiación

Problemas y ejercicios

Competencias Conceptuales:

Conocer los fundamentos de la transmisión de calor por radiación (Familiaridad)

Determinar el intercambio de energía térmica por radiación, hacer el análisis básico de la transferencia de calor por radiación.

Cuantificar la energía que se transfiere por radiación térmica.

Competencias Técnicas:

Determinar los factores de observación en planos de distintas geometrías (Aplicación)

Determinar pérdidas de calor por convección y radiación en diferentes geometrías

TEMA 5

TÍTULO: TRANSFERENCIA DE CALOR EN ESTADO

NO ESTACIONARIO

HORAS –AULA: 6

CONTENIDOS:

Introducción. Ecuaciones básicas

Situaciones simplificadas. Problemas y ejercicios

Conducción a través de diferentes formas geométricas

Problemas y ejercicios.

Competencias Conceptuales:

Derivar y resolver las ecuaciones diferenciales de transferencia de calor por conducción y convección en estado no estable

Calcular los perfiles de temperatura en una, dos y tres dimensiones en sólidos en función del tiempo

Competencias Técnicas:

Aplicar los fundamentos de la transmisión de calor por conducción en condiciones no estacionarias. (Aplicación) a procesos de templado y tratamiento térmico.

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TEMA 6

TÍTULO: INTERCAMBIADORES DE CALOR

HORAS – AULA: 8

CONTENIDOS:

Introducción.

Tipos de intercambiadores de calor y aplicaciones

Temperatura media logarítmica. Factor de corrección de

IC de carcasa y tubos

Problemas y ejercicios.

Evaluación de intercambiadores de calor. Criterios de

evaluación

Diseño de un Intercambiador de Calor

Método NUT y de la Efectividad

Problemas y ejercicios.

Competencias Conceptuales:

Conocer los diferentes tipos de

intercambiadores de calor y sus

aplicaciones

Competencias Técnicas:

Con los conocimientos de los mecanismos de transferencia de calor diseñar intercambiadores de calor

Conocer el funcionamiento de los intercambiadores de calor. Determinar sus áreas de transferencia en flujo paralelo y en contracorriente. Evaluar, diseñar y optimizar intercambiadores de calor existentes para usos requeridos. (Aplicación)

TEMA 7

TÍTULO: PROYECTO TRANSFERANCIA DE CALOR

HORAS –AULA: 8

CONTENIDOS:

Diseño de un Intercambiador de Calor en EES

Fabricación de un Intercambiador de Calor escala

pequeña.

Competencias Técnicas:

Con los conocimientos y herramientas

conocidas se realizará un proyecto donde

se diseñe y fabrique un intercambiador de

calor

TEMA 8

TÍTULO: APLICACIONES DE LA TRANSFERENCIA

DE CALOR

HORAS –AULA: 6

CONTENIDOS:

Ebullición. Ejercicios

Condensación. Ejercicios

Problemas y ejercicios.

Competencias Técnicas:

Estimar los coeficientes convectivos de transmisión de calor ocurrentes en la condensación y ebullición (Aplicación)

Diseño se intercambiadores de calor con cambio de fase como condensadores y evaporadores.

METODOLOGÍA

Se utilizarán los siguientes métodos didácticos:

Conferencias magistrales.

Discusiones para desarrollar en equipo la parte formulable de la teoría.

Uso de diagramas y modelos en diapositivas para que el estudiante adquiera información práctica sobre

equipos y funcionamiento de los mismos

Paquete de Excel y Software Engineering Equation Solver (EES) para que pueda utilizar los métodos de

diseño de los sistemas de transporte de fluidos aprovechando las bases de datos.

Prácticas de laboratorio que servirán para la generación de datos experimentales los cuales se

compararán y explicarán con los principios teóricos

El curso se desarrolla mediante un conjunto de actividades relacionadas entre sí que el estudiante ejecuta

principalmente. El núcleo del método está compuesto por clases magistrales orientativas, por la lectura del texto

base y la solución de los problemas (en clase y fuera de ella).

Para el mejor aprovechamiento de la materia, se sugiere:

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Resolver la mayor cantidad de ejercicios posible, incluyendo los existentes en libros de la biblioteca.

