sìlabo transferencia de calor y masa 2013-b

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN DE AREQUIPA

FACULTAD DE INGENIERIA DE PRODUCCION Y SERVICIOS

DEPARTAMENTO DE INGENIERIA MECANICA ELECTRICA

SILABO CODIGO: 97036

1. INFORMACION GENERAL1.1 Año Lectivo : 2015-A1.2 Nombre de la Asignatura : TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA 1.3 Características : Semestral1.4 Crédito : Cuatro (04)1.5 Pre-requisito : 97203/ 97320 1.6 Número de horas por semana : T : 2 TP: 3 P: 2 S:0 Total : 071.7 Docente : Ingº EDGAR ROBLES FALCON, M.Sc.1.8 Categoría/Régimen : Profesor Principal/Tiempo Completo1.9 Horario: : Lunes: (PN-302) 07:00- 11:00 Horas; Jueves: (JM-302) 07:00-10:00

2. FUNDAMENTACION

2.1 Aporte de la Asignatura al Perfil Profesional

Dotar al alumno de la facultad de aplicar los principios de la Termodinámica y Transferencia de Calor y Masa a sistemas típicos en Ingeniería.

Proporcionar la formación necesaria para que el graduado sea capaz de comprender y resolver los diversos problemas y procesos industriales que se le presenten en el ámbito energético tecnológico, así como de asimilar adecuadamente el manejo de equipos térmicos en los procesos industriales y otras actividades económicas donde su uso es necesario.

2.2 Sumilla: La asignatura desarrolla los siguientes tópicos: Introducción a la transferencia de calor, la termodinámica versus transferencia de calor, los mecanismos

de transferencia de calor, Conducción Unidimensional del Estado; Conducción Bidimensional del Estado Estable; Conducción en Estado Transitorio; Introducción a la Convección; Flujo Externo; Flujo Interno; Convección Libre; Convección con cambio de fase: Ebullición y Condensación; Intercambiadores de Calor; Radiación; Transferencia de Masa; Mínimo 6 experiencias de Laboratorio

3. COMPETENCIAS DE LA ASIGNATURA

Conoce los conceptos y ecuaciones fundamentales de la transferencia de calor en sus diversas formas (conducción, convección, radiación) y los aplica al análisis de los procesos térmicos principales, así como al diseño y evaluación de los equipos involucrados en dichos procesos. Facilita a los estudiantes de Ing. Mecánica los recursos y herramientas necesarias para diseñar, seleccionar equipos de transferencia de calor.

Eleva la formación, información e investigación de futuros profesionales de Ing. Mecánica en el uso de métodos, técnicas e instrumentos para promover actividades en beneficio de la industria. Sensibiliza a las instituciones competentes públicas y privadas, así como a los medios de comunicación sobre la importancia de la Ing. Mecánica, utilizando estrategias creativas y lúdicas.

1

Crea espacios de reflexión y de intervención social, atendiendo y relacionando la ingeniería mecánica con la industria y población.

4. PROGRAMACION POR UNIDADES DE APRENDIZAJE4.1 COMPETENCIA COGNITIVAS

1er. Periodo

Unidad 0 : INTRODUCCION AL CURSO DE TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASACompetencias cognitivas Contenidos cognitivos U H Fecha %

0.1 Conocer el Sílabo y las directivas pedagógicas para el curso Transferencia de Calor y Masa.0.2 Establecer una línea de base para la evaluación

del curso

0-1 Presentación del Curso 1 4 Lu 04/06 4

Lectura básica: Revisión de bibliografía relacionada con el curso

Unidad 1: CONCEPTOS BASICOS DE LA TRANSFERENCIA DE CALORCompetencias cognitivas Contenidos cognitivos U Hr Fecha %

1.1 Proporcionar los conceptos fundamentales de Transferencia de Calor.

1.2 Dar ejemplos en los mecanismos de Transferencia de Calor.

1.3 Proporcionar las leyes que rigen la transferencia de Calor en sus tres mecanismos.

1.4 Al final, hace comprender e interpretar el concepto de las diferentes maneras de transferencia de calor que se pueden observar, medir o cuantificar en los sistemas.

