Formación Científica II (ejemplo 1)

Transcripción

1 UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO Facultad de Ciencias Plan de estudios de la Licenciatura en Matemáticas Aplicadas Formación Científica II (ejemplo 1) Clave 0923 Semestre 7 Créditos 6 Área de conocimiento Campo Formación Científica Modalidad Carácter Etapa Curso ( X ) Taller ( ) Lab ( ) Sem ( ) Obligatorio ( ) Optativo ( ) Obligatorio E ( X ) Optativo E ( ) Profundización Tipo T ( X ) P ( ) T/P ( ) Horas Semana Semestre Teóricas 3 Teóricas 48 Prácticas 0 Prácticas 0 Total 3 Total 48 Seriación Asignatura antecedente Ninguna ( ) Obligatoria ( ) Asignatura subsecuente Asignatura antecedente Indicativa ( ) Asignatura subsecuente Objetivo general: Que el estudiante se familiarice con los conceptos, métodos y lenguaje de otra disciplina. Objetivos específicos: Que el estudiante adquiera algunos conocimientos que le ayuden la comprensión del o los problemas que analizará en los cursos de Proyecto. Que se familiarice con el lenguaje y los métodos de trabajo de la disciplina elegida. Que busque la posible descripción matemática de algunos de los temas de la asignatura seleccionada.

2 Objetivo general de asignatura ejemplo (transferencia de energía): Estudiar los principios que rigen la transferencia de masa, tanto en régimen laminar El curso de Transferencia de Energía está enfocado a que los alumnos: a) Adquieran los conocimientos de los principios físicos fundamentales de la transferencia de energía y establezcan una relación entre estos principios y el comportamiento de sistemas térmicos de naturaleza diversa y propia del campo de la ingeniería química. b) Sean capaces de aplicar estos conocimientos en el análisis y solución de problemas de transferencia de energía. c) Desarrollen sus capacidades analíticas y de abstracción que les permita plantear y analizar problemas para el desarrollo de modelos específicos de transferencia de energía, mediante una perspectiva unificada de los fenómenos de transporte para resolver una mayor variedad de problemas tanto teóricos como prácticos. Los conocimientos adquiridos en este curso servirán de base para el estudio de equipos, procesos y sistemas térmicos que se presentarán en el curso de Ingeniería de Calor y en cursos posteriores relacionados con el diseño, control u optimización de procesos que involucren en alguna de sus etapas la transferencia de energía. Índice temático Horas Tema semestre Teóricas Prácticas 1. Introducción Ecuaciones de conservación Transferencia de energía Transferencia de energía en Flujo Laminar y Turbulento Balances integrales en sistemas no isotérmicos Radiación térmica 5 0 Subtotal 48 0 Total 48 Introducción Contenido Temático Tema y subtemas Mecanismos de transferencia de energía; conducción, convección (natural, forzada), radiación Propiedades de transporte (conductividad térmica), coeficientes de difusión (energía) 1.3. Ley de Fourier y Ley de enfriamiento de Newton Ecuaciones de Conservación Ecuaciones de conservación de masa y cantidad de movimiento (repaso) 2.2. Ecuación de conservación de energía, Balance general de energía, balance de energía térmica, balance de energía mecánica 2.3. Análisis dimensional de las ecuaciones de conservación

3 2.4. Números adimensionales Transferencia de Energía 3.1. Conducción de energía (regímenes permanente y transitorio) 3.2. Convección forzada en flujo laminar 3.3. Convección natural Transferencia de Energía en Flujo Laminar y Turbulento 4.1. Capa límite; Placa plana. Solución "exacta" y soluciones aproximadas 4.2. Determinación de coeficientes de transferencia Nu=Nu(Re, Pr), Nu=Nu(Re, Pr), Sh=Sh(Re, Sc) (Relación entre los coeficientes H y K) 4.3. Otras geometrías (esfera) 4.4. Transferencia de energía en flujo turbulento, Conceptos fundamentales 4.5. Analogías: Reynolds, Colburn, factor JH 4.6. Ecuaciones de diseño para transferencia convectiva, Análisis dimensional (métodos experimentales), convección forzada, convección libre números de Grashof y de Rayleigh, (flujos externos, internos y diferentes geometrías) Balances integrales en sistemas no isotérmicos Balances integrales de energía 5.2. Balances integrales de energía mecánica 5.3. Análisis de sistemas no isotérmicos (regímenes permanente y transitorio) Radiación térmica Introducción 6.2. Absorción, reflexión y transmisión 6.3. Ley de Stefan- Boltzman. Intercambio de energía radiante en cuerpos negros y grises. Coeficiente ficticio de transferencia de energía por radiación Radiación de gases. Estrategias didácticas Evaluación del aprendizaje Exposición ( X ) Exámenes parciales ( x ) Trabajo en equipo ( ) Examen final ( ) Lecturas ( ) Trabajos y tareas ( x ) Trabajo de investigación ( ) Presentación de tema ( ) Prácticas (taller o laboratorio) ( ) Participación en clase ( x ) Prácticas de campo ( ) Asistencia ( ) Aprendizaje por proyectos ( ) Rúbricas ( ) Aprendizaje basado en problemas ( X ) Portafolios ( ) Casos de enseñanza ( ) Listas de cotejo ( ) Otras (especificar) Otras (especificar) Presentaciones audiovisuales Desarrollo de proyectos o seminarios de investigación complementarios

