220111 - Termotecnia

ltima modificacin: 22-11-2013220111 - Termotecnia

Universitat Politcnica de Catalunya1 / 10

Competencias de la titulacin a las cuales contribuye la asignatura

Formacin bsica, en un primer nivel, en transferencia de calor por conduccin, conveccin y radiacin: aspectos fenomenolgicos, formulacin matemtica (leyes bsicas de conservacin y leyes constitutivas) y tcnicas de resolucin analtica y numrica.

Otros: Carles David Prez SegarraJess Castro Gonzlez

Responsable: Assensi Oliva Llena

Unidad que imparte:Curso:

Crditos ECTS:

724 - MMT - Departamento de Mquinas y Motores Trmicos2013GRADO EN INGENIERA EN TECNOLOGAS INDUSTRIALES (Plan 2010). (Unidad docente Obligatoria) 6 Idiomas docencia: Cataln, Castellano, Ingls

Unidad responsable: 220 - ETSEIAT - Escuela Tcnica Superior de Ingenieras Industrial y Aeronutica de Terrassa

Titulacin:

Profesorado

Especficas:1. Conocimientos aplicados de ingeniera trmica.

Objetivos de aprendizaje de la asignatura

Se presenta de forma secuencial las diferentes formas de transferencia de calor: conduccin, conveccin y radacin. Para cada una de ellas de empieza con un planteamiento riguroso de las ecuaciones bsicas que describen estos fenmenos (e.g. ecuaciones de Navier-Stokes en la conveccin). La deduccin de estas ecuaciones bsicas se realiza haciendo especial nfasis en el sentido fsico de cada uno de los trminos. A partir de la formulacin matemtica bsica se presentadiferentes metodologas de resolucin (analticas y numricas). El ltimo mdulo pretende una sntesis de los mdulos anteriores a situaciones de inters industrial y social.La asignatura se organiza en:1.- Clases en grupos grandes. En este tipo de grupos se desarrollan las clases de teora, parte de las clases de problemas y las evaluaciones correspondientes al 1er y 2do parcial. Se utilizar el modelo expositivo que el profesor crea ms conveniente para conseguir los objetivos que se han fijado en la asignatura.2.- Clases en grupos pequeos, si la disponibilidad de profesorado lo permite. En estas clases se desarrollan sesiones de problemas por parte del profesor o bien los propuestos por los alumnos para su resolucin y que forman parte del aprendizaje autnomo. Siempre que se crea oportuno se podr hacer alguna actividad dirigida.La plataforma ATENEA se podr utilizar como herramienta de soporte en los dos tipos de clases que se han descrito. Se utilizar como transmisor y comunicador con los alumnos.

Metodologas docentes

Capacidades previasConocimientos bsicos propios de los primeros cursos de carrera: matemticas (especialmente clculo diferencial e integral), fsica, mecnica de medios continuos, termodinmica.



Introduccin en temticas de aplicacin tecnolgica con el fin de consolidar la formacin bsica y de dar unas primeras bases de clculo y diseo de sistemas y equipos trmicos con el fin de aumentar su eficiencia energtica y de reducir el impacto ambiental. Se presentarn ejemplos relacionados con los campos de los intercambiadores de calor, captadores solares, balance de cargas trmicas en salas y edificios, refrigeracin de componentes elctricos y electrnicos.

Dedicacin total: 150h Grupo grande/Teora: Grupo mediano/Prcticas: Grupo pequeo/Laboratorio: Actividades dirigidas: Aprendizaje autnomo:

46h 0h 14h 0h 90h

30.67% 0.00% 9.33% 0.00% 60.00%

Horas totales de dedicacin del estudiantado



Contenidos

Mdulo 1: Introduccin Transferencia de calor por conduccin

Dedicacin: 40h Grupo grande/Teora: 18h Grupo pequeo/Laboratorio: 2h Aprendizaje autnomo: 20h

