OBJETIVO GENERAL DEL CURSO:

Mejorar en el profesional de ingeniería las competencias que requiere para modelar y resolver las ecuaciones gobernantes que describen el comportamiento de los diferentes mecanismos de transferencia de calor en estado estacionario o transitorio. Se espera que, al finalizar el curso, el participante sea capaz de proponer soluciones a problemas aplicados a transferencia de calor.

CONOCIMIENTOS Y HABILIDADES PREVIOS:

• Cálculo vectorial, diferencial e integral.
• Mecánica del medio continuo.
• conceptos básicos en Termodinámica y fenómenos de transporte.

REQUISITOS CURRICULARES:

• Ninguno.

MÓDULO 1: INTRODUCCIÓN AL DISEÑO Y SIMULACIÓN DE PROCESOS ASISTIDO POR COMPUTADORA

1. Introducción

• Diseño de procesos
• Pasos principales del diseño de una planta química
• Descripción general de los simuladores de procesos más conocidos

2. Descripción general de simulación de procesos con Aspen Hysys

• Limitaciones de los simuladores
• Información mínima requerida antes de simular

3. Bases y entorno de propiedades de simulación en Aspen Plus

• Administrador de bases de la simulación (SBM)
• Opciones disponibles en el Panel de navegación

4. Modelos termodinámicos y criterios de selección

• Modelos generales más utilizados en simulación
• Ecuaciones de estado
• Modelos de coeficientes de Actividad
• Criterio N°1: Uso de la temperatura reducida
• Criterio N°2: Methods Assistant (según tipo de mezcla, sistemas y proceso)
• Criterio N°3: Methods Assistant (según el tipo de compuestos y las condiciones operativas)

5. Cálculo de propiedades de fluidos

• Aspen Properties
• Herramienta ANALYSIS
• User – Defined Component Wizard
• Determinación de Curvas de punto de Ebullición.
• Propiedades criticas de compuestos puros y mezclas
• Construcción de diagramas de equilibrio PT, PV, PH, PS, TV, TH y TS
• Estimación de propiedades físicas, termodinámicas y de transporte de compuestos puros y mezclas

6. Equilibrio líquido - vapor

• Introducción a la destilación
• Diagramas de Equilibrio Isobaro, Isotérmico y de composiciones.
• Ley de Raoult
• Evaporación Instantánea
• Balance de materia y energía en destilación en el equilibrio.
• Ambiente de simulación ASPEN PLUS

7. Ciclos de Potencia - Refrigeración - Calefacción

• Descripción de los procesos y subsistemas
• Microturbina de combustión interna CAPSTONE C30 MTCI
• Sistema de refrigeración por absorción ARS
• Integración del ARS a la MTCI
• Características de los componentes de la MTCI (Tasa de energía de entrada, eficiencia eléctrica, disponibilidad de calor para recuperación)
• Rendimiento energético de sistemas CCHP (Calculo de Tasa de energía primaria, COP, electricidad producida, eficiencia eléctrica, entrada de potencia, eficiencia CHP) 

MÓDULO 2: TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONDUCCIÓN Y FLUJO DE CALOR EN FLUIDOS 

1. Ley Básica de Conducción

• Ley de FOURIER
• Flujo unidimensional en dirección x
• Expresiones generales de la ley de FOURIER (coordenadas rectangulares – cilíndricas – esféricas)

2. Conductividad Térmica

• Definición y conceptos fundamentales

3. Conducción en Estado Estacionario

• Velocidad de Flujo de Calor
• Ejemplos de aplicación

4. Resistencias compuestas

• Sistemas en serie
• Caída total de temperatura
• Flujo de calor estacionario
• Flujo de calor a través de un cilindro
• Ejemplos de aplicación

5. Flujo de calor en fluidos

• Vapores condensados
• Fluidos fríos sin cambio de fase
• Flujos paralelos y contracorriente.
• Balances de energía (ecuaciones de conservación)
• Balances de entalpia en intercambiadores de calor
• Balances de entalpia en condensados totales
• Coeficiente global de la transferencia de calor
• Diferencia de temperatura media logarítmica
• Coeficiente global variable
• Restricciones del uso de la MLDT
• Coeficientes individuales de transferencia de calor h
• Calculo de coeficientes Globales a partir de coeficientes individuales.
• Ecuación en forma de resistencia del coeficiente global
• Factores de ensuciamiento (FOULING)
• Valores de los coeficientes de la transferencia de calor

MÓDULO 3: TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONVECCIÓN EN FLUIDOS SIN CAMBIO DE FASE  

1. Capas límite

• Capas limite térmica
• Numero de PRANDTL

2. Transferencia de calor por convección forzada en flujo laminar

• Definición de convección forzada
• Transferencia de calor con flujo laminar hacia una lámina plana.
• Transferencia de calor en tubos con flujo laminar (número de FOURIER)
• Numero de GRAETZ y PECLET
• Flujo totalmente desarrollado
• Corrección para calentamiento o enfriamiento

