Transmisión de Calor. Aplicaciones a sistemas disipativos y de intercambio calorífico.

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1 ASIGNATURA: TRANSMISION DEL CALOR Código: Titulación: Ingeniero Industrial Curso: 3º Profesor(es) responsable(s): - Nicolás Madrid García - Departamento: Física Aplicada Tipo (T/Ob/Op): Ob Créditos (T+P): (3+1,5) Descriptores de la asignatura según el Plan de Estudios: Transmisión de Calor. Aplicaciones a sistemas disipativos y de intercambio calorífico. Objetivos de la asignatura: - Establecer los conceptos y Leyes Fundamentales de los diferentes mecanismos de transmisión de calor: conducción, convección y radiación. - Conocer los diferentes métodos de resolución de procesos térmicos: métodos numéricos, solución por semejanza, método integral, método experimental. Correlaciones empíricas. - Introducción en el análisis y cálculo de sistemas disipativos. - Determinación experimental de conductividades térmicas, de coeficientes convectivos. y análisis cuantitativos de equipos de intercambio calorífico Materias relacionadas con esta asignatura: - Fundamentos Físicos de la Ingeniería. - Transformadas Integrales y Ecuaciones en Derivadas Parciales - Termodinámica - Mecánica de Fluidos General

2 Programa de la asignatura A. Programa de Teoría: 1. Mecanismos básicos de la Transmisión del calor Introducción Conducción. Ley de Fourier Ecuación general de la conducción del calor Ley de la conducción con fuente interna de calor Convección. Viscosidad. Capa límite Convección. Capa límite térmica Convección. Ley de Newton. Coeficiente de transmisión del calor Radiación térmica. 2. Conducción en régimen estacionario. 2.1.Conducción unidimensional Paredes planas. 2.3.Cilindros Esferas Conductividad variable Superficies bañadas por fluidos Espesor crítico de aislamiento en tuberías Coeficiente global de transmisión del calor Conducción bidimensional: Placa rectangular Conducción bidimensional: Cilindro de longitud finita Métodos numéricos en la conducción del calor: Método de las diferencias finitas. 3. Superficies adicionales 3.1. Introducción Aleta recta de espesor uniforme y aguja de sección transversal constante y longitud finita Superficies adicionales de sección variable Aleta anular de espesor constante Aleta recta de perfil triangular Eficiencia de la aleta. Eficiencia de una superficie aleteada Efectividad de la aleta 4. Conducción en régimen transitorio Conducción transitoria en una placa infinita Cambio brusco de temperatura en la superficie de una placa plana infinita Cambio brusco en la temperatura del fluido que rodea una placa plana infinita Conducción radial transitoria en un cilindro sólido largo Cambio brusco de la temperatura de la superficie de un cilindro indefinido Cambio brusco en la temperatura del fluido que rodea a un cilindro indefinido Conducción transitoria en más de una dirección Métodos numéricos en régimen transitorio.

3 5. Principios fundamentales de la convección. Análisis dimensional Introducción Ecuaciones de continuidad, movimiento y energía Parámetros adimensionales. Análisis dimensional Capa límite laminar. Ecuaciones diferenciales Ecuaciones integrales del momento y de la energía en la capa límite laminar Capa límite turbulenta. Difusividad y viscosidad turbulentas. 6. Convección forzada Introducción Convección forzada laminar en una superficie plana, sin disipación viscosa Convección forzada laminar en una superficie plana, con disipación viscosa Flujo turbulento junto a una superficie plana Analogías de Reynolds, de Colburn, de Prandtl, y de Von Kárman Convección forzada en tubos Correlaciones empíricas en convección forzada. 7. Convección libre Introducción Capa límite a lo largo de una pared vertical isoterma Convección libre laminar en una placa vertical isoterma. Ecuaciones fundamentales 7.4. Solución mediante el método diferencial Solución mediante el método integral Correlaciones empíricas en la convección libre. 8. Transmisión de calor en los cambio de fase. Condensación y ebullición Transmisión de calor en la condensación Condensación en película sobre una superficie vertical Fórmulas de trabajo para la condensación en película Transmisión de calor en la ebullición Ebullición estática. Regímenes de ebullición y la curva de ebullición Correlaciones empíricas para la ebullición nucleada y en película Ebullición en circulación forzada en tubos. 9. Transmisión de calor por radiación Introducción Potencia emisiva, Radiosidad. Irradiación Intensidad de la radiación Radiación de cuerpo negro. Leyes fundamentales Radiación de superficies no negras. Cuerpos grises Factores de forma. Propiedades Intercambio de energía radiante en medio no participante Intercambio de energía radiante en medio participante