Tema 1. Introduccin. Inters y motivacin. Descripcin de las fenomenologas bsicas (conduccin, conveccin, rediaci). Ejemplos de aplicacin industrial y social.Tema 2. Transferencia de calor por conduccin. Formulacin de la ecuacin de la transferencia de calor por conduccin (Ecuacin de la energa + ley de Fourier) en forma integral y diferencial. Condiciones iniciales y de contorno.Tema 3. Anlisis de casos de resolucin analtica en rgimen permanente: transferencia de calor en placas, cilindros, esferas, paredes compuestas, aletas, etc.Tema 4. Anlisis de casos de resolucin analtica en rgimen transitorio: transferencia de calor en placas, cilindros y esferas. Extensin al caso de situaciones bidimensionales y tridimensionales.Tema 5. Introduccin a los mtodos numricos en transferencia de calor: planteamiento bsico; discretizacin delas ecuaciones; resolucin de grandes sistemas de ecuaciones algebraicas; ejemplos de aplicaciones en situaciones multidimensionales y anlisis de transitorios.

Descripcin:

Actividades vinculadas:Clases de teora, problemas y trabajo de curso.Objetivos especficos:Ley de Fourier, razonarla.Qu es y qu representa la conductividad trmica. Deducir - razonar las unidades en que viene dada. Relacionar el flujo de calor en diferentes direcciones espaciales xyn. Saber y deducir la ecuacin diferencial de la conduccin de calor en distintas referencias (coordenadas Cartesianas, cildriques, esfricas), en transitorio, con propiedades fsicas variables, con fuentes inernes ...Entender qu es la ecuacin de Newton de la conveccin, su relacin con la conduccin de calor en la ltima capa de fluido en contacto con el contorno, ...Saber resolver la conduccin en casos unidimensionales y permanentes (placas, paredes cilndricas, ...), casos unidimensionales con fuentes internas (placas, cilindros, barras). Concepto del radio - dimetro crtico. Saber hacer los ejercicios / casos realizados en clase y los propuestos sobre paredes planas, cilndricas, barras ... Con "n" capas de materiales, con o sin fuentes internas, ...Entender bien la teora de aletas, las hiptesis que conlleva, la deduccin de la ecuacin diferencial para diferentes geometras de aletas (seccin transversal rectangular, aletas cilndricas, aletas de seccin variable en x, ...). Casos de aletas con propiedades fsicas variables. Recordar las formas de considerar las condiciones de contorno en una aleta en voladizo. Saber resolver aquellos casos de aletas que tienen solucin analtica: aleta empotrada en dos paredes que separan tres fluidos; estructuras aleteadas formadas por cruces de aletas, ...Saber resolver los problemas transitorios que tienen solucin analtica (placas, cilindros - barras, paraleppedo, cilindro finito). Recordar el planteamiento adimensionalitzat de las ecuaciones con el nmero de Biot y de Fourier(No es necesario aprender frmulas de memoria) y saber resolver los problemas propuestos con solucin numrica dada aclase.Saber cmo se resuelve numricamente por el mtodo de Euler o similares una ecuacin diferencial ordinaria.Entender bien los mtodos numricos de volmenes finitos y diferencias finitas, sabiendo explicarlos sobre casos concretos (Una aleta, un dominio rectangular, un dominio pared - aleta, ...) tanto en situaciones permanentes como transitorias, y con propiedades fsicas constantes o variables. Hay que saber discretizar el dominio, hacer los balances y comentarel algoritmo de resolucin. Conocer los mtodos de Gauss - Seidel, el TDMA o de Thomas, el Gauss - Seidel soportado con el TDMA.



Mdulo 2: Transferencia de calor por conveccin Dedicacin: 38h Grupo grande/Teora: 16h Grupo pequeo/Laboratorio: 2h Aprendizaje autnomo: 20h

Tema 6. Introduccin. Tipos de flujos y tipos de conveccin. Deduccin de las ecuaciones bsicas de conservacin en forma diferencial (ecuaciones de Navier-Stokes). Planteamiento general del problema y condiciones iniciales y de contorno. Breve introduccin al anlisis de flujos turbulentos.Tema 7. Conveccin forzada. Flujos externos y flujos internos en rgimen laminar y turbulento. Anlisis adimensional: obtencin de los grupos caractersticos. Ejercicios de aplicacin.Tema 8. Conveccin natural. Flujos externos y flujos internos en rgimen laminar y turbulento. Anlisis adimensional: obtencin de los grupos caractersticos. Exercicicis de aplicacin.Tema 9. Tcnicas de resolucin numrica en casos unidimensionales permanentes o transitorios. Acoplamiento con los elementos slidos.

