ITC-AC-PO-004-01 Revisión 1

TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE CELAYASUBDIRECCIÓN ACADÉMICA

INSTRUMENTACIÓN DIDÁCTICA PARA LA FORMACIÓN Y DESARROLLO DE COMPETENCIAS

Nombre de la asignatura: TRANSFERENCIA DE CALORCarrera: INGENIERÍA MECÁNICA

Clave de la asignatura: FJ22 AHoras teoría - Horas práctica - Créditos: 3 - 2 - 5

1. Caracterización de la asignatura

• Esta asignatura aporta al perfil del Ingeniero Mecánico la capacidad para utilizar herramientas matemáticas, computacionales y métodosexperimentales y aplicarlos a la resolución de problemas de transferencia de calor. Asimismo le provee las herramientas necesarias para formular ydesarrollar sistemas integrales para el aprovechamiento racional de fuentes diversas de energía. Los conocimientos y habilidades adquiridas haránque el alumno sea capaz de formular, gestionar, evaluar y administrar proyectos de diseño de equipo para transferencia de calor, así como paraparticipar en servicios de asesoría, peritaje, certificación o capacitación, relacionados con los procesos de transferencia de calor.

• Esta asignatura consiste en proporcionar al alumno los conocimientos fundamentales acerca de los mecanismos básicos de transferencia de calorasí como las herramientas matemáticas y de computación necesarias para el análisis y simulación de procesos industriales, proporcionando las basespara el diseño, instalación y mantenimiento de sistemas térmicos.

2. Objetivo(s) general(es) del curso. (Competencias específicas a desarrollar)

Aplicar las leyes de los diversos mecanismos de transferencia de calor para el análisis y simulación de procesos, proporcionando las bases para eldiseño, instalación y mantenimiento de sistemas térmicos.

3. Análisis por competencia

Competencia: 1 Descripción de la competencia: Aplicar las leyes que gobiernan los mecanismos de transferencia de calor en la solución deproblemas de ingeniería.

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Temas paradesarrollar laCompetencia

específicaActividades de aprendizaje Actividades de

enseñanzaDesarrollo de competencias

genéricasHoras

teórico-prácticas

1.1 Conducción.1.2 Convección.1.3 Radiación.1.4 Mecanismoscombinados detransferencia decalor.

• Resolver problemas que involucren los tresprincipales mecanismos de transferencia decalor.• Resolver problemas que involucrenmecanismos combinados de transferencia decalor.• Investigar acerca de los principios yconceptos relacionados con los mecanismosbásicos para la transferencia de calor(conducción, convección y radiación):conductividad térmica, resistencia térmica,conductancia térmica, resistencia decontacto, ley de Fourier, ley del enfriamientode Newton, capa límite térmica, perfil detemperaturas, potencia emisiva, irradiación,emisividad, absortividad, cuerpo gris ycuerpo negro, ley de Stefan-Boltzmann.• Investigar acerca de la influencia de latemperatura en la conductividad térmica delos materiales

• Exposición de temasen clase.• Proporcionarejemplos reales defenómenos prácticos deconducción, conveccióny radiación.• Desarrollar prácticascaseras paradeterminar y entenderla conductividadtérmica, el coeficientede convección y elfenómeno de radiacióntérmica.

• Capacidad de análisis ysíntesis• Comunicación oral y escritaen su propia lengua• Habilidades de gestión deinformación(habilidad parabuscar y analizar informaciónproveniente de fuentesdiversas• Trabajo en equipo• Habilidades interpersonales• Habilidades de investigación

8 - 4

IndicadoresNo. Indicador Descripción Porcentaje1 Identifica adecuadamente en fenómenos reales los mecanismos de transferencia de calor. 152 Conoce y entiende las leyes que rigen los mecanismos de transferencia de calor: Fourier, Newton y Stefan-Boltzmann. 15

3 Conoce y entiende los coeficientes de transferencia de calor por conducción y el de convección; así como la constantede Stefan-Boltzmann. 10

4 Aplica en la solución de problemas prácticos las leyes de los mecanismos de transferencia de calor. 60

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Niveles de desempeño

INDICADORESDESEMPEÑO NIVEL DE DESEMPEÑO 1 2 3 4 VALORACIÓN NUMÉRICA

Competencia AlcanzadaExcelente X X X X de 91 a 100Bueno X X X de 81 a 90Suficiente X X de 70 a 80

Competencia no alcanzada Insuficiente X de 0 a 0

Matriz de evaluación

Evidencia de aprendizaje Indicadores Evaluación1 [15%] 2 [15%] 3 [10%] 4 [60%]

Asesoría y participación Individual/equipo 10 0 10 10 30Actividad individual 1 (Problemario y tareas) 0 10 0 10 20Examen 0 0 0 40 40Actividad individual 2 (Ensayo) 5 5 0 0 10

Competencia: 2 Descripción de la competencia: Modelar el problema general de la conducción de calor: coordenadas cartesianas, cilíndricasy esféricas.

