Programa TF-2241

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UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR 
DIVISIÓN CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICAS 
DEPARTAMENTO TERMODINÁMICA Y FENÓMENOS DE TRANSFERENCIA 
ASIGNATURA TF 2241 
FENÓMENOS DE TRANSPORTE II (Ingeniería de Materiales) 
HORAS / SEMANA T 4 P 2 L 0 UC 4 
PROGRAMA 
 
 1.- INTRODUCCIÓN 
 1.1 Transferencia de calor: Definición e importancia en la ingeniería. Relación con la 
termodinámica. Mecanismos de transferencia de calor: Conducción y ley de Fourier. 
Convección y ley de enfriamiento de Newton y radiación y ley de Stefan-Boltzmann. 
Definición de convección libre y convección forzada. 
 
 1.2 Ecuación de conservación de la energía: Principio de conservación de la energía. 
Ecuación de la energía. Simplificaciones (fluidos compresibles e incompresibles, 
propiedades constantes, etc.). Condiciones de borde. 
 
 2.- CONDUCCIÓN 
 
 2.1 Fundamentos de la transferencia de calor por conducción: Ley de Fourier. 
Propiedades térmicas de la materia: conductividad térmica, su estimación y variables de las 
que depende. 
 
 2.2 Conducción estacionaria unidimensional: Conducción en geometría plana, en 
geometría cilíndrica y en geometría esférica, sin generación de calor. Resistencia térmica. 
Analogía eléctrica. Paredes compuestas. Resistencia térmica de contacto. Radio crítico de 
aislamiento. Coeficiente global de transferencia de calor U. Conductividad térmica 
variable. Superficies extendidas: aletas de sección constante y de sección variable. 
Eficiencia de aletas. Resistencia térmica con aletas. Conducción estacionaria 
unidimensional con generación de calor. 
 
 
 2.3 Conducción estacionaria multidimensional: Soluciones analíticas (separación de 
variables), soluciones gráficas (factor de forma). 
 
 2.4 Conducción en estado no estacionario: definición de los números adimensionales de 
Biot y Fourier. Conducción en sólidos de resistencia interna despreciable (formulación 
concentrada). Conducción unidimensional en sólidos de resistencia interna apreciable, 
determinación de los perfiles de temperatura y cálculo del calor transferido: soluciones 
analíticas (separación de variables), soluciones gráficas (gráficas de Heissler y cartas de 
Gurney-Lurie). Conducción multidimensional: superposición de soluciones (reglas de 
Newman y de Langston). Conducción en un sólido semi-infinito: solución para 
temperatura superficial constante (teoría de la penetración), soluciones para condición 
convectiva y flujo de calor conocido en la superficie. 
 
 2.5 Soluciones numéricas: método de diferencias finitas. 
 
 3.- CONVECCIÓN 
 3.1 Fundamentos de transferencia de calor por convección: El problema de la 
transferencia de calor por convección. Definición del coeficiente convectivo h. Métodos 
para evaluar h: soluciones análiticas del perfil de temperatura en el fluido; análisis 
dimensional y correlaciones, y analogías entre transferencia de calor y cantidad de 
movimiento. 
 3.2 Convección forzada sobre superficies de exteriores: Solución analítica para el 
perfil de temperatura sobre una placa plana: análisis de la capa límite térmica y 
fluidodinámica, solución de Blasius, capa límite laminar, mixta y turbulenta. Definición e 
interpretación física de los números adimensionales características de convección forzada: 
números de Nusselt, Prandlt, Reynolds, Stanton, etc. Análisis dimensional. Correlaciones 
para estimar h en diferentes geometrías: placas planas, cilindros (de sección circular y no 
circular) con flujo paralelo o perpendicular al eje, esferas. Bancos de tubos. 
 3.3 Convección forzada interna: Solución analítica para el perfil de temperatura dentro 
de tuberías con flujo laminar (solución de Graetz). Longitud de entrada térmica 
y 
 fluidodinámica. Temperatura de bulto. Análisis dimensional. Correlaciones para estimar 
h en diferentes regímenes de flujo. Tuberías de sección no circular: definición de radio 
hidráulico. 
 