Descripcin:

Actividades vinculadas:Clases de teora, problemas y trabajo de curso.Objetivos especficos:Formulacin integral de la conveccin (ecuaciones de conservacin de la masa, cantidad de movimiento y energa).Deduccin de las ecuaciones de la conveccin en forma diferencial (ecuaciones de Navier-Stokes).Anlisis dimensional. Utilidad de esta tcnica y procedimiento de obtencin de los grupos caractersticos en casosde conveccin forzada y de conveccin natural (o libre).Justificacin de las correlaciones utilizadas para calcular los coeficientes superficiales de transferencia de calor enconveccin forzada y natural. Metodologa de clculo de coeficientes superficiales de transferencia de calor. Repasar casos de conveccin forzada (flujo en placa isoterma, flujo exterior en un tubo y en banco de tubos-sin ycon paredes limitantes -, flujo en el interior de tubos, ...) y conveccin natural (flujo en cavidades, flujo libre en cilindros horizontales, cilindro vertical, placa vertical, ...).



Mdulo 3: Transferencia de calor por radiacin Dedicacin: 22h Grupo grande/Teora: 8h Grupo pequeo/Laboratorio: 2h Aprendizaje autnomo: 12h

Tema 10. Introduccin. Leyes bsicas. Deduccin de la ecuacin integro-diferencial de la transferencia de calor por radiacin. Propiedades radiantes. Planteamiento general del problema y condiciones de contorno.Tema 11. Transferencia de calor por radiacin en medios no participantes a la radiacin. Caso de superficies grises y difusas: factores de vista y mtodo de las radiositats. Ejemplos de aplicacin.Tema 12. Introduccin a la transferencia de calor en medios transparentes a la radiacin.

Descripcin:

Actividades vinculadas:Clases de teora, problemas y trabajo de curso.Objetivos especficos:Conceptos bsicos de radiacin: flujo de partculas (fotones) vs. ondas electromagnticas. Qu es la intensidad radiante especfica y entender su carcter espectral y direccional. Concepto de absortividad, reflectividad y transmisividad direccional y espectral. Cuerpo negro e intensidad radiante especfica del mismo. Concepto de emisividad. Ley de Kirchoff de la radiacin.Hiptesis usuales: superficie opaca, gris y difusa. Medio transparente a la radiacin. Concepto de factor de vista, las sus propiedades y su clculo. Ejemplos de su evaluacin en situaciones tridimensionales y en situacionesbidimensionales (aplicacin del teorema de Hottel). Concepto de radiosidad y de irradiacin. Formulacin para superficies grises y difusas (evitar aprender de memoria las frmulas, muy importante que quede claro el concepto fsico de cada trmino). Evaluacin del calor neto de radiacin. Aplicacin a la resolucin de problemas diversos.



Mdulo 4: Problemas combinados Dedicacin: 50h Grupo mediano/Prcticas: 4h Grupo pequeo/Laboratorio: 8h Aprendizaje autnomo: 38h

Tema 13. Problemas que se presenten de forma combinada mecanismos de transferencia de calor por conduccin, conveccin y radiacin. Realizacin de ejercicios con posible aplicacin a campos de inters industrial(intercambiadores de calor, sistemas activos de aprovechamiento de energa solar - captadores solares -; sistemas pasivos de aprovechamiento de la energa solar; balance de cargas trmicas en salas y edificios, etc.)

Descripcin:

Actividades vinculadas:Clases de problemas y trabajo de curso.Objetivos especficos:Problemas combinados (conduccin + conveccin + radiacin). Muy importante los casos realizados en clase: pared vertical compuesta que separa dos fluidos; intercambiador de doble tubo; invernadero; ... Prestar atencina los diferentes niveles de simulacin (analtico, numrico unidimensional o multidimensional, formulacin en rgimen permanente o transitorio, etc.).En el caso de resolucin utilizando mtodos analticos preste atencin a la formulacin de las ecuaciones y los algoritmos de resolucin del sistema de ecuaciones resultante.En el caso de resolucin numrica y el tratamiento de los fluidos debe tenerse muy presente el mtodo tramo a tramo por la obtencin del mapa de velocidades, presiones y temperaturas. El anlisis de la conduccin se realizautilizando tcnicas de volmenes finitos y de acuerdo con las explicaciones realizadas en el tema de la conduccin. La formulacin dela radiacin se har de acuerdo con el mtodo de las radiositats.Una vez las ecuaciones discretas se han escrito y los coeficientes empricos (coeficientes de transferencia de calory rozamiento) y factores de vista se han evaluado, hay que tener claro cual es la resolucin del sistema de ecuaciones discretas que se obtiene en base a los algoritmos globales de resolucin explicados tanto por los casos de rgimen permanente comotransitorio.



Planificacin de actividades

CLASES DE TEORA

CLASES DE PROBLEMAS

Descripcin:

Descripcin:

Metodologe en grupo grande.Exposicin de los contenidos de la asignatura siguiendo un mdelo de clase expositiva y participativa.La materia de la asignatura se ha organizado en 4 reas temticas o temas.En esta clase se resuleven problemas con todo el grupo

Metodologa de grupo grande y grupo medio, siempre que la disponibilidad de profesorado lo permita.De cada uno de los temas, se realizarn unos problemas en clase para que los alumnos adquiera las pautas necesarias para llevar a cabo esta resolucin: hiptesis simplificatorias, planteamiento, resolucin numrica,discusin de los resultados.

Material de soporte:


Bibliografa bsica.Apuntes del profesor (reprografia y/o Atenea).

Bibliografa bsica.Apuntes del profesor (reprografia y/o Atenea).

Descripcin de la entrega esperada y vnculos con la evaluacin:


Esta actividad se evalua conjuntamente con la actividad 2 (problemas) mediante un primer examen parcial y un segundo examen final.

Esta actividad se evalua conjuntamente con la actividad 1 (teora) mediante un examen parcial y un examen final.

Objetivos especficos:


Al finalizar esta actividad, el alumno debe ser capaz de dominar los conocimientos adquiridos, consolidarlos y aplicarlos correctamente a diferentes problemas tcnicos. Adems, siendo la Termotecnia una asignatura tecnocientfica, las clases de teora deben servir de base para el desarrollo de otras asignaturas ms tcnicas del mbito trmico relacionadas con la Termotecnia, como Refrigeracin, Motores Trmicos o Energa Solar.

Al finalizar esta actividad, el alumno debe ser capaz de aplicar los conocimientos tericos a la resolucin de diferentes tipos de problemas. Atendiendo a la metodologa el alumno debe ser capaz de: 1. - Entender el enunciado y analizar el problema.2. - Plantear y desarrollar un esquema de resolucin del mismo.3. - Resolver el problema usando las ecuaciones plateadas, con un adecuado algoritmo de resolucin.4. - Interpretar crticamente los resultados.

Grupo grande/Teora: 25h Aprendizaje autnomo: 45h

Grupo grande/Teora: 14h Grupo pequeo/Laboratorio: 14h Aprendizaje autnomo: 45h

Dedicacin: 70h

Dedicacin: 73h



TRABAJO DE CURSO

EXAMEN 1R PARCIAL

EXAMEN 2N PARCIAL (FINAL)

Descripcin:

Descripcin:

Descripcin:

Resolucin de un problema basado en una situacin planteada por el profesor o alumno.

Desarrollo del examen parcial de la asignatura los contenidos 1 y 2.Incluye aspectos tericos y desarrollo de problemas.Este primer parcial no elimina materia.

Desarrollo del examen final de la asignatura. Esta prueba incluye todo el contenido de la asignatura. En esta prueba se establecer el mecanismo para reconducir los alumnos que no hayan aprobado el examen del primerparcial.Incluye aspectos tericos y desarrollo de problemas.




Biliografa bsica.Apuntes del profesor (reprografia y/o Atenea)

Se permite el uso del formulario que entregar el profesor.

Se permite el uso del formulario que entregar el profesor.



El examen se desarrollar libremente y se entregar junto con el enunciado debidamente rellenado con los datos personales requeridos.La calificacin de esta actividad vale un mximo del 30% de la calificacin global final.