4 Título o grado Experiencia docente Otra característica Perfil profesiográfico Ingeniero químico Con experiencia docente Preferentemente con estudios de postgrado en ingeniería química. Bibliografía básica: Bird, R. Byron, Stewart, W. E., & Lighfoot, E.N., Transport Phenomena, 2nd. Ed. USA, John Wiley & Sons, Whitaker,Stephen, Fundamental Principles of Heat Transfer, USA, Pergamon Press, Incropera, Frank P., & De Witt, Fundamentals of Heat and Mass Transfer, 4th ed., USA, John Wiley & Sons, Bennett, C. O., & Myers, J. E., Momentum, Heat and Mass Transfer, 3rd. ed., USA, McGraw Hill, Welty, J. R., Wicks, C.E., & Wilson, R.E., Fundamentals of Momentum, Heat and Mass Transfer, 4th. Edition., USA, John Willey & Sons, Olson, A. T., & Shelstad, KA. A., Introduction to Fluid Flow and the Transfer of Heat and Mass, Englewood Cliffs, Prentice Hall, Frank Keith, Mark S. Bohn, Principios de Transferencia de Calor, 6a. Ed. México, Welly, J., Wicks, C., Wilson, R.E., Roner, G.L., Fundamentals of Momentum, Heat, and Mass Transfer, 4a. Ed. Ed. Wiley, Bibliografía complementaria: Brodkey, R. S. and Hershey, H. C., Transport Phenomena. A Unified Approach, New York, McGraw Hill, Fahien, Ray W., Fundamentals of Transport Phenomena, USA, McGraw-Hill, Eckert, E. R. G., & Drake, R. M., Analysis of Heat and Mass Transfer, USA, McGraw-Hill, Kays, W.M., & Crawford, M.E., Convective Heat and Mass Transfer, 2nd. ed, USA, McGraw-Hill, 1993.

5 UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO Facultad de Ciencias Plan de estudios de la Licenciatura en Matemáticas Aplicadas Formación Científica II (ejemplo 2) Clave 0923 Semestre 7 Créditos 6 Área de conocimiento Campo Formación Científica Modalidad Carácter Etapa Curso ( X ) Taller ( ) Lab ( ) Sem ( ) Obligatorio ( ) Optativo ( ) Obligatorio E ( X ) Optativo E ( ) Profundización Tipo T ( X ) P ( ) T/P ( ) Horas Semana Semestre Teóricas 3 Teóricas 48 Prácticas 0 Prácticas 0 Total 3 Total 48 Seriación Asignatura antecedente Ninguna ( ) Obligatoria ( ) Asignatura subsecuente Asignatura antecedente Indicativa ( ) Asignatura subsecuente Objetivo general: Que el estudiante se familiarice con los conceptos, métodos y lenguaje de otra disciplina. Objetivos específicos: Que el estudiante adquiera algunos conocimientos que le ayuden la comprensión del o los problemas que analizará en los cursos de Proyecto. Que se familiarice con el lenguaje y los métodos de trabajo de la disciplina elegida. Que busque la posible descripción matemática de algunos de los temas de la asignatura seleccionada.

