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Transcripción

1 SANTA FE, 12 de octubre de 2010 VISTAS estas actuaciones vinculadas con la planificación de la asignatura Transferencia de Energía y Operaciones obligatoria de la carrera de Ingeniería Química, elevada por el Profesor Responsable de la misma, Ing. Enrique ALBIZZATI. CONSIDERANDO: El aval de la dirección de la carrera mencionada y de la Secretaría Académica de esta Facultad, y Lo aconsejado por la Comisión de Enseñanza, EL CONSEJO DIRECTIVO DE LA RESUELVE: ARTICULO 1º.- Aprobar la planificación de la asignatura Transferencia de Energía y Operaciones obligatoria de la carrera de Ingeniería Química, que adjunto forma parte integrante de la presente, dejándose sin efecto, en su parte pertinente, el artículo 1º de la resolución CD nº 355/00 y el artículo 1º de la similar CD 020/07. ARTICULO 2º. Mantener al Ing. Enrique ALBIZZATI como Profesor responsable del dictado de la asignatura referida ARTICULO 3º.- Dejar establecido la integración de la Comisión Examinadora de la asignatura mencionada en el artículo 1º de la presente, de la siguiente manera: Titulares: Ing. Enrique ALBIZZATI, Ing. Alfredo SCHNEIDER y Dr. Julio DEIBER Suplentes: Dr. Raúl BORTOLOZZI e Ing. Carlos PARODI. ARTICULO 4º.- Inscríbase, comuníquese, déjese constancia en los originales de las similares CD nº 355/00 y 020/07, hágase saber en copia a Departamento Alumnado, Secretaría Académica y Bedelía y archívese. RESOLUCION CD nº 510 jcm Dr. ENRIQUE MAMMARELLA DECANO STELLA MARIS PSENDA SECRETARIA ADMINISTRATIVA INTERINA

2 -2- PROGRAMA ANALÍTICO: TEMA 1 Balance integral de energía interna. Intercambios no convectivos de energía interna por conducción y radiación. Conducción del calor. Emisión y absorción de energía radiante. Intercambio de energías ; interna y mecánica. Fenomenología de los mecanismos de transferencia de energía. Balance de la suma de energías interna y mecánica. Balance de entalpía. Ecuaciones constitutivas. Conductividad térmica. Intercambio de energía interna y mecánica. Efectos disipativos. Generación de Calor. TEMA 2 Balance local de energía interna. Regimenes transitorio, estacionario y de equilibrio. Condiciones de contorno de la transferencia de energía. Coeficientes de transferencia de calor. Coeficiente local. Coeficientes interno, externo y de pared. Coeficiente global. Acoplamiento de sistemas en corrientes paralelas, contracorrientes y mixtas. Dinámica de sistemas térmicos. Recipientes: calentadores, enfriadores. Cálculo de perfiles de temperatura. Flujo de corte con disipación viscosa. Transferencia de calor en películas Iíquidas. TEMA 3 Conducción del calor en placas, cilindros, esferas, multicapas y tridimensional. Flujo de calor en la frontera del sistema. Aplicación a aislantes. Diámetro económico. Espesor crítico de aislación. Uso de diferencias finitas en estado estacionario y transitorio. Método de la variable reducida. Dominios finitos y semi-infinitos. Conducción del calor con generación interna. Resistencia a la conduccion del calor por contacto. TEMA 4 Transferencia simultánea de cantidad de movimiento y energía en gases y Iíquidos. Acoplamiento de sistemas y condiciones de contorno. Transferencia simultánea de cantidad de movimiento y energía en flujo turbulento. Viscosidad y conductividad de torbellinos. Capas de la turbulencia. Numero de NusseIt y correlaciones. TEMA 5 Convección forzada interna. Tubos, placas, etc. Flujos desarrollados cinemáticamente y térmicamente. Flujos con longitudes de entrada cinemática y térmica. Problemas de Graetz. Transferencia en f1ujo turbulento. Efecto de la rugosidad. Numero de Nusselt para tubos. Uso de las analogías entre cantidad de movimiento y energía. Correlaciones del tipo jh. Efecto de la variación de propiedades termofísicas con la temperatura. Transferencia de calor forzada con fluídos no newtonianos. TEMA 6 Convección forzada externa. Teoría de la capa límite. Acoplamiento térmico- mecánico. Transferencia del calor en f1ujo turbulento externo. Convección forzada exterior a placas, cilindros, esferas, bancos tubos, otros cuerpos. Correlaciones.