1.5 Resuelve los problemas que se relacionan con el material revisado.

1.1 Termodinámica y Transferencia de Calor.

1.2 Transferencia de Calor en la Ingeniería.

1.3 Calor y otras formas de energía.

1.4 Primera Ley de la Termodinámica.

1.5 Mecanismos de Transferencia de Calor:1.5.1 Conducción.1.5.2 Convección.1.5.3 Radiación

1.6 Mecanismos simultáneos de Transferencia de Calor

2 3 Ju 04/09 73 4 Lu 04/13 11

Lectura básica:

“FUNDAMENTOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR ”, Frank P. Incropera, David P. DeWitt, Cuarta Edición, Prentice Hall Hispanoamericana, México, 1999.

“TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA” , Yunus A. Cengel and Afshin J. Ghajar, Mc Graw-Hill Interamericana, Cuarta Edición, México, 2011

Lectura complementaria:

“PRINCIPIOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR”, Frank Kreith, Mark S. Bohn, Sexta Edición, International Thomson Editores S.A. de C.V.; México 2001

Unidad 2: CONDUCCION DE CALOR

Competencias cognitivas Contenidos cognitivos U Hr Fecha %2.1 Escribir la Ecuación general de la conducción

unidimensional en estado estacionario.2.2 Establecer las condiciones de frontera (contorno),

2.1 Ecuación Unidimensional. 2.2Ecuaciòn general de conducción

de calor.

4 3 Ju 04/16 145 4 Lu 04/20 186 3 Ju 04/23 21

2

para determinar la ecuación de distribución de temperatura.

2.3 Determinar el modelo matemático para determinar el flujo de calor en una pared plana y sistemas radiales simples y compuestos.

2.4 Definir e interpretar la resistencia térmica de contacto y radio crítico de aislamiento.

2.5 Analiza la conducción con generación interna de calor.

2.6 Comprende y analiza la transferencia de calor desde superficies con aletas.

2.7 Introduce las configuraciones comunes y factor de forma.

2.8 Resuelve los problemas que se relacionan con el material revisado

2.3 Condiciones de frontera.2.4 Generación de calor. 2.5Conducciòn de calor en estado

estable: 2.5.1 Paredes planas, cilindros y

esferas. 2.5.2 Resistencia térmica por

contacto. 2.5.3Radio crítico de

aislamiento. 2.5.4 Superficies con aletas.2.6 Configuraciones comunes y

factor de forma.

Lectura básica:

“FUNDAMENTOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR ”, Frank P. Incropera, David P. DeWitt, Cuarta Edición, Prentice Hall Hispanoamericana, México, 1999

“ TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA” , Yunus A. Cengel, Mc Graw-Hill Interamericana, Tercera Edición, México, 2007



PRIMERA PRACTICA 07 4 Lu 04/27 24PRIMER EXAMEN 08 3 Ju 04/30 27

2do. Periodo

Unidad 3: CONDUCCIÓN DE CALOR EN REGIMEN TRANSITORIOCompetencias cognitivas Contenidos cognitivos U Hr Fecha %

3.1 Analiza sistemas concentrados y no concentrados de conducción de calor en régimen transitorio en paredes planas grandes, cilindros grandes y esferas.

3.2 Aplica métodos numéricos en conducción: Diferencia finitas.

3.3 Analiza la ecuación de calor bidimensional.3.4 Explica la transferencia de calor en régimen

transitorio.3.5 Resuelve los problemas que se relacionan con el

material revisado

3.1 Sistemas Concentrados3.2 Sistemas no Concentrados,

pared plana, cilindros largos y esferas

3.3 Sólidos semi infinitos3.4 Sistemas Multidimensionales3.5Métodos numéricos en

conducción: 3.5.1Diferencias Finitas. 3.5.2Conducción Unidimensional

–Estado Estable. 3.5.3 Conducción Bidimensional 3.54 Régimen Transitorio

09 4 Lu 05/04 3110 3 Ju 05/07 34

Lectura básica:



3



“TRANSFERENCIA DE CALOR ”, J.P. Holman, Mc Graw-Hill/Interamericana de España, S.A.U., Octava edición, España, 1998.

Unidad 4: CONVECCIONCompetencias cognitivas Contenidos cognitivos U Hr Fecha %

4.1 Comprende e interpreta los conceptos del mecanismo físico de la convección.

4.2 Comprende y analiza la capa limite hidrodinámica, la capa limite térmica, flujo laminar y flujo turbulento.

4.3Escribe las ecuaciones diferenciales de la convección.4.4Identifica los números a dimensionales involucrados

en el estudio de la convección; número de Nusselt, Prandtl.

4.5Clasifica los tipos de flujos que se observan, flujo laminar y flujo turbulento.

