Universidad Nacional Autónoma de México Centro de Investigación en Energía Programa de Estudio Transferencia de Calor 5 10 Asignatura Clave Semestre Créditos Formación profesional Ciclo Física Área Asignatura: Horas: Total Horas: Obligatoria X Teóricas 4 Semana 6 Optativa Prácticas 2 16 semanas 96 Modalidad: Seriación obligatoria antecedente: Curso Teórico-Práctico Ninguna Seriación obligatoria consecuente: Ninguna Objetivos del curso: Conocerá la teoría de la transferencia de calor y aplicará los modelos correspondientes en la solución de problemas de ingeniería con énfasis en las energías renovables.
Temario No. Nombre Horas 1. Introducción 8 2. Conducción 24 3. Convección 20 4. Radiación 12 Subtotal 64 Prácticas de laboratorio 32 Total 96 1. Introducción Objetivo: El alumno conocerá los mecanismos básicos de la transferencia de calor y sus aplicaciones en las energías renovables. Contenido: 1.1 Importancia de la transferencia de calor en las energías renovables 1.2 Revisión de conceptos básicos: calor, temperatura, calor específico 1.3 Mecanismos fundamentales de transferencia de calor 1.3.1 Conducción, Ley de Fourier 1.3.2 Convección 1.3.3 Radiación 1.4 Transferencia de calor por mecanismos simultáneos 1.5 Metodología para el análisis y solución de problemas de transferencia de calor 2. Conducción Objetivo: El alumno conocerá los fundamentos y la deducción de la ecuación de conducción de calor y será capaz de resolver problemas en estado permanente y transitorio. Contenido: 2.1 Ecuación de conducción 2.1.1 Requerimiento de conservación de la energía 2.1.2 Ecuación de conducción en coordenadas cartesianas 2.1.3 Ecuación de conducción en coordenadas cilíndricas y esféricas 2.1.4 Condiciones de frontera e iniciales 2.2 Conducción unidimensional permanente 2.2.1 Paredes delgadas 2.2.2 Resistencia térmica 2.2.3 Paredes compuestas 2.2.4 Radio crítico de aislamiento 2.2.5 Cuerpos con generación interna
2.2.6 Superficies extendidas 2.3 Conducción bidimensional permanente 2.3.1 Soluciones analíticas por separación de variables 2.3.2 Introducción a los métodos numéricos: diferencias finitas 2.4. Conducción unidimensional dependiente del tiempo 2.4.1 Sólido de alta conductividad: modelo capacitivo 2.4.2 Sólido semi-infinito 2.4.3 Placa plana unidimensional 2.4.4 Fusión y solidificación 2.4.5 Método de diferencias finitas: método explícito e implícito 3. Convección Objetivo: El alumno comprenderá los fenómenos involucrados en la transferencia de calor cuando existe un fluido en movimiento y será capaz de encontrar soluciones de las ecuaciones de conservación y aplicarlas en situaciones específicas. Contenido 3.1 Modelo general de la convección: clasificación de la convección 3.1.1 Ecuaciones de balance de masa, cantidad de movimiento y energía 3.1.2 Teoría de capa límite 3.1.3 Parámetros adimensionales 3.2 Convección Forzada 3.2.1 Flujo externo - Flujo de capa límite sobre una pared plana (capa límite dinámica y térmica) - Flujo cruzado sobre cilindros - Bancos de tubos - Flujo sobre esferas 3.2.2 Flujo interno - Flujo interno en ductos - Región de entrada y flujo desarrollado - Flujo laminar (flujos de Couette y Poiseuille, pared isotérmica) - Flujo turbulento - Flujo en espacios anulares 3.3 Convección natural 3.3.1 Flujo externo - Flujo de capa límite sobre una pared isotérmica vertical - Flujo sobre paredes horizontales e inclinadas 3.3.2 Flujo interno - Flujo entre paredes paralelas verticales - Flujo en cavidades rectangulares 3.4 Introducción a los intercambiadores de calor 4. Radiación Objetivo: El alumno comprenderá los fundamentos de la transferencia de calor por radiación y aplicará los conceptos básicos en la solución de problemas.
Contenido 4.1 Definiciones fundamentales 4.2 Radiación de cuerpo negro, distribución de Planck y Ley de Stefan-Boltzmann 4.3 Superficies grises difusivas 4.4 Ley de Kirchhoff 4.5 Transferencia de calor entre superficies 4.6 Medios participantes Bibliografía básica: Bejan A. Heat Transfer John Wiley & Sons, 1993 Incropera F. P., DeWitt D. P. Fundamentals of Heat and Mass Transfer 5 th Edition John Wiley & Sons, 2002 Lienhard J. H IV / Lienhard J. H. V A Heat Transfer Textbook 3 rd Edition Phlogiston Press, 2004 Welty J. R., Wicks C E., Wilson R. E. Fundamentos de Trasnsferencia de Calor y Masa Limusa Wiley, 2001 Temas para los que se recomienda: Bibliografía complementaria: Cervantes, J. Fundamentos de Transferencia de Calor Fondo de Cultura Económica, 1999 Carlslaw H. S. Conduction of Heat in Solids Oxford University Press, 1956 Ecker R. & Drake M. R. Analysis of Heat Transfer McGraw-Hill, 1968 Kreith F. & Bohn M. S. Principios de transferencia de calor Thomson Learning, 2001 Temas para los que se recomienda: 2
Sugerencias didácticas: Exposición oral X Lecturas obligatorias X Exposición audiovisual X Trabajos de investigación X Ejercicios dentro de clase X Prácticas de taller o laboratorio X Ejercicios fuera del aula: X Prácticas de campo Seminarios X Otras: Uso de métodos modernos de enseñanza X Forma sugerida de evaluar: Exámenes parciales X Participación en clase X Exámenes finales X Asistencias a prácticas X Trabajos y tareas fuera del aula X Otras: Perfil profesiográfico de quienes pueden impartir la asignatura: Ingeniero, Físico o Matemático, preferentemente con grado de maestría o doctorado, con área de competencia y trabajo afín a la asignatura.