Pulir sus habilidades de programación utilizando los paquetes

Realizar las prácticas de laboratorio

EVALUACIÓN

Ponderación de las calificaciones:

Parcial primera 30%

Parcial segunda 30%

Final 40%

Primera evaluación parcial

Actividades y ponderación de cada una de ellas en la calificación (Sobre 100 puntos)

Examen escrito 90%

Tareas 10%

Segunda evaluación parcial

Actividades y ponderación de cada una de ellas en la calificación (Sobre 100 puntos)

Examen escrito 80%

Laboratorio 10%

Tareas 10%

Evaluación final

Actividades y ponderación de cada una de ellas en la calificación (Sobre 100 puntos)

Examen escrito 55%

Proyecto 35%

Laboratorio y Tareas 10%

CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES DE LA MATERIA

Sesión 1 Presentación de Sílabo Sesión 12 Examen Primer parcial Sesión 21 Práctica de Laboratorio: Balances de energía en el caldero de la UPB

Sesión 23 Examen Segundo Parcial

Sesión 31 Defensa de proyectos de grupo

Sesión 32 Examen final

NORMAS DEL CURSO

Son normas del curso todas las que se encuentran en los Reglamentos y disposiciones particulares o especiales

emitidas por las autoridades de la Universidad. Su ignorancia no exime de responsabilidad ni a estudiantes ni

docentes.

La ASISTENCIA es obligatoria en todas las clases, así como la participación en todas las actividades

programadas en la plataforma de la UPB Virtual cuando se programen éstas. Los casos de ausencia a clase o

inasistencia a exámenes se rigen por lo dispuesto en el Reglamento Estudiantil: sólo se permite el equivalente de

una Falta de Asistencia por crédito académico. La postergación de exámenes requiere autorización previa

tramitada ante la Decanatura de Admisiones y Asuntos Estudiantiles y el previo pago extraordinario de tasas.

Se considera una FALTA DE ASISTENCIA tanto a la inasistencia como al hecho de que un estudiante ingrese

tarde a la clase o la abandone antes de que concluya.

FO.ES.D.01 V 1.3 Para favorecer la PUNTUALIDAD, la hora oficial por la que se rige la Universidad se encuentra en la página

web institucional www.upb.edu La materia se inicia a la hora programada. No existe tiempo de tolerancia para

ingresar con atraso. Las horas de cierre de actividades en la plataforma de la UPB Virtual son inamovibles.

La DISCIPLINA en clase es condición para un aprendizaje efectivo. El uso de teléfonos celulares en aula y la

visita a sitios de internet no académicos desde el computador o tableta están prohibidos y reciben la sanción de

expulsión del aula y la anotación de una Falta de Asistencia, salvo que el docente establezca para cada

oportunidad las condiciones en las que los estudiantes pueden utilizar las tecnologías de información y

comunicación.

En base a la promoción de la HONESTIDAD y la JUSTICIA en las evaluaciones, el fraude académico y el

plagio en exámenes, trabajos, prácticas u otra actividad curricular es sancionado con la reprobación de la

materia, además de la pérdida del derecho a ingresar al cuadro de honor y a la graduación con mención. La

reincidencia causa el inicio de un proceso disciplinario universitario que puede concluir con la suspensión o

expulsión de la Universidad.

La LIBERTAD DE PENSAMIENTO, el RESPETO a la dignidad humana, las formas correctas de

relacionamiento interpersonal y la NO DISCRIMINACIÓN son valores promovidos y aplicados en todas las

actividades.

La PRESENTACIÓN A LAS PRUEBAS DE LA PRIMERA CALIFICACIÓN PARCIAL del estudiante que,

habiéndose inscrito a la materia no figura en las listas oficiales, es un acto voluntario que se entiende como una

solicitud de regularización de su inscripción. Esto no procede si: 1) El estudiante no hubiera dado de alta la

materia, 2) Razones administrativas o académicas lo impidieran. En estos dos casos el estudiante debe

regularizar su situación hasta el quinto día de clases.

Luego de que el docente registra las calificaciones del primer parcial ya no existe la posibilidad de tramitar un

alta en la materia.

BIBLIOGRAFÍA BÁSICA

CENGEL YUNUS A., Heat and Mass Transfer: A Practical Approach

INCROPERA FRANK P., DEWITT DAVID P., BERGMAN THEODORE L., LAVINE ADRIENNE S.,

Fundamentals of Heat and Mass Transfer.

LIENHARD JOHN H. A Heat Transfer Textbook, Third Edition. (2008)

KERN DONALD, Procesos de Transferencia de calor, Editorial C.E.C.S.A. 8ª Impresión en español, (1974) 4ta.

Edición. (1991)

BIBLIOGRAFÍA COMPLEMENTARIA

MC. CABE, W.L., SMITH, J.C., Operaciones básicas de Ingeniería Química, Mc Graw Hill,

GEANKOPLIS, C.J., Procesos de Transporte y Operaciones Unitarias, CECSA, México, 3era. Edición (1998)

BIRD R. B. Fenómenos de Transporte, Editorial Revertè. (1964)

PERRY, R., CHILTON, C., Manual del Ingeniero Químico., Editorial Mac Graw Hill. 5ta. Edición. (1982)