4.6Escribe las ecuaciones a dimensionales y las analogías entre la cantidad de movimiento y la transferencia de calor.

4.7 Analiza la convección externa forzada en sistemas planos y radiales y el flujo a través de banco de tubos.

4.8 Analiza la convección interna forzada, con prioridad en tubos con flujo laminar y flujo turbulento.

4.9 Analiza la convección natural sobre superficies, dentro de recintos cerrados.

4.10 Comprueba que en ciertos procesos se manifiesta la convección natural y forzada combinada.


4.1 Fundamentos de la convección 4.1.1 Mecanismo Físico. 4.1.2 Capa Límite de Velocidad y

Térmica. 4.1.3 Flujo laminar y Turbulento 4.1.4 Ecuaciones diferenciales de

la convección 4.1.5 Ecuaciones para una Placa

Plana 4.1.6 Ecuaciones adimensionales

y las analogías entre la cantidad de movimiento y la Transferencia de Calor

4.2 Convección externa forzada 4.2.1 Resistencia al movimiento y

Transferencia de Calor. 4.2.2 Flujo sobre Placas Planas 4.2.3 Flujo a través de Cilindros y

Esferas. 4.3.4 Flujo a través de banco de

tubos.4.3 Convección interna forzada 4.3.1Velocidad Media y

temperatura media 4.3.2 Región de entrada 4.3.3 Análisis Térmico 4.3.4 Flujo Laminar en Tubos 4.3.5Flujo Turbulento en Tubos4.4 Convección natural

4.4.1Mecanismo Físico y el número de Grashof

4.4.2Convección Natural sobre Superficies.

4.4.3 Convección Natural dentro de recintos cerrados.

4.4.4Convección Natural y Forzada Combinadas

11 3 Lu 05/11 37

12 4 Ju 05/14 41

13 3 Lu 05/18 44

14 4 Ju 05/21 48

15 3 Lu 05/25 5116 4 Ju 05/28 55

17 3 Lu 06/01 58

Lectura básica:

Idem a la unidad 03


Idem a la Unidad 03

SEGUNDA PRACTICA 18 4 Ju 06/04 61SEGUNDO EXAMEN 19 3 Lu 06/08 64

3er. Periodo

4

Unidad 5: CONVECCION CON CAMBIO DE FASECompetencias cognitivas Contenidos cognitivos U Hr Fecha %

5.1 Comprende y analiza los procesos de transferencia de calor con cambio de fase.

5.2 Utiliza los modelos matemáticos existentes para determinar los flujos de calor que se manifiestan en procesos con ebullición.

5.3 Utiliza los modelos matemáticos existentes para determinar los flujos de calor que se manifiestan en procesos con condensación.


5.1 Ebullición 5.1.1 Ebullición en estanque 5.1.2 Ebullición en Flujos5.2 Condensación 5.2.1 Condensación en Película 5.2.2 Condensación por Gotas

20 4 Ju 06/11 6821 3 Lu 06/15 71

Lectura básica:




“TRANSFERENCIA DE CALOR”, B.V. Karlekar y R.M. Desmond, Mc Graw-Hill Interamericana de México S.A. de C.V., Segunda Edición, México, 1995

Unidad 6: INTERCAMBIADORES DE CALOR Competencias cognitivas Contenidos cognitivos U Hr Fecha %

6.1Comprende y analiza las funciones de un intercambiador de calor, sus aplicaciones, su clasificación de acuerdo al flujo, de acuerdo a sus pasos, de acuerdo a su forma de transferencia de calor y las características de construcción.

6.2 Determina el coeficiente global de transferencia de calor que se requiere en la evaluación y calculo de intercambiadores de calor.

6.3 Aplica los métodos de diferencia media logarítmica y el método de efectividad.

6.4 Selecciona el tipo de intercambiador de calor que se requiere para un determinado proceso.

6.5 Capaz de resolver los problemas que se le presentan sobre la materia.

6.1 Coeficiente de Transferencia de calor Total.

6.2 Método de la Diferencia Media Logarítmica.

6.3 Método de la Efectividad-NUT6.4 Selección de Intercambiadores

de calor

22 4 Ju 06/18 7523 3 Lu 06/22 78

Lectura básica:



Unidad 7: TRANSFERENCIA DE CALOR POR RADIACIONCompetencias cognitivas Contenidos cognitivos U Hr Fecha %

7.1 Comprende la radiación térmica, la radiación de cuerpo negro, la intensidad de radiación, las propiedades de radiación y la radiación atmosférica y solar.

