1. Educación

20142015
08/11/14
PROGRAMA DE LA ASIGNATURA
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Vicerrectorado de Ordenación Académica
Asignatura:
309 (5754) Fundamentos de termotecnia
Titulación:
Ingeniero Industrial
Créditos teóricos:
3,6
Horas teoría:
36
Proyecto Piloto
Créditos prácticos:
2,4
Horas prácticas:
24
Duración:
Área:
1º Cuatr.
(590A) MÁQUINAS Y MOTORES TÉRMICOS
OBJETIVOS GENERALES:
Adquirir conocimientos sobre los mecanismos básicos de transferencia de calor y masa que constituyen los fundamentos de la
tecnología de la energía térmica como es la Termotecnia. Se estudian los mecanismos de transferencia de calor como conducción,
radiación y convección sin y con cambio de fase, así como los fundamentos de la transferencia combinada de masa y energía.
CONTENIDO:
BLOQUE TEMÁTICO:
Introducción a la Transferencia de Calor
Tema 1. Conceptos generales sobre la transferencia de calor
Generalidades: Termodinámica y termotecnia.
Mecanismos básicos de la transferencia de calor: Conducción, convección y radiación. Recordatorio balances básicos de
energía
BLOQUE TEMÁTICO:
Conducción
Tema 2. Fundamentos de la transferencia de calor por conducción
Campo térmico y Ley de Fourier.
Conductividad térmica.
Ecuación general de transferencia de calor por conducción.
Condiciones de contorno.
Metodología básica de resolución de problemas de conducción.
Tema 3. Conducción en régimen permanente
Introducción
Sistemas simples unidimensionales sin generación.
Concepto de resistencia térmica.
Sistemas compuestos sin generación. Coeficiente global de transferencia de calor.
Efecto de la variación de la conductividad térmica con la temperatura.
Sistemas simples unidimensionales con generación.
Sistemas multidimensionales: métodos de resolución.
Sistemas multidimensionales: métodos numéricos.
Tema 4. Conducción en régimen transitorio
Campo de aplicación.
E.D. adimensional de la conducción transitoria unidimensional: Números de Biot y Fourier.
Solución analítica para sistemas unidimensionales. Ábacos de Heisler y de Gröber.
Sistemas multidimensionales.
Sistemas de capacidad.
Sistemas complejos: métodos numéricos.
Tema 5. Superficies adicionales de transferencia (aletas)
Consideraciones generales, clasificación y campo de aplicación.
Ecuación general de una aleta. Aleta recta de espesor constante.
Efectividad de aletas. Resistencia térmica de una superficie aleteada.
Diseño de aletas: criterios.
BLOQUE TEMÁTICO:
Radiación
Tema 6. Principios fundamentales y leyes de la transferencia de calor por radiación
Introducción.
Definiciones de magnitudes radiantes.
Leyes de la radiación térmica.
Propiedades radiantes superficiales.
Ley de Kirchhoff
Tema 7. Intercambio radiante en presencia de un medio no participativo
Transferencia entre dos superficies. Concepto de Factor de forma.
Propiedades de los factores de forma y métodos de cálculo
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Intercambio radiante en recintos:
Planteamiento espectral
Planteamiento por bandas
Planteamiento en propiedades totales
Analogía eléctrica
Casos particulares:
Extensión a superficies no opacas
Extensión a recintos no cerrados
Pantallas de radiación
Presencia de superficies de gran área
Presencia de fuentes puntuales de radiación
Linealización del intercambio radiante
Balance típico en superficies exteriores
Tema 8. Intercambio radiante en presencia de un medio participativo
Introducción.
Comportamiento radiante de medios participativos.
Intercambio entre dos superficies separadas por un medio participativo:
Propiedades promedio del gas participativo
Longitudes medias representativas
Intercambio radiante en recintos:
Balances superficiales
Balance sobre el medio participativo
Propiedades promedio del gas respecto a una superficie y respecto a todo el recinto
Analogía eléctrica
Resolución por bandas
Planteamiento en propiedades totales
Ábacos de Hottel para los gases participativos más comunes.
BLOQUE TEMÁTICO:
Convección
Tema 9. Ecuaciones generales y conceptos básicos de la transferencia de calor por convección
Introducción y principios básicos. Clasificación de problemas.