Temas para desarrollar laCompetencia específica Actividades de aprendizaje Actividades de enseñanza

Desarrollo decompetencias

genéricasHoras

teórico-prácticas

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2.1 Ecuación general de laconducción de calor: Coordenadascartesianas, cilíndricas y esféricas.2.2 Condiciones de frontera ycondición inicial.2.3 Conducción unidimensional decalor en estado estable encoordenadas cartesianas.2.4 Conducción unidimensional decalor en estado estable encoordenadas cilíndricas.2.5 Conducción unidimensional decalor en estado estable encoordenadas esféricas.2.6 Conducción bidimensional decalor en estado estable,conductividad térmica constante ysin generación de energía encoordenadas rectangulares.

• Desarrollar la expresión analíticade la Ecuación General de laConducción de calor, encoordenadas rectangulares.• Elaborar un trabajo por escrito endonde desarrolle la transformaciónde la Ecuación General de laConducción de Calor, decoordenadas rectangulares acoordenadas cilíndricas ycoordenadas esféricas.• Explicar los diferentes tipos decondiciones de frontera existentespara el planteamiento de unproblema de conducción de calor.

• Exposición de temas enclase.• Resolver casos prácticosde la aplicación de laecuación general de laconducción de calorunidimensional en estadoestable

• Capacidad de análisisy síntesis• Comunicación oral yescrita en su propialengua• Solución deproblemas• Trabajo en equipo• Habilidadesinterpersonales• Habilidades deinvestigación

11 - 4

IndicadoresNo.

Indicador Descripción Porcentaje

1 Conoce y entiende cuando usar la ecuación general de la energía en las coordenadas de referencia más apropiadas. 152 Conoce y define apropiadamente las diferentes condiciones de frontera en fenómenos de conducción de calor. 15

3 Entiende y aplica en la solución de problemas prácticos la ecuación general de la conducción de calor unidimensionalen estado estable: Coordenadas rectangulares, cilíndricas y esféricas. 40

4 Entiende y aplica en la solución de problemas la ecuación de conducción bidimensional de calor (coordenadasrectangulares): estado estable, conductividad térmica constante y sin generación de energía. 30

Niveles de desempeño

INDICADORES

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DESEMPEÑO NIVEL DE DESEMPEÑO 1 2 3 4 VALORACIÓN NUMÉRICA

Competencia AlcanzadaExcelente X X X X de 91 a 100Bueno X X X de 81 a 90Suficiente X X de 70 a 80

Competencia no alcanzada Insuficiente X X de 0 a 0

Matriz de evaluación

Evidencia de aprendizaje Indicadores Evaluación1 [15%] 2 [15%] 3 [40%] 4 [30%]

Examen 0 0 20 20 40Actividad individual 1 (Problemario y tareas) 0 0 10 10 20Actividad individual 2 (Ensayo) 5 5 0 0 10Asesoría y participación en clase individual o equipo 10 10 10 0 30

Competencia: 3 Descripción de la competencia: Modelar analíticamente la conducción de calor unidimensional en estado estable, singeneración de energía y conductividad térmica constante.

Temas paradesarrollar laCompetencia

específicaActividades de aprendizaje Actividades de enseñanza

Desarrollo decompetencias

genéricasHoras

teórico-prácticas

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3.1 Paredes planas.3.2 Tuberías.3.3 Esferas.3.4 Analogía eléctrica.3.5 Radio crítico de aislante.

• Taller para resolver problemas deconducción de calor unidimensionalestacionaria, sin generación deenergía y conductividad térmicaconstante en placas planas, cilindrosy esferas.• Usando la analogía eléctrica,resolver problemas de conducción decalor en placas planas, cilindros yesferas.

• Exposición de temas en clase.• Resolver casos prácticos deconducción de calorunidimensional en estado estable,conductividad térmica constantey sin generación de energía.

• Capacidad de análisis ysíntesis• Comunicación oral yescrita en su propialengua• Solución de problemas• Trabajo en equipo• Habilidadesinterpersonales• Habilidades deinvestigación

8 - 4

IndicadoresNo.