7.2 Comprende y analiza el factor visión. 7.3 Comprenderá la transferencia de calor por radiación

en superficies negras, superficies grises y difusas. Comprenderá sobre blindajes contra la radiación y el efecto de la radiación.

7.1Fundamentos de radiación térmica.

7.1.1 Radiación de Cuerpo Negro 7.1.2 Intensidad de Radiación 7.1.3 Propiedades de Radiación 7.1.4 Radiación Atmosférica y

Solar7.2Transferencia de calor por

radiación7.2.1 Factor de Visión y

24 4 Ju 06/25 8225 3 Ju 07/02 8526 4 Lu 07/06 89

5

7.4 Utiliza los métodos gráficos y analíticos en el cálculo

de los temas revisados..7.5 Emplea y conoce las ventajas y limitaciones de las

herramientas empleadas.7.6 Resuelve problemas y calcula. 7.7 Emplea la representación gráfica.

Relaciones 7.2.2 Superficies Negras 7.2.3 Superficies Grises y

Difusas 7.2.4 Blindajes y efectos 7.2.5 Radiación con gases

emisores y absorbentes

Lectura básica:




“TRANSFERENCIA DE CALOR”, Anthony A.F.Mills, Mc Graw –Hill, España 1995

“TRANSFERENCIA DE CALOR APLICADA A LA INGENIERÍA”, James R. Welty, Editorial Limusa, S.A. de C.V., Grupo Noriega editores, México, 1993

“TRANSFERENCIA DE CALOR”, B.V. Karlekar y R.M. Desmond, Mc Graw-Hill Interamericana de México S.A. de C.V., Segunda Edición, México, 1995

Unidad 8: TRANSFERENCIA DE MASACompetencias cognitivas Contenidos cognitivos U Hr Fecha %

8.1 Comprende y aplica balances de masa en diversos sistemas.

8.2 Determina perfiles de concentración en sistemas con transferencia de masa.

8.3 Identifica los equipos necesarios implicados en las operaciones de transferencia de masa.

8.4 Comprende y aplica la base teórica-matemática de las operaciones con trasferencia de masa.

8.1 Difusión de Masa8.2 Condiciones de frontera8.3 Difusión estacionaria de Masa a

través de una pared8.4 Difusión transitoria de Masa8.5 Difusión en un medio en

movimiento8.6 Convección de Masa8.7 Transferencia simultanea de

calor y Masa

27 3 Ju 07/09 9328 4 Lu 07/13 97

TERCERA PRACTICA 28 3 Ju 07/16 100TERCER EXAMEN 29 3 Lu 07/20EXAMEN DE APLAZADOS 30 3 Lu 07/27

4.2 COMPETENCIAS PROCEDIMENTALES

1er. Periodo

6

Competencias Procedimentales Contenidos Procedimentales

1.1 Capacidad de análisis y síntesis.1.2 Capacidad de organización y planificación1.3 Comunicación escrita en español1.4 Comprensión escrita en lengua extranjera.1.5 Habilidades básicas computacionales.1.6 Capacidad de gestión de la información.1.7 Resolución de problemas.1.8 Toma de decisiones

1.1 Problemas de los capítulos presentados en la literatura básica y recomendados.

1.2 Tarea: Resolver los problemas indicados para el primer periodo.

1era. Práctica en clase Lu 04/27Entrega de Tarea 1 Ju 04/30

2do.Periodo

Competencias Procedimentales Contenidos Procedimentales2.1 Capacidad de análisis y síntesis.2.2 Capacidad de organización y planificación2.3 Comunicación escrita en español.2.4 Comprensión escrita en lengua extranjera.2.5 Habilidades básicas computacionales.2.6 Capacidad de gestión de la información.2.7 Resolución de problemas.2.8 Toma de decisiones


2.2 Tarea: Resolver los problemas indicados para el segundo.

2da. Práctica en clase Ju 06/04Entrega de Tarea 2 Lu 06/08

3er. Periodo

Competencias Procedimentales Contenidos Procedimentales3.1 Capacidad de análisis y síntesis.3.2 Capacidad de organización y planificación3.3 Comunicación escrita en español.3.4 Comprensión escrita en lengua extranjera.3.5 Habilidades básicas computacionales.3.6 Capacidad de gestión de la información.3.7 Resolución de problemas.3.8 Toma de decisiones


3.2Tarea: Diseño y calculo de un intercambiador de calor. Resolver los problemas indicados para el segundo.