Ecuaciones generales y ecuación particular (ley de enfriamiento de Newton).
Coeficiente de transferencia de calor por convección: métodos de cálculo.
Ecuaciones adimensionales. Números adimensionales
Dependencia funcional del número de Nusselt.
Tema 10. Convección forzada flujo externo
Características y tipologías. Metodología de estudio.
Placa plana.
Cilindro y esfera.
Banco de tubos.
Chorros de impacto.
Tema 11. Convección forzada flujo interno
Características y configuraciones.
Descripción de flujo. Magnitudes de referencia.
Correlaciones: Conducto circular, Conducto no circular.
Tema 12. Convección natural
Características y configuraciones.
Metodología de estudio (descripción del flujo, magnitudes de referencia, ecuaciones y números adimensionales, correlaciones).
Correlaciones flujo externo (placa plana, cilindro, esfera, etc.).
Correlaciones flujo interno (recintos rectangulares, cilíndricos, esféricos, etc.).
Tema 13. Conceptos generales de la transferencia simultánea de masa y energía
Transferencia de masa: Fenómeno físico.
Ley de Fick: Coeficiente de difusión másica.
Ecuación diferencial de difusión másica.
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Transferencia convectiva de masa.
Aplicación a la evaporación de líquidos en superficies.
Tema 14. Transferencia de calor con cambio de fase: condensación
Introducción.
Mecanismo físico. Magnitudes características.
Correlaciones condensación en flujo externo.
Correlaciones condensación en flujo interno.
Influencia de otros factores.
Tema 15. Transferencia de calor con cambio de fase: ebullición
Introducción.
Mecanismo físico y configuraciones.
Ebullición saturada en recipiente.
Ebullición en convección forzada.
BIBLIOGRAFÍA GENERAL:
NELLIS G., KLEIN S. Heat Transfer Cambridge University Press 2009
ASHRAE ASHRAE, Handbook of Fundamentals ASHRAE 2001
ASHRAE ASHRAE, Handbook of Refrigeration ASHRAE 1994
BEJAN A. Heat Transfer Wiley 1993
CHAPMAN A.J. Transmisión del Calor Bellisco 1990
INCROPERA F.P., DE WITT D.P. Fundamentals of Heat and Mass Transfer Wiley 1996
INCROPERA F.P., DE WITT D.P. Fundamentos de Transferencia de Calor Prentice Hall 1999
KREITH F., BOHN M.S. Principios de Transferencia de Calor. Thompson Paraninfo 2002
MUÑOZ E., REBOLLO L. Clase de Problemas y Test de Transferencia de Calor Eduardo R. Muñoz 2008
MYERS G.E. Analytical Methods in Conduction Heat Transfer McGraw-Hill 1971
OZISIK M.N. Heat Conduction Wiley 1993
RODRIGUEZ E.A. Material auxiliar (transparencias, tablas, gráficas, ejercicios, etc.) para descargarse del Campus Virtual
2010
ROHSENOW W.M., HARTNETT J.P. GANIC E.N. Handbook of Heat Transfer Applications McGraw-Hill 1985
SIEGEL R., HOWELL J.R. Thermal Radiation Heat Transfer. McGraw-Hill 1992
SIGALES B. Transferencia de Calor Técnica Reverté 2002
STEPHAN K. Heat Transfer in Condensation and Boiling Springer-Verlag 1992
METODOLOGÍAS
Al ser una asignatura a extinguir no tiene actividades docentes presenciales. Sólo se garantizará atender a los alumnos mediante las tutorías
tanto presenciales como virtuales.