El examen se desarrollar libremente y se entregar junto con el enunciado debidamente rellenado con los datos personales requeridos.La calificacin de esta actividad vale menos un 50% de la calificacin global final.



Mostrar el nivel de conocimientos alcanzado en las actividades tericas y de problemas.

Mostrar el nivel alcanzado en las actividades tericas y de problemas.

Aprendizaje autnomo: 30h

Grupo grande/Teora: 2h


Dedicacin: 30h

Dedicacin: 2h

Dedicacin: 3h



PRUEBA PARCIAL DE NIVEL I

PRUEBA PARCIAL DE NIVEL II

Prueba parcial de nivel I: un 10%.Examen 1er parcial, peso: como mximo un 30%.Prueba parcial de nivel II: un 10%.Examen 2do parcial, peso: como mnimo un 50%.Para los alumnos que hayan superado con xito los exmenes parciales y las pruebas de nivel, habr la posibilidad de subir nota con trabajos que hayan desarrollado durante el estudio de la asignatura, con la tutela de los profesores.

Sistema de calificacin

Descripcin:

Descripcin:

Desarrollo de una prueba parcial de nivel del temario estudiado durante la 1ra mitad de curso.

Desarrollo de una prueba parcial de nivel del temario estudiado en la segunda mitad del curso.



e permite el uso del formulario entregado por el profesor.

Se permite el uso del formulario entregado por el profesor.



La prueba se desarrollar libremente y se entregar junto con el enunciado debidamente rellenado con los datos personales requeridos.La calificacin de la prueba de nivel equivaldr a un 10% de la calificacin global final.

La prueba se desarrollar libremente y se entregar junto con el enunciado debidamente rellenado con los datos personales requeridos.La calificacin de esta actividad vale un 10% de la calificacin global final.



Hacer un seguimiento por parte del profesorado y mostrar el nivel de conocimientos alcanzado en las actividades tericas y de problemas.

Hacer un seguimiento por parte del profesorado y mostrar el nivel de conocimientos alcanzado en las actividades tericas y de problemas.



Dedicacin: 1h

Dedicacin: 1h



Bibliografa

Apunts realitzats pel professorat de l'assignaturaMaterial audiovisual

Otros recursos:

Bsica:

Complementaria:

Incropera, F. P.; DeWitt, D. P. Fundamentos de transferencia de calor. 4 ed. Mxico: Prentice Hall, 1999. ISBN 9701701704.Mills, A. F. Transferencia de calor. Mxico: Irwin, 1995. ISBN 8480861940.Kreith, F.; Bohn, M. S. Principios de transferencia de calor. 6 ed. Madrid: International Thomson, 2002. ISBN 8497320611.Lienhard IV, J. H.; Lienhard V, J. H. A heat transfer textbook [en lnea]. 3rd ed. Cambridge: Phlogiston Press, 2003Disponible a: . engel, Y. A. Heat transfer: a practical approach. Boston: McGraw-Hill, 1997. ISBN 9780071152235.Isachenko, V. P.; Osipova, V.; Sukomel, A. Transmisin de calor. Barcelona: Marcombo-Boixareu, 1973. ISBN 8426702392.Welty, J. R.; Wicks, C. E.; Wilson, R. E. Fundamentos de transferencia de momento, calor y masa. 2 ed. Mxico: Limusa, 1999. ISBN 9681858964.Holman, J. P. Transferencia de calor. Mxico: Compaa Editorial Continental, 1986. ISBN 9682606497.Chapman, A. J. Transmisin del calor. 3 ed. Madrid: Bellisco, 1990. ISBN 8485198425.

Eckert, E. R. G.; Drake, R. M. Heat and mass transfer. 2nd ed. New York: McGraw-Hill, 1959. Patankar, S. V. Numerical heat transfer and fluid flow. New York: McGraw-Hill, 1980. ISBN 9780891165224.Rohsenow, W. M.; Hartnett, J. P.; Cho, Y. I. Handbook of heat transfer. 3rd ed. New York: McGraw-Hill, 1998. ISBN 0070535558.Wong, H. Y. Handbook of essential formulae and data on heat transfer for engineers. New York: Longman, 1977. ISBN 0582460506.

Documents

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