INGENIERÍA MECATRÓNICA

TRANSFERENCIA DE CALOR

TRC-OP

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Directorio Lic. Emilio Chuayffet Chemor Secretario de Educación Dr. Fernando Serrano Migallón Subsecretario de Educación Superior Mtro. Héctor Arreola Soria Coordinador General de Universidades Tecnológicas y Politécnicas Dr. Gustavo Flores Fernández Coordinador de Universidades Politécnicas.

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Pagina Legal.

Participantes Dr. José Oscar Zárate Corona - Universidad Politécnica de Tlaxcala M en C Valentín Santiago Olan - Universidad Politécnica de Tlaxcala MC. Carlos Federico Puga Banda - Universidad Politécnica de Victoria Dr. Enrique Rocha Rangel - Universidad Politécnica de Victoria Dr.Carlos Calles Arriaga - Universidad Politécnica de Victoria

Primera Edición: 2013

DR 2013 Coordinación de Universidades Politécnicas.

Número de registro:

México, D.F.

ISBN-----------------

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ÍNDICE

 INTRODUCCIÓN  ............................................................................................................................................  5  

PROGRAMA DE ESTUDIOS  ..........................................................................................................................  6  

FICHA TÉCNICA  ............................................................................................................................................  7  

DESARROLLO DE LA PRÁCTICA O PROYECTO  ..........................................................................................  9  

INSTRUMENTOS DE EVALUACIÓN  ............................................................................................................  10  

GLOSARIO  ..................................................................................................................................................  11  

BIBLIOGRAFÍA  ............................................................................................................................................  12  

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INTRODUCCIÓN La transferencia de calor es una ciencia básica que trata de la rapidez

de transferencia de energía térmica. Esta disciplina de transporte de Calor tiene aplicaciones de suma

relevancia en casi cualquier campo de la ingeniería. Así se utiliza prácticamente en todos los procesos de la industria del vidrio; interviene en diseño de los hornos, los regeneradores de calor, el enfriamiento de los moldes, el templado de los cristales. En el área de acondicionamiento del aire ambiental es imprescindible para evaluar con precisión las cargas térmicas de enfriamiento y calefacción que tiene un edificio.

La investigación de la energía solar ha aportado conocimientos para el acondicionamiento del aire para edificios mediante sistemas de absorción, en la industria de la cerámica a través de túneles de secado por convección forzada y en sistemas de calentamiento de agua a través de calentadores solares.

Se considera que las leyes de la termodinámica dan la respuesta a la mayor parte de los problemas relativos a la conservación de la energía, existen mecanismos que merecen mucha más atención para explicar la transferencia de calor tales mecanismos son la Conducción, la Convección y la Radiación.

La comprensión de las leyes de la termodinámica ha permitido al hombre explicar las propiedades de absorción de los materiales así como su comportamiento en diferentes aplicaciones. En este manual de asignatura solamente estudiaremos los mecanismos de Conducción, Convección y Radiación, suponemos que el estudiante tiene los conocimientos básicos de Termodinámica, Calculo Diferencial e Integral así como la solución de ecuaciones diferenciales y los principios Físicos fundamentales.

Los objetivos de este manual son: Cubrir los principios básicos de la transferencia de calor Presentar abundantes aplicaciones de ingeniería en el mundo real con

el fin de dar a los estudiantes una noción de la práctica de la ingeniería Desarrollar una comprensión intuitiva del conocimiento de la materia al

resaltar la física y los argumentos físicos. Como prácticas de laboratorio el estudiante diseñara y fabricara un

calentador solar de agua mediante latas de Al e identificará cada uno de los mecanismos que intervienen en el diseño.

Una segunda practica el alumno construirá un enfriador con base en un freón y un compresor explicando en donde se efectúa la conducción, la convección y la radicación.

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PROGRAMA DE ESTUDIOS

Insertar programa de estudios

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FICHA TÉCNICA

NOMBRE DE LA ASIGNATURA

Nombre: Transferencia de calor

Clave: TRC-ES

Justificación: Esta asignatura permitirá al alumno desempeñar un papel crítico en el diseño de sistemas mecatrónicos que están sujetos a flujos de calor o gradientes de temperatura para el control de parámetros térmicos en espacios físicos con acondicionamiento y en proceso de transformación. Objetivo: El alumno será capaz de resolver problemas básicos de transferencia de calor que involucren conducción, convección y radiación, así como de diseñar sistemas térmicos simples en aplicaciones de ingeniería mecatrónica.

Habilidades: Razonamiento matemático. Capacidad de comprensión. Seleccionar información.

Competencias genéricas a desarrollar:

Integrar modelos y prototipos mecatrónicos para validar la funcionalidad de los sistemas, productos o procesos propuestos empleando dispositivos físicos y software de simulación.

