TRANSFERENCIA DE CALOR 1513 DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA UBICACIÓN SEMESTRE 5o. TIPO DE LA ASIGNATURA TEÓRICO-PRÁCTICA NÚMERO DE HORAS/SEMANA Teoría 5, Práctica 2 CRÉDITOS 12 INTRODUCCIÓN. Esta materia teórico-práctica persigue como propósito principal a los alumnos en el estudio, el manejo y el diseño de sistemas de transferencia de calor, mostrando a los alumnos las bases teóricas que sustentan a la materia, la metodología de cálculo, el diseño, la evaluación y la selección de los equipos relacionados con esta operación unitaria. Objetivos generales de aprendizaje. Al finalizar el curso, los alumnos: Resolverán problemas tipo, relacionados con el diseño y análisis de grupo de transferencia de calor (cambiadores de calor, aislamiento, hornos, etc.). Prepararán hojas de especificaciones para el diseño térmico de equipos de transferencia de calor. Integrarán sistemas de aprovechamiento de energía en una planta industrial pendiente a una optimización de los sistemas. Describirán los fundamentos teóricos sobre los que se apoya la operación unitaria de transferencia de calor. Interpretarán datos del comportamiento de equipos de transferencia de calor y efectuarán análisis sobre la eficiencia de los mismos y su desviación del comportamiento esperado. Explicarán las importancias de esta materia en la Ingeniería Química. UNIDAD 1.- MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR 4 h. Objetivos: Al finalizar esta unidad, los alumnos: Explicarán los diferentes mecanismos de transferencia de calor. Distinguirán cuándo se presenta un mecanismo u otro. CONTENIDO. Generalidades sobre calor. Mecanismos de transferencia de calor, conducción, convección y radiación. UNIDAD 2.- C O N D U C C I Ó N 12 h. Objetivos: Al finalizar esta unidad, los alumnos: Calcularán correctamente las pérdidas y ganancias de calor debidas al mecanismo de conducción. CONTENIDO. Convección. Ley de Fourier. Conductividad térmica, transferencia de calor conducción en cuerpos diferentes formas geométricas. Resistencias en serie y en paralelo. Espesor óptimo de aislantes, aislantes industriales y sus especificaciones. UNIDAD 3.- C O N V E C C I Ó N N A T U R A L 4 h. Objetivos; Al finalizar esta unidad, los alumnos: Calcularán correctamente las pérdidas y ganancias de calor provocadas por el mecanismo de convección natural. CONTENIDO. Convección. Convección natural y coeficiente de transferencia de calor. Análisis dimensional y números adimencionales presentes en la convección natural. Pérdidas y ganancias del calor por convección natural en geometrías sencillas. UNIDAD 4.- C O N V E C C I Ó N F O R Z A D A 6 h. Objetivos: Al finalizar esta unidad, los alumnos: Explicarán los factores que intervienen en la transferencia de calor por convección forzada. Calcularán coeficientes de transferencia de calor por convección forzada en geometrías sencillas. CONTENIDO. Convección forzada. Concepto de coeficiente de transferencia de calor. Análisis dimensional y números adimensionales presentes en la convección forzada. Pérdidas y ganancias de calor por convección forzada en geometrías sencillas. Correlaciones más empleadas. UNIDAD 5.- TRANSFERENCIA DE CALOR CON CAMBIO DE FASE 6 h. Objetivos: Al finalizar esta unidad, los alumnos: Explicarán el mecanismo de transferencia de calor existente cuando ocurre un cambio de fase. Calcularán coeficientes de transferencia de calor cuando hay cambio de fase. CONTENIDO. Transferencia de calor con cambio de fase. Análisis dimensional y números adimensionales presentes en el cambio de fase. Condensación y coeficientes de condensación por fuera y por dentro de los tubos. Evaporación, ebullición y los diferentes tipos de ebullición. Predicción de coeficientes. UNIDAD 6.