Indicador Descripción Porcentaje

1 Conoce y entiende cuando usar la ecuación general de la energía en las coordenadas más apropiadas para ciertasgeometrías: estado estable, conductividad térmica constante y sin generación de energía. 10

2 Entiende y aplica la ecuación de conducción de calor en estado estable, conductividad térmica constante y singeneración de energía en fenómenos reales de placas planas, tuberías y esferas. 30

3 Entiende y aplica la analogía eléctrica en la transferencia de calor en estado estable, conductividad térmica constantey sin generación de energía en placas planas, cilindros y esferas. 60

Niveles de desempeño

INDICADORESDESEMPEÑO NIVEL DE DESEMPEÑO 1 2 3 VALORACIÓN NUMÉRICA

Competencia AlcanzadaExcelente X X X de 91 a 100Bueno X X de 76 a 90Suficiente X de 70 a 75

Competencia no alcanzada Insuficiente X de 0 a 0

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Matriz de evaluación

Evidencia de aprendizaje Indicadores Evaluación1 [10%] 2 [30%] 3 [60%]

Actividad individual 2 (Ensayo) 5 0 5 10Asesoría y participación Individual/equipo 5 5 5 15Actividad individual 1 (Problemario y tareas) 0 0 25 25Examen 0 25 25 50

Competencia: 4 Descripción de la competencia: Modela analíticamente fenómenos de aplicación de superficies extendidas

Temas para desarrollarla Competencia

específicaActividades de aprendizaje Actividades de enseñanza Desarrollo de

competencias genéricasHoras

teórico-prácticas

4.1 Modelo matemático.4.2 Condiciones de frontera.4.3 Aletas de sección transversal constante.4.4 Aletas de sección transversal variable.4.5 Eficiencia de aleta.

• Describir el desarrolloanalítico para la obtención dela Ecuación de la conducciónde calor en superficiesextendidas.• Elaborar un resumen de loscuatro casos más comunesque se presentan en aletas.• Utilizar software deaplicación para la solución deproblemas de aletas.

• Exposición de temas en clase.• Resolver casos prácticos deconducción de calor unidimensionalen estado estable, conductividadtérmica constante y sin generaciónde energía.

• Capacidad de análisis ysíntesis• Comunicación oral yescrita en su propialengua• Solución de problemas• Trabajo en equipo• Habilidadesinterpersonales• Habilidades deinvestigación

7 - 2

IndicadoresNo. Indicador Descripción Porcentaje1 Conoce el uso e importancia en fenómenos prácticos el uso de superficies extendidas. 20

2 Conoce y entiende de acuerdo a la geometría de la aleta cuando usar el modelo matemático en coordenadasrectangulares o en coordenadas radiales (aletas de sección transversal constante o variable). 15

3 Conoce y define apropiadamente las diferentes condiciones de frontera para una aleta. 15

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4 Entiende y aplica la ecuación de flujo de calor y perfil de temperatura para aletas de sección transversal constante yaletas de sección transversal variable. 50

Niveles de desempeño

INDICADORESDESEMPEÑO NIVEL DE DESEMPEÑO 1 2 3 4 VALORACIÓN NUMÉRICA

Competencia AlcanzadaExcelente X X X X de 91 a 100Bueno X X X de 81 a 90Suficiente X X de 70 a 80

Competencia no alcanzada Insuficiente X X de 0 a 0

Matriz de evaluación

Evidencia de aprendizaje Indicadores Evaluación1 [20%] 2 [15%] 3 [15%] 4 [50%]

Actividad individual 2 (Ensayo) 10 0 10 0 20Actividad individual 1 (Problemario y tareas) 0 5 5 5 15Examen 0 0 0 35 35Asesoría y participación Individual/equipo 10 10 0 10 30

Competencia: 5 Descripción de la competencia: Modelar analíticamente el problema general de la conducción de calor en estado transitorio:coordenadas cartesianas, cilíndricas y esféricas.

Temas para desarrollar laCompetencia específica Actividades de aprendizaje Actividades de

enseñanzaDesarrollo decompetencias

genéricasHoras

teórico-prácticas

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5.1 Número de Biot.5.2 Análisis de sistemas con resistenciainterna despreciable.5.3 Conducción de calor unidimensionalsin generación de energía yconductividad térmica constante: Placasplanas, cilindros sólidos y esferas sólidas.5.4 Conducción de calor bidimensional ytridimensional sin generación de energíay conductividad térmica constante.

• Elaborar un trabajo por escrito paradescribir el método de la resistenciainterna despreciable (parámetrosconcentrados).• Resolver problemas específicos deconducción transitoria utilizando elmétodo de la resistencia internadespreciable.• Investigar acerca de los casos de:losa infinita y sólido semi-infinito, quese presentan en la conducción de calortransitoria. Presentar un casoespecífico desarrollado analíticamente.• Resolver problemas de conducciónde calor transitoria.• Utilizar software de aplicación parala solución de problemas deconducción de calor transitoria.