3 -3- Convección natural interna y externa. Velocidad característica. Numero de Grashof. Teoría de la capa límite en convección natural. Convección combinada natural y forzada. Número de Nusselt para tubos diferentes geometrías. Convección natural en recintos. TEMA 7 Intercambiadores de calor sin cambio de fases. Balances de entalpia. Diferencia media logarítmica de temperatura. Coeficiente global variable. Factores de ensuciamiento. Intercambiadores de calor de casco y tubos, de placas, de pasos múltiples, otros. Número de Nusselt para el intercambio calórico. Simulación numérica y dinámica de intercambiadores en serie y paralelo. Criterios económicos. Diseño de intercambiadores de calor de doble tubos. Teoría del intercambio calórico con superficies extendidas. Aletas y su acople fenomenológico con los mecanismos de transferencia de calor. Definición y cálculo de la eficiencia. Pérdida de carga. Recirculaciones del flujo y su efecto en la eficiencia. Número de Nusselt para el intercambio calórico con superficies extendidas. TEMA 8 Condensación exterior e interior. Condensación en películas. Coeficientes de transferencia de calor. Condensación de vapores saturados y recalentados. Condensación en superficies verticales e inclinadas, en tubos horizontales y verticales, en bancos de tubos verticales y horizontales. Efecto del número de Reynolds del condensado. Flujo turbulento. Efectos de gases no-condensables. Condensación en gotas. Condensación interna en tubos y su relación al título del vapor. Diseño de intercambiadores con cambio de fases. Condensadores de superficie: paso simple, doble paso, etc., Condensadores de mezcla. TEMA 9 Evaporación. Balances de entalpia. Elevación del punto de ebullición con la concentración. Ebullición en pileta. Regimenes: convección natural, ebullición nucleada y en película. Pico de flujo calórico. Correlaciones. Ebullición por convección forzada dentro de tubos. Conceptos sobre caída de presión y carga estática en evaporadores. Diseño. Evaporadores con flujos en cocorrientes y contracorriente; de pasos simple y doble. Circulación forzada y natural. Tubos largos, cortos y canasta. Evaporadores de superficie rascada y de película descendente. Coeficientes de transferencia de calor. Evaporación por múltiples efectos. Eficiencia. TEMA 10 Mecanismos básicos de la energía radiante. Ley de Planck. Flujo incidente. Coeficientes globales y específicos de absorción, transmisión y reflexión. Emisión y absorción de superficies sólidas. Cuerpos opaco, gris y negro. Cavidad térmica. Ley de Kirchhoff. Análisis de la ley de Stefan -Boltzmann. Ley de Wien. Emisión del cuerpo negro y cuerpo real. Superficies reales. Ley de Lambert. Factores de forma-visión y evaluación. Emisión y absorción de energía radiante en el volumen material del sistema. Balance de energía radiante

4 -4- TEMA 11 Intercambio de calor en lechos rellenos. Aplicaciones al almacenamiento de energía, tratamiento de gases y reactores químicos. Intercambio de calor en lechos fluidizados. Aplicaciones al intercambio calórico. Tratamiento de gases, procesos de recubrimiento, almacenamiento de energía y reactores químicos. Transferencia de energía en tanques agitados. Aplicaciones. TEMA 12 Flujo de fluídos compresibles no isotérmicos. Número de Mach. Nociones sobre flujos subsónico y supersónico. Flujos isoentrópicos, adiabáticos e isotérmicos de gases. Sopladores y compresores. Aplicaciones industriales. BIBLIOGRAFIA RELEVANTE: Fenómenos de Transporte. R. B. BIRD, W.E. STEWART y E.N. LIGHTFOOT, Reverté, (1976). Heat Transfer: A Basic Approach. M. NECATI ÓZISIK, Mc GRAW HILL (1985) The Properties of Gases and Liquids. R.C. REID, T.K. SHERWOOD Y B. POLING, Mc GRAW HILL (1987) Operaciones Básicas de Ingeniería Química. W.L. Mc CABE, JC. SMITH, P. HARRIOT, Cuarta Edición, Mc GRAW HILL (1991). Fundamentals of Momentum, Heat and Mass Transfer. J.R. WELTY, R. WICKS Y C.E. WILSON, John WILEY (1984). Fundamental of Heat Transfer. F.P. INCROPERA Y D.P. DeWITT, John WILEY, New York (1981). Fundamental Principies of Heat Transfer. 5. WHITAKER, PERGAMON PRESS, New York (1977). Dr. ENRIQUE MAMMARELLA DECANO STELLA MARIS PSENDA SECRETARIA ADMINISTRATIVA INTERINA

5 -5- TIPOS DE CLASES Teorías Carga horaria: 2 teorías semanales de 2,5 horas cada uno. Tipo: Expositiva - Porcentaje de asistencia: 70% Talleres(Resolución de Problemas y Trabajos Prácticos) Carga horaria: 2 talleres semanales: 2,5 horas cada uno, -Resolución de Problemas Tipo: Situación-Problema-Solución-Conclusión. - Porcentaje de asistencia: 70% -Trabajos Prácticos en Planta Piloto con confección de informes escritos: Intercambiador de calor de placas. Intercambiador de calor de carcasa y tubos. Calentamiento discontinuo. Evaporación. Carácter: Obligatorio - Porcentaje de asistencia: 100% REGULARIDAD: Requerimientos previos: Regularizar y aprobar las asignaturas que se exigen en el régimen de correlatividades vigente Para adquirir la condición de regular se requiere: a) Cumplir con el porcentaje mínimo de asistencia obligatoria. b) Aprobar 3 exámenes parciales. Se podrá recuperar un examen parcial de los tres que se requieren al final del cuatrimestre. c) Aprobar el 100% de los informes de trabajos prácticos. Se podrá recuperar un trabajo práctico al final del cuatrimestre. Contenidos de los exámenes parciales de regularización. Examen 1: Temas de la asignatura:1-4 (inclusive) Examen 2: Temas de la asignatura: hasta 8 (inclusive) Examen 3: Temas de la asignatura hasta 12 (inclusive)

