Fundamentos de Transmisión de Calor (Máster Universitario en Sistemas de Energía Térmica (R.D.1393/07))

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Proyectos docentes de la asignatura. Curso 2012/2013:

• Proyecto docente del grupo 1

Profesores

• GUERRA MACHO, JOSE JULIO

Programa de la asignatura

Objetivos docentes específicos

La transmisión del calor es la parte de la física que estudia los procesos de transferencia de la energía térmica. Sus objetivos fundamentales son los siguientes:
- Presentar los principios básicos por los que se transfiere el calor por conducción convección y radiación.
- Planteamiento de ecuaciones de balance de energía que vinculen los flujos de calor con las temperaturas.
- Desarrollar la capacidad de comprensión de los fundamentos físicos, para facilitar el análisis del funcionamiento y diseño de todos aquellos equipos y procesos en los que se transfiere calor.
- Tratar abundantes aplicaciones de ingeniería para vincular los contenidos de la asignatura con la práctica profesional.
En la asignatura de Ampliación de Transmisión de Calor, se pueden asumar los objetivos nteriores, teniendo en cuenta que el objetivo específico de esta asignatura es profundizar conceptualmente en cada uno de los modos de transferencia de calor.

Contenidos de la asignatura

Tema 1. CONDUCCIÓN EN RÉGIMEN TRANSITORIO
- Adimensionalización ecuación general de transferencia de calor por conducción.
- Números de Biot y Fourier.
- Influencia del Biot en la distribución espacial de la temperatura.
- Método de separación de variables de sistemas unidimensionales.
- Ábacos de Heisler, corrector de posición y de Gröber.
- Sistemas de capacidad.
- Métodos de separación de variables en sistemas multidimensionales.

Tema 2. FUNDAMENTOS DE TRANSMISIÓN DE CALOR Y MASA POR CONVECCIÓN
- Mecanismos básicos de la transferencia de calor por convección.
- Ecuación de continuidad.
- Ecuación de cantidad de movimiento.
- Ecuación de energía.
- Ecuación de transferencia de masa.
- Condiciones de unicidad.
- Ley de enfriamiento de Newton.
- Análisis dimensional de las ecuaciones de convección.
- Números adimensionales.
- Significado físico de los números adimensionales.
- Dependencia funcional del Nusselt con el tipo de fluido y las condiciones de flujo.

Tema 3. PSICROMETRÍA
- Descripción del fenómeno de transferencia gas-vapor-líquido.
- Diagrama Psicrométrico
- Procesos Psicrométricos: Enfriamiento adiabático, enfriamiento gratuito, enfriamiento evaporativo, calentamiento.

Tema 4. TRANSMISIÓN DE CALOR CON CAMBIO DE FASE: CONDENSACIÓN
- Descripción del fenómeno físico.
- Condensación en película y en gotas.
- Teoría de Nusselt.
- Condensación en régimen turbulento.
- Número de Reynolds.
- Correlaciones empíricas.
- Influencia del recalentamiento del vapor, velocidad del vapor y gases no condensables en la transferencia de calor.

Tema 5. TRANSMISIÓN DE CALOR CON CAMBIO DE FASE: EBULLICIÓN
- Descripción del fenómeno físico.
- Núcleos de ebullición.
- Ebullición saturada en recipiente: curva de ebullición. Correlaciones empíricas.
- Ebullición subenfriada.
- Ebullición en convección forzada. Correlaciones empíricas.

Tema 6. DEFINICIÓN Y LEYES DE RADIACIÓN
- Definiciones: Intensidad de radiación, Flujos Radiantes.
- Leyes: Cuerpo Negro, Ley de Plank, Leyes de Wien, Ley de Stefan-Boltzman, Función de radiación del cuerpo negro.

Tema 7. PROPIEDADES RADIANTES SUPERFICIALES
- Emisividad
- Absortividad
- Ley de Kirchoff

Tema 8. INTERCAMBIO RADIANTE EN RECINTOS (sin medio participativo)
- Ecuaciones generales del intercambio radiante en recintos de superficies difusas.
- Planteamiento y resolución a nivel monocromático en bandas.
- Problemas desacoplados: temperaturas impuesta y flujo de calor impuesto. Analogía eléctrica

Tema 9. PROPIEDADES RADIANTES VOLUMÉTRICAS DE MEDIOS PARTICIPATIVOS
- Comportamiento de un medio semitransparente frente a la radiación térmica.
- Ley de Beer.
- Concepto de espesor óptico.
- Propiedades radiantes de medios participativos.
- Longitud media equivalente.

Tema 10. INTERCAMBIO RADIANTE EN MEDIOS SEMITRANSPARENTES
- Magnitudes radiantes para el medio semitransparente
- Método Ray-Tracing para el cálculo de propiedades
- Metodo de las radiosidades para el cálculo de propiedades

Actividades formativas de primer cuatrimestre

Clases teóricas

Horas presenciales: 15

Horas no presenciales: 30

Metodología de enseñanza aprendizaje:

Competencias que desarrolla

Exámenes

Horas presenciales: 4

Horas no presenciales: 0

Metodología de enseñanza aprendizaje:

Competencias que desarrolla

Horas de estudio del alumno

Horas presenciales: 0

Horas no presenciales: 101

Metodología de enseñanza aprendizaje:

Competencias que desarrolla

Sistemas y criterios de evaluación

Prueba escrita

La evaluación se realiza, fundamentalmente, mediante una prueba escrita en la que los alumnos se enfrentan a dos problemas de transmisión de calor multimodal, lo que permite evaluar su capacidad para el planteamiento y resolución de los mismos, y a varias cuestiones teórico-prácticas que evalúan la comprensión de de los conceptos fundamentales. Además, el alumno deberá realizar un trabajo de investigación que tendrá un peso específico en la calificación final de la asignatura.

La prueba escrita se aprobará con una calificación mayor o igual a 5.0 puntos, y en su desarrollo, se podrá disponer de la colección de tablas y gráficas (sin comentarios ni añadidos) y de una calculadora no programable.

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