EVALUACIONES
Calificación global (G)
La calificación global de la asignatura (G) será la máxima de dos calificaciones globales G1 y G2, cada una de las cuales corresponde a
diferentes ponderaciones de las calificaciones que se tengan en los tres componentes de la evaluación: Teoría (Teo), Problemas (Prob) y
Ejercicios Prácticos (Pract). Este método permite que el alumno pueda utilizar notas antiguas del concepto Pract cuando la asignatura era
presencial:
G1 = Teo x (0.20) + Prob x (0.60) + Pract x (0.20)
G2 = Teo x (0.30) + Prob x (0.70)
G = max (G1, G2)
Las calificaciones en el acta serán función del valor numérico de G según lo siguiente:
Suspenso:
Aprobado:
desde 0.0 hasta 4.9
desde 5.0 hasta 6.9
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Notable:
Sobresaliente:
desde 7.0 hasta 8.9
desde 9.0 hasta 9.5
Matrícula de Honor: desde 9.6 hasta 10.0
Evaluación de Teoría (Teo)
En cada convocatoria de examen oficial de la asignatura se realizará un examen escrito de teoría que consistirá en la contestación en un
tiempo máximo de una hora a 5 ó 6 cuestiones, las cuales podrán ser, o bien preguntas breves sobre conceptos teóricos, o bien la resolución
de pequeños problemas conceptuales derivados directamente de la teoría. En este examen teórico el alumno no tendrá acceso a ningún
material de consulta salvo el que expresamente se autorice utilizar. Los requisitos mínimos en esta parte para poder calcular la calificación
global serán:
a) Nota de Teoría (Teo) mayor o igual a 1.66 puntos sobre 10
b) Tener alguna puntuación en al menos 3 cuestiones de esta parte.
Evaluación de Problemas (Prob)
Esta nota de problemas se podrá configurar de forma no excluyente mediante dos procedimientos distintos, puntuándose siempre la máxima
nota conseguida en el caso de que el alumno tenga calificaciones en ambos procedimientos. Dichos procedimientos serán la Evaluación
Continua (EvCo) y los Problemas de Examen (PrEx):
Prob = max(EvCo,PrEx)
Evaluación Continua (EvCo): Se considera bajo este nombre el promedio de notas que tenga el alumno en pruebas de evaluación continua
realizadas en el pasado cuando la asignatura era presencial. La nota EvCo será la media de las tres mejores calificaciones obtenidas por el
alumno en este tipo de pruebas.
Problemas de Examen (PrEx): En la misma fecha del examen de teoría y tras éste se realizará un examen de problemas constituido por dos
problemas que se realizarán en el aula informática con la ayuda del programa EES y de cualquier material de consulta que el alumno desee.
La nota PrEx será la media de los dos problemas del examen.
Ejercicios Prácticos (Pract)
La calificación Pract será posible conseguirla de tres formas diferentes, puntuándose siempre la máxima nota conseguida en el caso de que el
alumno intente puntuar en más de una forma. Estas tres formas son:
Práctica del programa deTransferencia de Calor Bidimensional (TCB): Individualmente se entregará una memoria con la resolución del
problema propuesto en el vigente curso académico para resolver con el programa TCB, cuyo manejo se aprende de forma autodidacta. Sólo
se acepta una única entrega de esta memoria durante el curso académico.
Prácticas de Laboratorio (LAB): Al haberse extinguido la docencia presencial de esta asignatura no será posible puntuar por este concepto
aunque las notas conseguidas en el pasado se considerarán a la hora de configurar la nota Pract.
Trabajos Complementarios (COM): Durante el curso académico se propondrán por parte del profesor algunos ejercicios. Los alumnos
organizados en parejas podrán escoger uno de esos ejercicios para realizar y entregar por parejas. Estos ejercicios serán pequeños proyectos
relacionados con la asignatura. Alternativamente los alumnos pueden proponer también sus propios ejercicios sobre aspectos avanzados de la
asignatura que deseen investigar. En estos casos una pareja de alumnos presentará al profesor su propuesta y éste decidirá sobre su
pertinencia proponiendo modificaciones si procede antes de su realización. El trabajo complementario entregado se evaluará de 0 a 10 (50%
memoria, 50% defensa oral) y constituirá la nota por este concepto.
Las evaluaciones de estos tres tipos de trabajos prácticos (TCB, LAB y COM) serán calificaciones de 0 a 10 y la máxima de ellas será la
calificación Pract: Pract=max(TCB,LAB,COM)
Esta calificación será ya válida para cualquier convocatoria posterior a los plazos de entrega. Los plazos de entrega de estos trabajos finalizan
en la fecha oficial del examen escrito correspondiente a la convocatoria en la que el alumno desee ya repercutir su nota.
Vigencia de las Calificaciones
Todas las calificaciones obtenidas por los alumnos en los diferentes conceptos de evaluación son conservadas para siempre, mientras no sean
sustituidas por notas más altas posteriores obtenidas para el mismo concepto.
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