6 -6- PROMOCIÓN: Opción 1) Los alumnos que cursan, podrán promover aprobando 3 exámenes parciales durante el cursado. Se podrá recuperar un examen parcial de los tres que se requieren, al final del cuatrimestre. Los exámenes parciales involucran desarrollo de contenidos y problemas teóricos y numéricos en forma escrita. Además, en un turno de examen final deberán aprobar un examen oral/escrito de desarrollo de contenidos. Contenidos de los exámenes parciales de promoción Examen 1: Temas de la asignatura:1-4 (inclusive) Examen 2: Temas de la asignatura: hasta 8 (inclusive) Examen 3: Temas de la asignatura hasta 12 (inclusive) Opción 2) Los alumnos regulares podrán promover la asignatura aprobando un examen final que consta de dos etapas eliminatorias: a) Examen escrito/oral de desarrollo de contenidos de 1 hora. b) Examen escrito/oral de problemas teóricos y numéricos de 3 horas. Opción 3) Los alumnos libres podrán promover la asignatura aprobando un examen final que consta de tres etapas eliminatorias: a) Evaluación igual a la del examen final para los alumnos regulares. b) Examen escrito/oral sobre Trabajos Prácticos de 1 hora. c) Examen oral globalizador de contenidos de 1 hora. Para aprobar cada etapa de los exámenes se requiere un nivel mínimo de conocimientos. La calificación final de la asignatura se establece una relación entre los conocimientos aprobados y la escala de notas vigente en la Universidad Nacional del Litoral. Nota: se adjuntan cronogramas y docentes responsables de las clases.

7 -7- Cronograma de Teorías Semana Tema Docente Tema Docente 1 Mecanismos de transferencia de Albizzati Balance integral de energía térmica Albizzati energía 2 Balance local de energía térmica Albizzati Coeficientes y fuerza impulsora de la Albizzati transferencia 3 Conducción unidireccional en Albizzati Conducción no estacionaria Schneider estado estacionario unidireccional 4 Conducción no estacionaria multidireccional Schneider Transferencia de energía en capa límite y en flujo turbulento Albizzati 5 Transferencia de energía en flujos laminares 6 Convección externa. Analogías entre TCM y TE 7 Deiber Correlaciones para flujos laminares y Albizzati turbulentos Albizzatti Convección natural externa e interna Albizzati Intercambiadores de calor Schneider Intercambiadores de doble tubo Schneider 8 Intercambiadores de calor de Schneider Intercambiadores de calor de carcasa Schneider carcasa y tubos y tubos 9 Intercambiadores de calor de Schneider Diseño de aislaciones Schneider superficies extendidas Condensación Schneider Condensación Schneider Condensación Schneider Evaporación Schneider 12 Evaporación Schneider Evaporación Schneider 13 Radiación Albizzati Radiación Albizzati 14 Radiación Albizzati Transferencia de energía en tanques Albizzati agitados 15 Transferencia de energía en lechos de sólidos Albizzati Flujos de fluidos compresibles Deiber Dr. ENRIQUE MAMMARELLA DECANO STELLA MARIS PSENDA SECRETARIA ADMINISTRATIVA INTERINA

8 -8- Cronograma de Talleres (Resoluc de problemas y trabajos prácticos) Semana Tema Docentes Tema Docentes 1 Conductividad térmica. Balance integral de energía térmica 2 Balance integral de energía térmica Balance integral de energía térmica 3 Balance local de energía térmica Conducción unidireccional en estado estacionario 4 Conducción unidireccional en estado Conducción no estacionaria y estacionario multidireccional 5 Conducción no estacionaria y Transferencia de energía en flujos internos multidireccional laminares 6 Correlaciones y analogías Transferencia de energía en convección externa y natural 7# Intercambiadores de calor de doble tubo # Intercambiadores de calor de carcasa y tubos # 8 Intercambiadores de calor de carcasa y tubos 9# Diseño de aislaciones # Intercambiadores de calor de superficies extendidas Condensación # 10 Condensación Condensación 11# Evaporación # Evaporación # 12 Evaporación Radiación 13# Radiación # Radiación # 14 Radiación Transferencia de energía en tanques agitados 15 Transferencia de energía en lechos de sólidos Fluidos compresibles.. (#) Se realizan los Trabajos Prácticos en la Planta Piloto en comisiones de 6 alumnos como máximo. Las horas adicionales son cubiertas por los docentes señalados. Dr. ENRIQUE MAMMARELLA DECANO STELLA MARIS PSENDA SECRETARIA ADMINISTRATIVA INTERINA