3era. Práctica en clase Ju 07/16

Entrega de Tarea 3 Lu 07/20

4.3 COMPETENCIAS ACTITUDINALES

Competencias actitudinales Contenidos actitudinales1 Identificar, formular y resolver problemas de ingeniería.2 Comprender su responsabilidad profesional y ética.3 Comunicarse efectivamente.4 Entender el impacto de la Ingeniería en la solución de

problemas globales y sociales.5 Comprometerse con el aprendizaje a lo largo de toda la

vida.6 Conocer temas de actualidad.7 Comunicación oral en lengua oficial.8 Capacidad crítica y autocrítica.9 Trabajo en equipo

1 Actitud del alumno de Ingeniería Mecánica de la UNSA.

2 Acreditación Universitaria.3 Cultura de investigación4 Actitud del Ingeniero Mecánico en la sociedad.

7

10 Habilidades en las relaciones interpersonales.11 Reconocimiento de la diversidad y multiculturalidad.12 Habilidad para trabajar en un contexto internacional.13 Compromiso ético.

5. ESTRATEGIAS METODOLOGICASSe empleará el método inductivo-deductivo, el esquema de aprendizaje se puede consignar como:Concordancia entre la formulación de competencias y la metodología.Fomentar la participación activa, promoviendo el diálogo y el razonamiento lógico.Realizar acciones de retroalimentación y mantener el interés durante las sesiones de aprendizaje.En el curso se empleará inducciones y juegos de rol al inicio de clase; el método de lecturas escogidas, exposición magistral en temas seleccionados y evaluaciones por competencias.Al ejercicio de competencias cognitivas y procedimentales, se les incorpora en forma transversal actividades donde el alumno realice prácticas de sus competencias actitudinales.

6. RECURSOS MATERIALESComputadora PC, Proyector Multimedia, Internet, Videos, Pizarra Acrílica, Proyector de Transparencias.

7. TECNICAS, INSTRUMENTOS E INDICADORES DE EVALUACIONDe acuerdo a las normas vigentes de la UNSA (Estatutos, Título VII de los estudiantes, Capítulo III de las evaluaciones).

Competencias 1er. Periodo 2do.Periodo 3er. Periodo %Cognitivas Examen 1 15% Examen 2 25% Examen 3 30% 70Procedimentales

Práctica 1 4% Práctica 2 4% Práctica 3 4% 12Tarea 1 3% Tarea 2 3% Tarea 3 3% 9

Actitudinales Participación 3% Participación 3% Participación 3% 925% 35% 40% 100

Durante el semestre se podrán ofertar tareas voluntarias, estas pueden tener hasta 1 punto adicional sobre el tercer examen siempre y cuando el mismo no sobrepase la nota 20

8. PROGRAMA DE TUTORIAS Y CONSEJERÌADurante la vigencia del curso, se proporcionará apoyo en tutoría y consejería en investigación y proyecto de tesis a los alumnos que lo deseen en forma voluntaria.

9. RECURSO BIBLIOGRAFICOS

a. Bibliografía básica

1. “TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA” , Yunus A. Cengel, Mc Graw-Hill Interamericana, Tercera Edición, México, 2007

2. “PRINCIPIOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR”, Frank Kreith, Mark S. Bohn, Sexta Edición, International Thomson Editores S.A. de C.V.; México 2001

3. “FUNDAMENTOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR”, Frank P. Incropera, David P. DeWitt, Cuarta Edición, Prentice Hall Hispanoamericana, México, 1999

b. Bibliografía complementaria

4. “TRANSFERENCIA DE CALOR”, J.P. Holman, Mc Graw-Hill/Interamericana de España, S.A.U., Octava edición, España, 1998

5. “TRANSFERENCIA DE CALOR”, Anthony A.F.Mills, Mc Graw –Hill, España 1995

8

6. “FUNDAMENTOS DE TRANSFERENCIA DE MOMENTO, CALOR Y MASA”, James R. Welty,

Editorial Limusa, S.A. de C.V., Grupo Noriega editores, México, 19937. “TRANSFERENCIA DE CALOR”, B.V. Karlekar y R.M. Desmond, Mc Graw-Hill Interamericana de

México S.A. de C.V., Segunda Edición, México, 19958. “PROCESOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR” Donald Q. Kern, Compañía Editorial

Continental, SA de CV, Trigésima Reimpresión, México, 1998

Arequipa, Abril del 2015

Ingº CIP Edgar Robles Falcón, M.Sc. …………………………………….

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