- DISEÑO DE CAMBIADORES DE CALOR SENCILLOS 8 h. Objetivos: Al finalizar esta unidad, los alumnos: Explicarán el concepto de resistencias en serie y el de coeficiente total de transferencia de calor. Calcularán el delta T medio logarítmico. Calcularán cambiadores de calor de doble tipo, de horquilla,, de chaqueta y de serpentín. CONTENIDO. Ecuación general de los cambiadores de calor, gradiente de temperatura medio logarítmico Concepto de coeficiente total de transferencia de calor y su relación con los coeficientes individuales. Factores de incrustación. Resistencias en serie. Diseño de cambiadores de calor de doble tubo, caídas de presión permisibles. Diseño de superficies y tanques enchaquetados. Usos. UNIDAD 7.- DISEÑO DE CAMBIADORES DE HAZ Y ENVOLVENTE. 16 h. Objetivos: Al finalizar ésta unidad, los alumnos: Calcularán cambiadores de calor de coraza y tubo con y sin cambio de fase. CONTENIDO. Cambiadores de calor de haz y envolvente. Diferentes tipos. Nomenclatura. Partes internas. Factores de corrección del gradiente de temperaturas dobles a los pasos. Usos. Métodos de cálculo, simplificados y rigurosos. Caídas de presión. Especificaciones de equipo. Generalidades de Diseño Mecánico. Diseño de condensadores de coraza y tubos. UNIDAD 8.- CAMBIADORES DE CALOR DE SUPERFICIES EXTENDIDAS. 6 h. Objetivos; Al finalizar esta unidad, los alumnos: Explicarán la razón por la cuál se utilizan cambiadores de calor de superficies extendidas. Calcularán cambiadores de calor de superficies extendidas. CONTENIDO. Generalidades sobre cambiadores con superficies extendidas. Diferentes tipos. nomenclatura. Partes que lo componen. Usos. Concepto de aleta, diferentes tipos, eficiencia de alta. Metodología de cálculo. Especificaciones de Equipo. Generalidades de Diseño Mecánico. UNIDAD 9.- TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONTACTO DIRECTO. 6 h. Objetivos; Al finalizar esta unidad, los alumnos: Explicarán los mecanismos involucrados en la transferencia de calor por contacto directo. Calcularán equipo de transferencia de calor por contacto directo. CONTENIDO. Transferencia de calor por contacto directo. Mecanismos Cálculo de condensadores por medio directo. Calentamiento de líquidos barboteo de gases. Secado. UNIDAD 10. E V A P O R A C I Ó N 12 h. Objetivos: Al finalizar esta unidad, los alumnos: Explicarán la importancia de la operación unitaria de evaporación. Calcularán un sistema de evaporación. CONTENIDO. Evaporación. Usos. Tipos de evaporaciones. Nomenclatura. Sistema Periférico. Elevación del punto de ebullición. Efectos de la altura hidrostática. Coeficientes globales de transferencia de calor. Cálculo de un evaporador simple. Cálculo de múltiples efectos. Concepto de economía. UNIDAD 11.- R A D I A C I Ó N 6 h. Objetivos: Al finalizar esta unidad, los alumnos: Explicarán las bases teóricas relacionadas con el mecanismo de transferencia de calor por radiación. CONTENIDO. Relación. Emisividad. Absortividad. Cuerpos Negros. Ley de Kirchoff. Ley de Stefan. Boitzman. Radiación entre superficies. Radiación de Gases. Flamas. UNIDAD 12.- APLICACIONES INDUSTRIALES DE LA RADIACIÓN 10 h. Objetivos: Al finalizar esta unidad, los alumnos: Indicarán las aplicaciones industriales de la radiación. CONTENIDO. Diseño de cámaras de combustión. Calentadores a Fuego Directo. Métodos aproximados. Método de Lobo, Hottel, etc. Cálculo de Hornos. Cálculo de calentadores solares. BIBLIOGRAFÍA Kern. D. PROCESOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR C.E.C.S.A. (1980). HORMAN, J.P. TRANSFERENCIA DE CALOR C.E.C.S.A. (1977). WELTY, J. R. INGINEERING HEAT TRANSFER. Willey (1974). METODOLOGÍA DE LA ENSEÑANZA. Se emplean fundamentalmente la técnica de exposición con preguntas, resolución de problemas y discusión en grupos pequeños, Se recomienda dar apoyo al curso con material audiovisual sobre equipo y sus partes. EVALUACIÓN La calificación de teoría se basará en los resultados de exámenes parciales, tareas y trabajos. La calificación del laboratorio se dará en función de la participación, reportes y respuestas de los cuestionarios de las prácticas. y contará como 30 % de la calificación. Se deberá haber cubierto el 80 % de las prácticas para tener derecho a examen final. (como mínimo). REQUISITOS PARA LLEVAR EL CURSO. Flujo de Fluidos.