UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA DEPARTAMENTO ACADEMICO DE

SILABO P.A. 2010-I 1. INFORMACION GENERAL

Nombre del curso : Transferencia de Calor y Masa Código del curso : MN-314 Especialidad : M4 Condición : Obligatorio Ciclo de estudios : 6º

Pre-requisitos : MB-535, MN-217 Número de créditos : 04 Total de horas semestrales: 84 Total de horas por semana: 06 Teoría : 04 Practica : 02 Laboratorio : no Duración : 16 Semanas Sistema de evaluación : F Subsistema de evaluación: Practicas Profesor de teoría : Manuel Villavicencio Profesor de práctica : Guido Pinedo

2. SUMILLA Introducción: mecanismos de transferencia de calor conducción, convección y combinados. Ecuaciones fundamentales. Circuito equivalente El coeficiente global de transferencia de calor. Ecuación general de conducción de calor. Conducción permanente unidimensional, paredes planas y curvas. Radio crítico de un aislante, espesor económico. Conducción permanente unidimensional con generación interna de calor. Flujo de calor con superficies extendidas, aletas conducción de calor bidimensional: métodos de solución. Radiación térmica: Características y propiedades ópticas. Intercambio radiante entre superficies. Radiación volumétrica. Convección forzada en el flujo externo e interno. Convección natural exterior y en espacios cerrados. Convección en cambio de fase: ebullición y condensación. Intercambiadores de calor: tipos y métodos de cálculo térmico. Consideraciones para el diseño. 3. OBJETIVO Los alumnos, al finalizar el curso, estarán en la capacidad de aplicar los Principios de transferencia de calor empleando métodos analíticos o Numéricos con la finalidad de:

1. Explicar las formas de transferencia de calor mediante expresiones matemáticas que gobiernan estos fenómenos.

2. Resolver problemas específicos relativos a equipos y sistemas electromecánicos, realizando un adecuado cálculo numérico.

3. Realizar el cálculo y diseño térmico de intercambiadores de calor. Aplicando técnicas adecuadas.

4. PROGRAMA

Semana 1 CAPITULO 1 INTRODUCCIÓN A LOS MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA Modos de transferencia de calor. Conducción, convección, radiación o Transferencia de calor de modo múltiple. Sistemas unidireccionales de Conducción en estado permanente. Semana 2 Radio Crítico de Aislante. Transferencia de Masa: Difusión Molecular - Ecuación de Fick. Transferencia convectiva de masa. El coeficiente de Transferencia de masa Problemas de aplicación Primera Práctica Calificada. Semana 3 CAPITULO 2 CONDUCCION EN ESTADO ESTACIONARIO Ecuación Diferencial de Transferencia de Calor. Conducción unidimensional: Sistemas con generación interna de Calor, Superficies extendidas. Eficiencias de Aletas. Problemas de Aplicación.

Semana 4 Sistemas bidimensionales y tridimensionales Solución. Analítica, solución gráfica, solución numérica. Problemas de aplicación.

Semana 5 CAPITULO 3 DIFUSION MOLECULAR EN ESTADO PERMANENTE Ecuación Diferencial de la Transferencia de Masa. Transferencia unidimensional de masa independiente de reacciones químicas. Contradifusión equimolar. Sistemas unidimensionales asociados con la reacción química. Problemas de aplicación.

Semana 6 CAPITULO 4 TRANSFERENCIA DE CALOR POR RADIACION La radiación térmica. Intensidad de radiación. Ley de Plank. Ley de Stefan - Boltzmann. Emitancia y Absorbencia de las superficies. Intercambio de radiación El factor de visión. Problemas de aplicación.

Semana 7 Intercambio de calor radiante entre superficies negras. Entre superficies grises. Superficies rerradiantes. Radiación volumétrica de los gases. Problemas de aplicación. SEMANA DEL EXAMEN PARCIAL

Semana 8 CAPITULO 5 ANALISIS DE LA TRANSFERENCIA CONVECTIVA

Análisis exacto en la capa límite sobre una pared plana Capa límite térmica, capa límite de concentraciones. Análisis aproximado de las capas límite. Analogía entre transferencias de momento, energía y masa.

Semana 9 CAPITULO 6 TRANSFERENCIA CONVECTIVA DEL CALOR Consideraciones acerca del flujo turbulento Convección Forzada en flujo externo Flujo transversal sobre cilindros y sobre esferas. Banco de tubos. Problemas de aplicación. TERCERA PRACTICA CALIFICADA Semana 10 Convección Forzada en flujo interno Capa límite térmica. Balance de energía. Flujo laminar. Flujo turbulento. Ductos no circulares. Sección anular. Problemas de aplicación. Semana 11 Convección natural Análisis laminar en una pared vertical. Efectos de la turbulencia. Correlaciones empíricas en convección libre exterior. Correlaciones en convección libre en encierros. Problemas de aplicación.

Semana 12 Ebullición Regímenes de ebullición en estanque Ebullición nucleada. Ebullición pelicular. Ebullición en convección Forzada Condensación Condensación laminar sobre una pared vertical. Condensación pelicular sobre cilindros y sobre esferas. Problemas de aplicación. CUARTA PRACTICA CALIFICADA

Semana 13 CAPITULO 7 TRANSFERENCIA CONVECTIVA DE MASA Correlaciones de transferencia convectiva de masa Transferencia de masa a placas, cilindros y esferas Transferencia de masa para flujo interno en tubos Transferencia de masa en una interfase

Semana 14 CAPITULO 8 EQUIPOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA Intercambiador de calor. Cálculo térmico de los Intercambiadores de calor Método de la Diferencia media logarítmica de Temperaturas (DMLT). Método del número de Unidades de Transferencia. (NUT) Torres de enfriamiento. Torres de contacto continúo. Balance de masa. Balance de entalpias. Coeficientes de capacidad. Problemas de aplicación. SEMANA DEL EXAMEN FINAL SEMANA DEL EXAMEN SUSTITUTORIO

5. ESTRATEGIAS DIDACTICAS

Las clases serán exposiciones teóricas de los fundamentos y principios de transmisión de calor complementados con problemas aplicativos en cada capítulo, debiéndose proporcionar material bibliográfico (separatas) como: complemento teórico, tablas, gráficos, etc. En algunas oportunidades será

necesario contar con ayudas audiovisuales, así como realizar visitas a plantas térmicas.

6. MATERIALES EDUCATIVOS Y OTROS RECURSOS DIDACTICOS

Copias Manuales de formulas Tablas de propiedades de transporte Documentos Casos Resueltos

7. EVALUACIÓN

a. Sistema de Evaluación F b. Sub sistema de Evaluación (practicas)

8. BIBLIOGRAFIA

8.1 Bibliografía Básica

1. Incropera, Frank ” Fundamentos de Transferencia de Calor” 2. Mills, Anthony ” Transferencia de Calor “ 3. Welty J. / Wicks C./ Wilson R. ” Fundamentos de Transferencia de Momento

Calor y Masa “ 4. Kreith, Frank ” Principios de Transferencia de Calor “ 5. Mc. Adams William ” Transmisión de Calor” 6. Kays W.M/Crawford M.E. ” Convective Heat And Mass Transfer” 7. Bird R.B. : “Fenómenos de Transporte”

8.2 Bibliografía Complementaria

1. Isachenco V./Osipova.V. Sukonel A. ” Transmisión de Calor” 2. Bejan, Adrian “Heat Transfer” 3. Kays W.M/ London A.L. ” Compact Heat Exchangers” 4. Treybal Robert ” Operaciones con Transferencia de Masa”

Lima, Enero 2010