E.S. Ingenieros de Sevilla Transmisión de Calor. Ingeniero Industrial

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Proyecto docente de Transmisión de Calor

Curso 2010-2011

Datos generales Centro E.S. de Ingenieros. Universidad de Sevilla. Titulación Ingeniero Industrial (Plan 1998) Departamento Ingeniería Energética Área de Conocimiento Máquinas y Motores Térmicos Grupo Termotecnia Tipo de asignatura Troncal 3er Curso (1er cuatrimestre) Créditos (Teóricos/Prácticos) 4.5 (3.75 / 0.75) Horas de clase por semana 2.5 Localización de Termotecnia en ESI Entreplanta 1. Sur Este.

Profesorado D. Servando Álvarez Domínguez. Catedrático de Universidad. Dr. Ingeniero Industrial. Responsable de la Asignatura. D. Luis Pérez-Lombard. Profesor Contratado Doctor. Dr. Ingeniero Industrial. D. Javier Pino Lucena. Profesor Colaborador. Dr. Ingeniero Industrial. D. José Manuel Salmerón. Profesor Contratado Doctor. Dr. Ingeniero Industrial. D. Álvaro Ruiz Pardo. Profesor Asociado. Dr. Ingeniero Industrial.

Objetivos La transmisión del calor es la parte de la física que estudia los procesos de transferencia de energía térmica. Sus objetivos fundamentales son los siguientes:

Entender y cuantificar los mecanismos fundamentales de transferencia de calor: conducción, convección y radiación.

Plantear ecuaciones de balance de energía (superficiales y volumétricas) que

relacionen los flujos de calor y las temperaturas.

Analizar problemas y procesos en los que se combinen los mecanismos de transferencia.

Comprender los fundamentos físicos del calor para facilitar el análisis del

funcionamiento y diseño de los equipos y procesos en los que se transfiere.

Estudiar las aplicaciones de la transferencia de calor en la ingeniería para acercar los contenidos de la asignatura a la práctica profesional.

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Materias afines Resulta conveniente tener conocimientos básicos de física y matemáticas. En particular, haber cursado Termodinámica, Ecuaciones diferenciales, Teoría de circuitos y Mecánica de fluidos antes que Transmisión de calor, facilita el aprendizaje de la asignatura. En el campo de la Ingeniería Energética la Transmisión de calor se considera una disciplina básica para el estudio de otras materias como Generación de energía térmica, Tecnología energética, Tecnología frigorífica, Ingeniería de procesos térmicos e Instalaciones térmicas en la edificación y la industria.

Metodología Docente La asignatura tiene 4.5 créditos totales. Los créditos teóricos (3.75) se imparten en un horario de clases regladas (2.5 horas por semana) que incluyen explicaciones teóricas y resolución de problemas. Los créditos prácticos (0.75) se dividen en 3 prácticas con ordenador. En las clases teóricas se introducen los fundamentos, criterios de diseño, órdenes de magnitud y métodos de cálculo necesarios para el análisis de los problemas de transmisión de calor. En las clases de problemas se tratan situaciones reales de complejidad creciente a medida que se progresa en la asignatura. En las prácticas, el uso de herramientas informáticas para la resolución de ecuaciones en ingeniería facilita el tratamiento matemático y permite el análisis de problemas complejos (estudios paramétricos y diseño de equipos).

Sistemas y criterios de evaluación y calificación La evaluación se realiza, fundamentalmente, mediante una prueba escrita compuesta por dos problemas de transmisión de calor multimodal y varias cuestiones teórico-prácticas. Con los problemas se evalúa la capacidad del alumno para plantear y resolver ecuaciones de balance y transferencia. Las cuestiones evalúan el aprendizaje de los conceptos fundamentales. Las prácticas se evalúan a partir de los problemas resueltos mediante el uso de aplicaciones informáticas con la ayuda del profesor. La prueba escrita se aprobará con una calificación mayor o igual a 5 puntos y durante la misma, se podrá disponer de la colección de tablas y gráficas (sin comentarios ni añadidos) y de una calculadora no programable. Como regla general, un planteamiento correcto de los ejercicios se valora con el 50% de la nota total. Los ejercicios que contengan resultados numéricos contrarios al sentido común o la razón se evaluarán por debajo de 2 puntos. La asistencia a las prácticas es condición necesaria para aprobar la asignatura. Su peso en la nota final de la asignatura será como máximo 1 punto, siempre que al alumno haya obtenido una calificación superior al 5 en la prueba escrita.