 3.4 Convección libre: Consideraciones físicas. Capa límite laminar sobre una placa 
plana vertical. Aproximación de Boussinesq. Definición e interpretación física de los 
números adimensionales característicos de convección libre: números de Grashof y 
Rayleigh. Análisis dimensional y correlaciones para diferentes situaciones físicas: sobre 
superficies planas, cilíndricas o esféricas y dentro de cavidades. Convección mixta: 
convección libre y forzada combinadas. 
 
 3.5 Analogías entre transferencia de calor y cantidad de movimiento: Convección 
forzada sobre superficies y dentro de ductos. 
 
 3.6 Cambio de fase: Ebullición y condensación. Ebullición estancada: modos de 
ebullición, curvas de ebullición, correlaciones para estimar el coeficiente convectivo, flujo 
de calor crítico, flujo mínimo de calor. Ebullición forzada: regímenes de ebullición. 
Correlaciones para estimar h. Condensación: mecanismo físico de la condensación 
pelicular y en gotas, correlaciones para estimar h. 
 
 4.- DISEÑO Y EVALUACIÓN DE EQUIPOS PARA LA TRANSFERENCIA DE 
CALOR 
 
 4.1 Intercambiadores de calor: Definición. Clasificación. Tipos de flujo: paralelo, 
contracorriente y cruzado. Balances de calor. Coeficiente global de transferencia de calor 
aplicado a intercambiadores. Resistencia de ensuciamiento. Diferencia de temperatura 
media logarítmica (LMTD). Factor corrector del LMTD. Eficiencia de un intercambiador 
(). Metodología para el diseño y para la evaluación de intercambiadores de calor: método 
F y método NTU (Eficiencia-Número de Unidades de Transferencia) 
 
 5.- RADIACIÓN 
 
 5.1 Fundamentos de la transferencia de calor por radiación: Distribución de Planck. 
Definición de cuerpo negro. Poder emisivo total de un cuerpo negro. Ley de 
desplazamiento de Wien. Ley de Stefan-Boltzmann. Bandas de emisión. 
 
 
 
 
 5.2 Propiedades radiativas superficiales: Definición (absortividad),  (reflectividad),  
(transmisividad) y  (emisividad). Distribución superficial de la radiación incidente. 
Efecto de la longitud de onda (condición espectral) y de la orientación (condición 
direccional) sobre las propiedades radiativas. Ley de Kirchhoff. Definición de cuerpos 
grises. Radiosidad. 
 
 5.3 Intercambio radiativo entre superficies: Intensidad de radiación. Relación con el 
poder emisivo total de una superficie. Factor de vista. Algebra de factores de vista. 
Superficie rerradiante. Intercambio de calor entre superficies negras, grises y rerradiantes. 
Analogía eléctrica. 
 
 6.- TRANSFERENCIA DE CALOR POR MECANISMOS COMBINADOS 
 
 6.1 Aplicaciones. 
 
BIBLIOGRAFÍA 
 
1.- Incropera, F.P. y D.P. De Witt. Fundamentals of Heat Transfer. John Wiley and Sons.Cuarta edición 
USA (1996). 
 2.- Karlekar, B.V. y R.M. Desmond. Transferencia de Calor. Interamericana, México (1985). 
 3.- Bird, R.B., W.E. Stewart y E. N. Lighfoot. Fenómenos de Transporte. Reverté. España (1975). 
 4.- Welty, J.R., C. E. Wicks y R.E. Wilson. Transferencia de Momento, Calor y Masa. Limusa. 
México (1991). 
 5.- Whitaker. Elementary Heat Transfer Analysis. Pergamon Press, USA (1976). 
 6.- Kern, D.Q. Procesos de Transferencia de Calor. CECSA. México (1978).