5667 Fenómenos de Transporte. Horas de teoría Horas de práctica Horas trabajo Totales IEA IM IMA IME IMT. Máquinas térmicas CI CI CI

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1 A) CURSO Clave Asignatura 5667 Fenómenos de Transporte Horas de teoría Horas de práctica Horas trabajo Créditos Horas por semana por semana adicional estudiante Totales B) DATOS BÁSICOS DEL CURSO IEA IM IMA IME IMT Nivel: VIII VI VI Tipo (Optativa, Obligatoria) Prerrequisito: Clasificación CACEI: Obligatoria Obligatoria Obligatoria CI CI CI C) OBJETIVO GENERAL DEL CURSO Al finalizar el curso el estudiante será capaz de: Que el alumno adquiera conocimientos que le permitan comprender los fundamentos físicos y matemáticos de los mecanismos de transferencia de calor para emplearlos en aplicaciones prácticas en su desarrollo profesional. Que el alumno conozca y sepa analizar los sistemas de mezclas reactivas (combustión) y no reactivas. (Mezcla gases y gasvapor) D) CONTENIDOS Y MÉTODOS POR UNIDADES Y TEMAS INTRODUCCIÓN AL CURSO Objetivo Dar a conocer al estudiante objetivos generales del curso, políticas de evaluación y contenido. 1.1 Trabajo. Potencia. 1.2 Potencia calorífica. 1.3 Rendimiento térmico. 1.4 Rendimiento de máquina y motor térmico. 1.5 Rendimiento mecánico. 5 hrs Solución de problemas del tema tomados de la bibliografía sugerida. 1.- MEZCLA DE GAS IDEAL Y GAS-VAPOR. (SISTEMAS NO REACTIVOS) 12 hrs Pág. 1

2 Objetivo Que el estudiante aprenda a obtener las propiedades de una mezcla gaseosa Descripción de las mezclas Propiedades de una mezcla Mezclas de gases con una sustancia que experimenta cambio de fase Punto de rocío o de saturación Humedad relativa Humedad específica o relación de humedad Proceso de saturación adiabática Temperatura de bulbo húmedo Diagrama Psicrométrico Elaboración de Diagrama Psicrométrico Entalpía, energía interna y entropía psicrométrica de una mezcla de gas y vapor Mezclas distintas de la de aire y vapor de agua Mezcla de corrientes Torres de Enfriamiento Solución de problemas del tema tomados de la bibliografía sugerida, prácticas de laboratorio y debate en clase de los resultados obtenidos en el laboratorio. Así como la identificación de curvas de compresión. 2.- COMBUSTIÓN (SISTEMAS REACTIVOS) 10 hrs Objetivo Que el estudiante comprenda cómo con la combustión (oxidación del combustible) se puede obtener calor Combustibles Combustión Balanceo de ecuación de combustión Análisis gravimétrico Productos de la combustión Análisis por productos de combustión Calor obtenido en la combustión Temperaturas de la combustión adiabática debate en clase de los resultados obtenidos en el laboratorio. Análisis de problemas reales sobre motores de combustión interna. 3.- COMPORTAMIENTOS PRESIÓN-VOLUMEN TEMPERATURA EN GASES REALES Objetivo Que el alumno aprenda a manejar un gas real Ecuación de estado de Van der Walls Otras ecuaciones de estado (Berthelot, Dieterici) Mezcla de gases reales. 14 hrs Pág. 2

3 debate en clase de los resultados obtenidos en el laboratorio. Análisis de problemas relacionados con turbinas de gas. 4.- CONCEPTOS FUNDAMENTALES Y APLICACIONES DE TRANSFERENCIA DE CALOR 11 hrs Objetivo Conocer las leyes fundamentales que gobiernan la transferencia de calor e identificar las situaciones en lso que se presenta cada uno de ellos. 4.1 Ley de Fourier: conducción de calor. 4.2 Ley del enfriamiento de Newton: Convección de calor. 4.3 Ley de Stefan Boltzmann: Radiación de calor. 4.4 Principio de conservación de la energía. 4.5 Mecanismos combinados. 4.6 Ecuación general de difusión de calor en sistema de coordenadas cartesianas, cilíndricas y esféricas. 4.7 Solución de la ecuación de difusión de calor en sistema unidimensional. 4.8 Análisis de sistemas unidimensionales en estado estacionario por resistencia térmica. 4.9 Análisis de superficies extendidas. debate en clase de los resultados obtenidos en el laboratorio. Trabajo en equipo para la obtención de las características de diseño de toberas. 5 CONDUCCIÓN DE CALOR EN DOS DIMENSIONES. 21 horas Objetivo Que el alumno aprenda un método numérico para la solución de ecuaciones diferenciales parciales. 5.1 Solución de la ecuación de difusión de calor por el método de diferencias finitas. 6.- TRANSFERENCIA DE CALOR EN ESTADO TRANSITORIO. 7 horas Objetivo Que el alumno identifique los modelos matemáticos que corresponden a distintas situaciones de procesos de conducción de calor en estado transitorio. 6.1 Método para resistencia térmica a la conducción despreciable (Bi<0.1). 6.2 Efectos espaciales cuando (Bi>0.1). 6.3 Solución para un sólido semi-infinito (Bi>>0.1). 7.- CONVECCIÓN. 5 horas Pág. 3