Capacidades a desarrollar en la asignatura Competencias a las que contribuye la

asignatura

Seleccionar las tecnologías mecatrónicas disponibles para integrar la solución cumpliendo con las especificaciones de diseño . Emplear los elementos mecatrónicos para la integración de un modelo o prototipo, basándose en las especificaciones de diseño. Probar los modelos o prototipos propuestos para verificar la funcionalidad de los sistemas, productos o procesos propuestos con pruebas físicas o de simulación.

Integrar modelos y prototipos mecatrónicos para

validar la funcionalidad de los sistemas, productos o

procesos propuestos empleando dispositivos físicos

y software de simulación.

Estimación de tiempo (horas) necesario para

transmitir el aprendizaje al alumno, por Unidad de

Aprendizaje:

Unidades de aprendizaje

HORAS TEORÍA HORAS PRÁCTICA

presencial

No presencial

presencial

No presenci

al Mecanismos básicos de transferencia de calor.

15 2 2 0

Conducción unidimensional en

estado estacionario.

15 2 2 1

Conducción bidimensional en

estado estacionario.

15 2 0 0

8

Conducción en estado transitorio. 15 2 0 0

Análisis de la convección e

intercambiadores de calor

15 2 0 0

Total de horas por cuatrimestre: 75

Total de horas por semana: 5 Créditos: 5

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Nombre de la asignatura: Transferencia de Calor

Nombre de la Unidad de Aprendizaje:

Conducción y Convección

Nombre de la práctica o proyecto:

Calentador solar de agua.

Número: 1 Duración (horas) : 10

Resultado de aprendizaje:

Interpretar, plantear y solucionar problemas que involucren la transferencia de calor por conducción y convección en la construcción del calentador solar.

Requerimientos (Material o equipo):

Actividades a desarrollar en la práctica: • 1. Resolver el problema de selección del material para la construcción del calentador

solar. • 2. Diseñar los dibujos correspondientes en SolidWorks o AutoCad • 3. Efectuar los cálculos pertinentes así como las graficas del comportamiento de la

simulación en Mathcad, Matlab, Mathematical o cualquier paquete de cálculo y graficación disponible.

• 4. Expresar los resultados mediante una expresión matemática, en forma de tabla y mediante una grafica.

• Análisis de resultados y Conclusiones. Evidencias a las que contribuye el desarrollo de la práctica:

, ejercicio o actividad de aprendizaje: Identifica los diferentes mecanismos de transferencia de calor que intervienen en el calentador solar.

EP2 Presentar reporte general de toda la actividad.

DESARROLLO DE LA PRÁCTICA O PROYECTO

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Guía de observación Genérica para el desarrollo de los cálculos UNIDAD I: ED1; UNIDADII:ED1,ED 2; UNIDAD IV: ED1; UNIDADV:ED1 Nombres de alumnos y/o Equipo

Nombre o tema de la actividad a desarrollar Fecha

Asignatura Grupo Periodo cuatrimestral Instrucciones

Revisar las características que se solicitan y califique en la columna “valor obtenido” el valor asignado con respecto al “valor del reactivo”. En la columna de observaciones haga las indicaciones que pueden ayudar al alumno a saber cuales son las condiciones no cumplidas.

Valor del

reactivo

Característica a cumplir del reactivo

Valor obtenido

Observaciones

20% Planteamiento del problema (extrae datos esenciales para la resolución del problema)

10% Propone solución 10% Elige la solución acorde al tipo de

problema a resolver

20% Procedimiento y lógica de la solución

10% Obtiene el resultado en tiempo establecido

10% Solución correcta 20% Explica la resolución del problema

con el planteamiento de éste.

100% Calificación

INSTRUMENTOS DE EVALUACIÓN

Nombre del instrumento de evaluación

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GLOSARIO

“Elaborar el glosario con la terminología más relevante o clave de la asignatura”.

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BIBLIOGRAFÍA Básica

AUTOR Frank P. Incropera & David P. de Witt TITULO Fundamentos de transferencia de calor EDITORIAL O REFERENCIA Prentice Hall LUGAR Y FECHA DE LA EDICION México, 1999 ISBN O REGISTRO

 EDICION 4a

AUTOR J. A. Manrique TITULO Transferencia de calor EDITORIAL O REFERENCIA Alfaomega LUGAR Y FECHA DE LA EDICION México, 2002 ISBN O REGISTRO

EDICION 2a Complementaria

AUTOR J. R. Welty

TITULO Transferencia de calor aplicada a la ingeniería

EDITORIAL O REFERENCIA LIMUSA LUGAR Y FECHA DE LA EDICION 1988 ISBN O REGISTRO

EDICION

  AUTOR Yunus A. Cengel TITULO Transferencia de calor EDITORIAL O REFERENCIA Mc Graw-Hill LUGAR Y FECHA DE LA EDICION ISBN O REGISTRO

EDICION 4a

AUTOR Holman, J. P. TITULO Transferencia de calor EDITORIAL O REFERENCIA Cecsa LUGAR Y FECHA DE LA EDICION ISBN O REGISTRO

EDICION 10a