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Contenidos temáticos TEMA 1. INTRODUCCIÓN A LA TRANSMISIÓN DE CALOR Generalidades. Mecanismos básicos de transmisión: conducción, convección y radiación. Leyes básicas de la transferencia de calor. Identificación del problema en transferencia de calor. TEMA 2. FUNDAMENTOS DE TRANSMISIÓN DE CALOR POR CONDUCCIÓN Ley de Fourier. Conductividad térmica. Ecuación general de transmisión de calor por conducción. Condiciones de contorno. Metodología básica de resolución de problemas de conducción. TEMA 3. CONDUCCIÓN UNIDIMENSIONAL EN RÉGIMEN PERMANENTE Sistemas elementales sin generación. Resistencia térmica. Sistemas compuestos sin generación. Coeficiente global de transferencia. Variación de la conductividad con la temperatura. Sistemas con generación. TEMA 4. SUPERFICIES EXTENDIDAS: ALETAS Clasificación y campo de utilización. Ecuación general. Aleta recta de espesor constante. Eficiencia de aletas. Diseño térmico de aletas. TEMA 5. FUNDAMENTOS, LEYES Y PROPIEDADES EN RADIACIÓN Fenómeno físico. Naturaleza espectral y direccional de la radiación. Magnitudes radiantes: definición y relaciones. Propiedades radiantes de la materia. Cuerpo negro. Leyes de Plank, Wien y Stefan-Boltzmann. Cuerpo gris. Ley de Kirchhoff. TEMA 6. INTERCAMBIO RADIANTE EN PRESENCIA DE MEDIO NO PARTICIPATIVO. Factores de forma. Álgebra del factor de forma en recintos cerrados. Métodos analíticos, ábacos y método de Hottel. Ecuaciones generales del intercambio radiante en recintos de superficies difusas. Analogía eléctrica en radiación. Casos particulares: superficies negras y rerradiantes. Pantallas de radiación. TEMA 7. FUNDAMENTOS DE LA TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONVECCIÓN Mecanismos básicos de la transferencia de calor por convección. Ecuación de continuidad. Ecuación de cantidad de movimiento. Ecuación de conservación de la energía. Ley de enfriamiento de Newton. Coeficiente de película. Cálculo del coeficiente de transferencia de calor. Metodología básica de resolución de problemas de convección. TEMA 8. CONVECCIÓN FORZADA EN FLUJO EXTERNO Definición del problema. Magnitudes de referencia. Cálculo del número de Nusselt. Placa plana. Cilindro. Esfera. Flujo a través de bancos de tubos. Corrección por temperatura. TEMA 9. CONVECCIÓN FORZADA EN FLUJO INTERNO Definición del problema. Magnitudes de referencia. Cálculo del número de Nusselt. Conductos circulares: flujo totalmente desarrollado y región de entrada. Conductos no circulares. Corrección por temperatura. TEMA 10. CONVECCIÓN NATURAL Definición del problema. Magnitudes de referencia. Números de Grashof y Rayleigh. Cálculo del número de Nusselt. Correlaciones para flujo externo.

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Bibliografía recomendada Fundamentos de transferencia de calor. F.P. Incropera y D.P. De Witt. Prentice

Hall, 1999

Transferencia de calor. Yunus A. Cengel. MacGraw-Hill, 2004.

Transferencia de calor. J.P. Holman. MacGraw-Hill, 1998.

Transferencia de calor. A.F. Mills, Irwin 1994.

Transmisión del calor. A.J. Chapman. Irwin, 1990.

Publicaciones docentes □ Colección de Transparencias de Transmisión de calor. Grupo de Termotecnia. E.S.

Ingenieros de Sevilla. □ Colección de Tablas, Gráficas y Ecuaciones de Transmisión de calor. Grupo de

Termotecnia. E.S. Ingenieros de Sevilla. □ Colección de Problemas Propuestos y Resueltos de Transmisión de calor. Grupo de

Termotecnia. E.S. Ingenieros de Sevilla.