• Exposición detemas en clase.• Resolver casosprácticos deaplicación.

• Capacidad de análisis ysíntesis• Comunicación oral yescrita en su propialengua• Solución de problemas• Trabajo en equipo• Habilidadesinterpersonales• Habilidades deinvestigación

8 - 4

IndicadoresNo.

Indicador Descripción Porcentaje

1 Entiende y aplica el número de Biot para determinar si el fenómeno es función solo el tiempo o bien función de laposición y del tiempo. 15

2 Entiende y aplica la ecuación del balance de energía en fenómenos con resistencia interna despreciable. 35

3 Entiende y aplica el perfil de temperatura y del flujo de calor unidimensional transitorio sin generación de energía yconductividad constante: Placas planas, cilindros sólidos y esferas sólidas. 35

4 Entiende y aplica la ecuación del perfil de temperatura y del flujo de calor bidimensional y tridimensional transitoriosin generación de energía y conductividad constante: Barras y cilindros largos 15

Niveles de desempeño

INDICADORES

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DESEMPEÑO NIVEL DE DESEMPEÑO 1 2 3 4 VALORACIÓN NUMÉRICA

Competencia AlcanzadaExcelente X X X X de 91 a 100Bueno X X X de 85 a 90Suficiente X X de 70 a 85

Competencia no alcanzada Insuficiente X X de 0 a 0

Matriz de evaluación

Evidencia de aprendizaje Indicadores Evaluación1 [15%] 2 [35%] 3 [35%] 4 [15%]

Actividad individual 2 (Ensayo) 5 5 5 5 20Actividad individual 1 (Problemario y tareas) 5 5 5 5 20Examen 0 20 20 0 40Asesoría y participación en clase individual o equipo 5 5 5 5 20

Competencia: 6 Descripción de la competencia: Modelar en diferencias finitas el problema general de la conducción de calor.

Temas para desarrollar laCompetencia específica Actividades de aprendizaje Actividades de enseñanza

Desarrollo decompetencias

genéricasHoras

teórico-prácticas

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6.1 Ley de Fourier en diferenciasfinitas.6.2 Nodos interiores y nodosexteriores.6.3 Ecuación de la conducción de calorbidimensional en diferencias finitas:Coordenadas rectangulares (nodosinteriores).6.4 Ecuación de la conducción de calorbidimensional en diferencias finitas:Coordenadas rectangulares (nodosexteriores).6.5 Ecuación de la conducción de caloren estado estable en diferencias finitasy coordenadas rectangulares: Nodosinteriores y exteriores.6.6 Ecuación de la conducciónde calor en estado transitorio endiferencias fínitas: Nodosinteriores y exteriores

• Resolver problemas de laconducción de calorbidimensional estacionariautilizando el método de lasdiferencias finitas.• Utilizar software deaplicación para la solución deproblemas de conducción decalor bidimensionalestacionaria.• Resolver problemas deconducción de calortransitoria utilizando elmétodo de las diferenciasfinitas.

• Exposición de temas en clase.• Resolver casos prácticos deconducción de calorbidimensional y unidimensionalen estado estable y en estadotransitorio.

• Capacidad de análisis ysíntesis• Comunicación oral yescrita en su propialengua• Solución de problemas• Trabajo en equipo• Habilidadesinterpersonales• Habilidades deinvestigación

6 - 4

IndicadoresNo.

Indicador Descripción Porcentaje

1 Entiende y aplica la ecuación de Fourier para determinar la ecuación de conducción de calor en diferencias finitaspara nodos interiores y exteriores. 15

2 Entiende y aplica las condiciones de frontera para determinar la ecuación de calor en diferencias finitas para nodosexteriores. 15

3 Aplica la ecuación de conducción de calor en diferencias finitas: coordenadas rectangulares, unidimensional obidimensional en estado estable y determina distribución de temperaturas y flujo de calor. 35

4 Aplica la ecuación de conducción de calor en diferencias finitas en coordenadas rectangulares, unidimensional obidimensional en estado transitorio, para determinar la distribución de temperaturas. 35

Niveles de desempeño

INDICADORES

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DESEMPEÑO NIVEL DE DESEMPEÑO 1 2 3 4 VALORACIÓN NUMÉRICA

Competencia AlcanzadaExcelente X X X X de 91 a 100Bueno X X X de 81 a 90Suficiente X X de 70 a 80

Competencia no alcanzada Insuficiente X X de 0 a 0

Matriz de evaluación

Evidencia de aprendizaje Indicadores Evaluación1 [15%] 2 [15%] 3 [35%] 4 [35%]

Actividad individual 2 (Ensayo) 5 5 5 5 20Asesoría y participación Individual/equipo 10 10 10 10 40Actividad individual (problemario y tareas) 0 0 20 20 40

Competencia: 7 Descripción de la competencia: Analizar y diseñar térmicamente intercambiadores de calor de superficie.