6 Objetivo general de asignatura ejemplo (transferencia de masa): Estudiar los principios que rigen la transferencia de masa, tanto en régimen laminar como turbulento, en procesos de interés para el estudiante de Ingeniería Química, enfatizando la similitud que existe con la transferencia de las otras dos propiedades conservativas que se estudian en la Carrera de Ingeniería Química: Momentum y energía. Desarrollar las capacidades analíticas y de abstracción que permita plantear y analizar problemas para el desarrollo de modelos específicos de transferencia de masa, mediante una perspectiva unificada de los fenómenos de transporte para resolver una mayor variedad de problemas tanto teóricos como prácticos. Los conocimientos adquiridos en este curso servirán de base para el estudio de equipos, procesos y sistemas que se presentarán en los cursos de Procesos de Separación e Ingeniería de Reactores y en cursos posteriores relacionados con el diseño, control u optimización de procesos que involucren en alguna de sus etapas la transferencia de masa. Índice temático Horas Tema semestre Teóricas Prácticas 1. Introducción Mecanismos de transferencia de masa Ecuaciones de conservación Capa límite Flujo turbulento Transporte de masa en la interfase Balances macroscópicos en sistemas multicomponentes 9 0 Subtotal 48 0 Total 48 Introducción Contenido Temático Tema y subtemas Importancia de la transferencia de masa en procesos de interés para el estudiante de Ingeniería Química en términos generales y en relación con el mapa curricular vigente Revisión del programa de este curso. Mecanismos de transferencia de masa Conceptos de concentración, velocidad, flux de masa y Flujo de masa Transporte de masa por difusión; similitud de éste con los transportes de momentum y energía Transporte de masa por convección; similitud de éste con los transportes de momentum y energía Coeficiente de difusión molecular y de difusión efectiva Ley de Fick. 3. Ecuaciones de conservación.

7 3.1. Balance de masa en sistemas con transporte por convección y en estado no estacionario (Ecuación de continuidad). Ejemplos Balance de masa en sistemas con transporte por convección y difusión y en estado no-estacionario. Ejemplos considerando que uno de los dos ecanismos predomina, en estado estacionario y no-estacionario Balance de masa en sistemas en los que ocurre una reacción química, con transporte por convección y difusión y en estado no-estacionario. Ejemplos considerando que uno de los dos mecanismos predomina, en estado estacionario y no-estacionario. Capa límite Introducción, enfatizando la importancia de este concepto y la similitud que hay con los procesos de transporte de momentum y energía Teoría de capa límite Coeficientes de transporte de masa. Ejemplos. Flujo turbulento Conceptos fundamentales 5.2. Ecuación de continuidad Flux de masa mediante expresiones semiempíricas. Ejemplos. Transporte de masa en la interfase Coeficientes de transferencia de masa en sistemas binarios en un fase y baja transferencia de masa. Ejemplos Coeficientes de transferencia de masa en sistemas binarios en un fase y alta transferencia de masa. Ejemplos. Balances macroscópicos en sistemas multicomponentes Balance macroscópico de masa, enfatizando la similitud con los balances macroscópicos de momentum y energía. Ejemplos. Estrategias didácticas Evaluación del aprendizaje Exposición ( ) Exámenes parciales ( x ) Trabajo en equipo ( ) Examen final ( ) Lecturas ( ) Trabajos y tareas ( x ) Trabajo de investigación ( ) Presentación de tema ( ) Prácticas (taller o laboratorio) ( ) Participación en clase ( x ) Prácticas de campo ( ) Asistencia ( ) Aprendizaje por proyectos ( ) Rúbricas ( ) Aprendizaje basado en problemas ( ) Portafolios ( ) Casos de enseñanza ( ) Listas de cotejo ( ) Otras (especificar) Otras (especificar)

8 Título o grado Experiencia docente Otra característica Perfil profesiográfico Ingeniero químico Con experiencia docente Preferentemente con estudios de postgrado en ingeniería química. Bibliografía básica: Bird, R. Byron, Stewart, W. E., & Lighfoot, E.N., Transport Phenomena, 2nd. Ed. USA, John Wiley & Sons, Bennett, C. O., & Myers, J. E., Momentum, Heat and Mass Transfer, 3rd. ed., USA, McGraw Hill, Welty, J. R., Wicks, C.E., & Wilson, R.E., Fundamentals of Momentum, Heat and Mass Transfer, 4th. Edition., USA, John Willey & Sons, Olson, A. T., & Shelstad, KA. A., Introduction to Fluid Flow and the Transfer of Heat and Mass, Englewood Cliffs, Prentice Hall, Thomson, W. J., Introduction to Transport Phenomena, Upper Saddle River, New Jersey, Prentice Hall, Brodkey, R. S. and Hershey, H. C., Transport Phenomena. A Unified Approach, New York, McGraw Hill, Bibliografía complementaria: Treybal, R. E., Mass Transfer Operations, 3rd Edition, New York, Mac Graw-Hill, King, C. J., Separation Processes, 2nd Edition, New York, Mc Graw Hill, Hines, A. L. and Maddox, R. N. Mass Transfer Fundamentals and Applications, Englewood Cliffs, PrenticeHall, Carberry, J. J., Chemical and Catalytic Reaction Engineering, New York, McGraw Hill, 1976.