4 10. Intercambiadores de calor Consideraciones generales Ecuaciones fundamentales Distribuciones de temperaturas Coeficiente global de transmisión de calor Diferencia logarítmica media de temperaturas. Método (LMTD) Corrección para la diferencia logarítmica media de temperaturas Efectividad de un intercambiador de calor. Método NTU Introducción al diseño de intercambiadores de calor. B. Programa de Prácticas (resumido): Denominación de la práctica Duración (h) Tipo de práctica (Aula, laboratorio, informática) Ubicación física (sede Dpto., aula informática,...) Calentamiento transitorio de paredes planas: conducción, convección y radiación 1,5 horas Laboratorio Sede Departamento Conducción térmica en régimen estacionario. Aislamiento térmico. 1,5 horas Laboratorio Sede Departamento Convección forzada en una placa plana isoterma 1,5 horas Laboratorio Sede Departamento Convección forzada en un tubo en régimen turbulento. Determinación de 1,5 horas Laboratorio Sede Departamento correlación empírica. Colector plano de radiación solar. 1,5 horas Laboratorio Sede Departamento C. Bibliografía básica: KREITH F., BHOM M. S. Principios de transferencia de calor (6ª ed.). Thomson (2002) HERRANZ A. Lecciones de Transmisión de calor. Servicio de reprografía. (1997) CENGEL, Y.A.: Transferencia de calor (2ª ed.), McGraw-Hill (2003) INCROPERA, F.P., DE UIT. D.P.: Fundamentos de Transferencia de calor (4ª ed.). Prentice-Hall McGraw-Hill (1999). BEJAN A. Heat Transfer (2ª ed.) John Wiley. (1995) KAYS, W.M., and CRAWFORD, M.E.: Convective Heat and Mass Transfer (3ª ed), McGraw-Hill (1993). MADRID C.N.: Transmisión de calor, prácticas de laboratorio. Servicio de publicaciones de la Universidad de Murcia. (1996) MADRID C.N.: Problemas de transmisión de calor. Horacio Escarabajal editores (2004)

5 D. Evaluación del alumno: Composición de los exámenes: Teoría: Escrito. Preguntas del programa de teoría y/o cuestiones conceptuales. Problemas: Dos o tres problemas. Evaluación: Prácticas de laboratorio: Su evaluación se llevará a cabo de manera continuada en las sesiones de laboratorio. Es condición indispensable la calificación de apto para aprobar la asignatura. Para ello será necesario la asistencia obligatoria a las sesiones de laboratorio y la entrega del cuaderno de prácticas con antelación a la fecha del examen final. Examen Final. A la parte de teoría le corresponde el 40 % y a la parte de problemas el 60 %. de la nota del examen. Nota final: 90% (examen final) y 10% (Prácticas de laboratorio) E. Observaciones: Para la realización del examen final no se emplearán calculadoras programables y se dispondrá de un documento que incluya: tablas, ábacos, correlaciones empíricas y propiedades termofísicas. Incompatibilidades del Plan de - Transformadas Integrales y Ecuaciones en Derivadas Parciales - Termodinámica - Mecánica de Fluidos General

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