Temas para desarrollarla Competencia

específicaActividades de aprendizaje Actividades de enseñanza

Desarrollo decompetencias

genéricasHoras

teórico-prácticas

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7.1 Intercambiadores de calor,tipos y características.7.2 Coeficientes de convección.7.3 Coeficiente global detransferencia de calor.7.4 Diferencia medialogarítmica de temperaturas.7.5 Análisis y diseño deintercambiadores de calor detubos y coraza eintercambiadores compactos.

• Elaborar un cuadro sinópticoacerca de los tipos y característicasconstructivas de los intercambiadoresde calor más comunes utilizados en laindustria de procesostermohidráulicos.• Conocer y explicar correlacionesempíricas utilizadas en el análisis dela convección (natural y forzada) paraaplicarlas en el análisis deintercambiadores de calor.• Investigar acerca del coeficienteglobal de transferencia de calor, susignificado y la forma de obtenerlo.Tomar en cuenta y aplicar losfactores de suciedad para sudeterminación.• Analizar y explicar los métodos máscomúnmente utilizados en el análisistérmico de los intercambiadores decalor• Eficiencia de un intercambiador decalor.• Resolver problemas de diseñotérmico de intercambiadores de calorpara aplicaciones específicas.

• Exposición de temas enclase• Proporcionar ejemplosreales de aplicación deintercambiadores de calorutilizados en la industria.

• Capacidad de análisisy síntesis• Comunicación oral yescrita en su propialengua• Solución deproblemas• Trabajo en equipo• Habilidadesinterpersonales• Habilidades deinvestigación

6 - 4

IndicadoresNo. Indicador Descripción Porcentaje1 Conoce los tipos y características de los intercambiadores de calor. 102 Conoce y evalúa los coeficientes de convección en intercambiadores de calor. 20

3 Entiende y evalúa el coeficiente global de transferencia de calor y la diferencia media logarítmica de temperaturas enintercambiadores de calor. 35

4 Analiza y diseña térmicamente intercambiadores de calor. 35

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Niveles de desempeño

INDICADORESDESEMPEÑO NIVEL DE DESEMPEÑO 1 2 3 4 VALORACIÓN NUMÉRICA

Competencia AlcanzadaExcelente X X X X de 91 a 100Bueno X X X de 85 a 90Suficiente X X de 70 a 85

Competencia no alcanzada Insuficiente X X de 0 a 0

Matriz de evaluación

Evidencia de aprendizaje Indicadores Evaluación1 [10%] 2 [20%] 3 [35%] 4 [35%]

Actividad individual 2 (Ensayo) 10 10 0 0 20Examen 0 0 15 15 30Asesoría y participación Individual/equipo 0 10 10 10 30Actividad individual 1 (Problemario y tareas) 0 0 10 10 20

Fuentes de información: Apoyos didácticos:1. Yunus A. Cengel, Afshin J. Ghajar. Transferencia de calor y masa. Cuarta edición. MC. Graw Hill.2. Kreith Frank, Bohn Mark S., Manglik Raj M.. Principios de transferencia de calor. Séptima edición. CengageLearning.3. Incropera Frank P., De Witt David P., Fundamentos de transferencia de calor. Cuarta edición. Pearson/Prentice Hall.4. J. A. Manrique. Transferencia de Calor (2ª. Edición). Alfaomega/Oxford, México 2002.5. Holman, J. P. Transferencia de Calor. CECSA. México, 1989.6. Notas dadas por el profesor7. Cualquier otro libro de Transferencia de Calor.

Prácticas de laboratorioCañónComputadoraInternetBibliografía especializada

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Calendarización de evaluación (semanas):

Semanas 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16T.P ED EF EF ES EF EF EF ES EF EF ES EF EF ES EF EF ES EF EF ES EF EF ES ESCT.R

ED= Evaluación diagnóstica. EF = Evaluación formativa. ES = Evaluación sumativa.ESC = Evaluación sumativa de complementación. TP = Tiempo planeado. TR =Tiempo real.

ROJAS GARDUÑO HÉCTORNombre y Firma del Docente

RUÍZ MONDRAGÓN GILBERTOVo. Bo. Jefe del Departamento