3. Transferencia De Calor Por Convección Forzada En Flujo Turbulento

• Método del análisis dimensional
• Ecuaciones empíricas.
• Ecuación de DITTUS – BOELTER
• Ecuación SIEDER-TATE
• Ecuación COLBURN
• Deduccion de Ecuaciones para la Estimación de la temperatura de la pared 
• Ejemplos de Aplicación

4. Transferencia De Calor En La Región Crítica 

• Representaciones Graficas 
• Deducción de Ecuaciones representativas en el intervalo de transición 
• Ejemplos de Aplicación

5. Transferencia De Calor En Metales Liquidos

• Ecuaciones de diseño basadas en las analogías entre calor y momento
• Relaciones de Difusividad Turbulenta de Momento y Viscosidad 
• Flujo turbulento completamente desarrollado de metales líquidos en tubos circulares

6. Calentamiento y Enfriamiento De Fluidos Por Convección Forzada En Tubos Exteriores

• Aplicación del análisis dimensional para el calculo de Coeficientes de Pelicula 
• Número de Nusselt local para flujo de aire normal a un cilindro circular
• Transferencia de calor para el flujo de aire normal en un solo tubo

7. Convección Natural

• Análisis dimensional
• Número de Grashof Gr
• Calculo del Coeficiente de expansión térmica β (Liquidos y Gases)
• Convección natural al aire desde superficies verticales y planos horizontales.
• Ecuaciones para la transferencia de calor por convección natural entre fluidos y sólidos de una forma geométrica definida
• Efectos de la convección natural sobre la transferencia de calor en flujo laminar
• Ejemplos de Aplicación

MÓDULO 4: SISTEMAS FÍSICOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR  

1. Introducción al diseño y simulación de intercambiadores de calor

• Definición
• Tipos de intercambiadores de calor

2. Criterios de selección de intercambiadores de calor

• Elección del tipo de intercambiador para aplicaciones previstas

3. Diseño bajo norma TEMA de intercambiadores de tubo y coraza

• Estándares de diseño
• Componentes principales de los intercambiadores de Tubo – Coraza

4. Principios físicos fundamentales aplicados en el diseño de intercambiadores de calor

• Intercambiadores de doble tubo
• Intercambiadores de calor de Tubo – Coraza
• Modelos de temperatura en intercambiadores de paso múltiple.
• La diferencia verdadera de temperatura en un intercambiador de paso múltiple y corrección de la
• Coeficientes de transferencia de calor en intercambiadores de Tubo – Coraza
• Ecuación de DONOHUE
• Flujo paralelo a través de los tubos
• Flujo cruzado
• Cálculos de caídas de presión en intercambiadores de Tubo – Coraza
• Procedimiento de cálculo de intercambiadores Tubo – Coraza guiado por pasos

5. Ejemplos De Aplicacion (Diseño Detallado y Optimización)

• Modelos de Intercambiadores de Calor en ASPEN PLUS (Heater, HeatX, MHeatX y HXFlux).
• Modelos de Intercambiadores de Calor en ASPEN HYSYS (AIR COOLER, COOLER/HEATER, FIRED HEATER, HEAT EXCHANGER, LNG y PLATE EXCHANGER).
• Modelos de Intercambiadores de Calor en ASPEN EXCHANGER DESIGN AND RATING (SHELL & TUBE, SHELL & TUBE MECHANICAL, AIRCOOLED, FIREDHEATER, ASPEN PLATE, PLATEFIN y COILWOUND)
• Modelos de Intercambiadores de Calor 

6. Análisis de sensibilidad paramétrica por simulación de sistemas físicos de transferencia de calor

• Conceptos básicos
• Metodología para realizar un análisis paramétrico por simulación.
• Análisis de sensibilidad por simulación del proceso de deshidratación de una planta de acondicionamiento de Gas Natural

MÓDULO 5: TRANSFERENCIA DE CALOR POR RADIACIÓN

1. Emisión De Radiación

• Hecho fundamental de la radiación (reflectividad, absortividad, transmisividad)
• Potencia de Emisión
• Distribución de energía en los espectros de cuerpos negros y cuerpos grises
• Radiación Del Cuerpo Negro; Emisividad
• Leyes De La Radiación Del Cuerpo Negro
• Ley de Stefan-Boltzmann
• Ley de Planck
• Ley del desplazamiento de Wien 

2. Absorción De Radiación Por Sólidos Opacos

• Ley De KIRCHHOFF
• Grafico De Distribución de Absortividades de varios sólidos 

3. Radiación Entre Superficies

• La radiación total por una unidad de área de un cuerpo opaco 
• Ángulo de visión del flujo de calor radiante
• Efecto Del Cuadrado De La Distancia
• Radiación difusa hacia una superficie hemiesférica
• Cálculo Cuantitativo De La Radiación Entre Superficies Negras
• Factor De Visión Y Factor De Intercambio Para Radiación Entre Discos Paralelos Opuestos, Rectángulos Y Cuadrados