4 Objetivo Que el alumno se familiarice con los conceptos básicos de flujo de calor por convección. 7.1 Capa límite hidrodinámica. 7.2 Capa límite térmica. 7.3 Concepto de coeficiente convectivo. 7.4 Analogía entre transferencia de calor y transferencia de momentum. 7.5 Parámetros de transferencia de calor por convección: Número de Nusselt y Prandtl. 8 CORRELACIÓN DE CONVECCIÓN FORZADA EN FLUJO INTERNO Y EXTERNO. Objetivo 8.1 Correlaciones para la placa plana. 8.2 Correlaciones para flujo cruzado en un cilindro. 8.3 Correlaciones para flujo cruzado en un banco de tubos. 8 horas Que el alumno se familiarice con el uso de correlaciones para la determinación del coeficiente convectivo en flujo externo. 8.4 Correlaciones para flujo laminar y turbulento en el interior de tubos cilíndricos. 9 INTERCAMBIADORES DE CALOR. 8 horas Objetivo Que el alumno conozca los diferentes tipos de intercambiadores de calor y que aprenda los diferentes métodos de cálculo para el diseño térmico. 9.1 Clasificación de intercambiadores de calor. 9.2 Intercambiadores de tubos concéntricos 9.3 Método de cálculo de intercambiadores de calor por el método de la diferencia media logarítmica. 9.4 Método de cálculo de intercambiadores de calor por el método de la efectividad y el número de unidades de transferencia. E) ESTRATEGIAS DE ENSEÑANZA Y APRENDIZAJE a) Exposición convencional de cada tema por parte del profesor. b) Análisis de los conceptos teórico prácticos. c) Resolución de problemas alusivos a los temas. F) EVALUACIÓN Y ACREDITACIÓN Pág. 4

5 Evaluación: Periodicidad Forma de Evaluación y Temas a Cubrir Ponderación Sugerida 1er. Evaluación Parcial 16 sesiones Examen 80%, Tareas 20% 1 & 2 2º Evaluación Parcial 16 sesiones Examen 80%, Tareas 20% 3 & 4 3er. Evaluación Parcial 16 sesiones Examen 80%, Tareas 20% 5 4a.. Evaluación Parcial 16 sesiones Examen 80%, Tareas 20% 6 y 7 5a.. Evaluación Parcial 16 sesiones Examen 80%, Tareas 20% 8 y 9 Evaluación Final Ordinario Otra Actividad: 100% (Promedio de las Evaluaciones Parciales) Examen Extraordinario Examen a título Examen de regularización Semana 17 del semestre en curso De acuerdo a programación de Secretaría Escolar De acuerdo a programación de Secretaría Escolar G) BIBLIOGRAFÍA Y RECURSOS INFORMÁTICOS Textos básicos: 1. INCROPERA F., Fundamentos de Transferencia de Calor y Masa, Wiley, MORAN M.J., SHAPIRO H.N., Fundamentos de Termodinámica Técnica, Wiley, FAIRES V.M., Thermodynamics, 6a. ed. 4. FAIRES V.M., Problems on thermodynamics, Macmillan, 6th. ed. 5. KENNETH WARK, Termodinámica, McGraw-Hill, 4ª ed. 6. UNAM, Tablas de vapor, Servicios y representaciones de ingeniería (UNAM). Textos complementarios: 1. CARROLL M. L. & MALEEV V. L., Heat power fundamentals, Pitman 2. JONES, J.B.& HAWKINGS, G.A., Engineering thermodynamics, an introductory text book, John Wiley & sons, Inc, 2nd edition, New York, JONES J.B. y DUGAN R.E., Ingeniería termodinámica, Prentice Hall, LEVENSPIEL O. Fundamentos de termodinámica, Prentice Hall, WOODRUFF E. B. & LAMMERS H.B., Steam plant operation, McGraw-Hill 6. ZEMANSKY & VAN NESS, Basic engineering thermodynamics, Mc Graw-Hill N.Y., KARASIKE IGOR, Bombas. Pág. 5