Transferencia de Calor en La Industria Petrolera

MINISTERIO DE EDUCACIÓN DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN TÉCNICA Y PROFESIONAL

CODIGO:

Familia Familia de especialidades: especialidades: Petróleo Petróleo ESPECIALIDADES TECNOLOGIA DE LOS PROCESOS DE LA INDUSTRIA PETROLERA MECÀNICA DE LA INDUSTRIA PETROLERA

PROGRAMA TRANSFERENCIA DE CALOR

NIVE NIVEL: L: TÉCNI TÉCNICO CO MEDI MEDIO O ESCOLA ESCOLARID RIDAD AD INICIA INICIAL: L: 9º y 12º GRADO GRADO  AUTORES:  ABRIL de 2009 ” Año del del 50 Aniversario Aniversario del del Triunfo Triunfo de la la Revolución Revolución “ Grupo de Diseño Curricular. Página

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Caracterización de la asignatura. El programa “Transferencia de Calor”, que forma parte de las asignaturas del técnico medio petrolero, está estructurado de modo tal que el contenido se distribuye en tres unidades : Generalidades sobre transferencia de calor, Mecanismos de transferencia de calor y Equipos de intercambio térmico. El contenido, en cuanto a su enfoque metodológico, debe caracterizarse por aplicar los conceptos fundamentales de la termodinámica a los procesos de transferencia de calor, describir los mecanismos de transferencia de calor y describir los principales equipos de intercambio de calor. El método de enseñanza que debe prevalecer es el de elaboración conjunta a partir de la observación de videos, visitas, presentaciones de PowerPoint, equipos e instrumentos, de modo que, en cada clase se propicie el debate mediante la utilización de técnicas participativas. El nivel de asimilación y el desempeño cognitivo de los estudiantes debe ser la reproducción con variantes en la solución de problemas cualitativos y cuantitativos donde no se excluyan aplicaciones prácticas sencillas y elementos de creación que servirán como base para desarrollar  la tarea integradora y la tesis al final del año o del curso. La evaluación consistirá en la aplicación de controles sistemáticos que incluirán las actividades prácticas previstas, así como, la realización de un control final tal como corresponde al grupo II de la RM vigente Se recomienda evaluar, como mínimo, los siguientes objetivos: 

 Aplicar los conceptos fundamentales de la termodinámica a los procesos de transferencia de calor.



Describir los mecanismos de transferencia de calor.



Describir los principales equipos de intercambio de calor.

La asistencia a clases deberá ser igual o mayor que el 80%. Objetivos Generales;

Formar un técnico que posea: 1- Una concepción científica del mundo según los principios marxistas y martianos sobre la base de: 

La cognoscibilidad del mundo a través de la descripción de las formas de termotransferencia, los generadores de vapor y los sistemas de enfriamiento.



La relación causa-efecto para explicar: las transformaciones de energía en los procesos que ocurren en la industria.

2- Una formación profesional básica y específica que le permita: 







Usar los conocimientos sobre los tipos de transferencia de calor, las magnitudes, leyes y parámetros termodinámicos.  Aplicar los conocimientos adquiridos en la producción y tratamiento de crudo en las plantas y baterías. Una cultura general integral que le permita:  Aplicar las medidas de ahorro de sustancias, materiales y energía teniendo en cuenta la legislación vigente. Grupo de Diseño Curricular. Página

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

Cuidar, mantener y conservar los equipos, instrumentos y herramientas a su disposición, aplicando las normas de seguridad e higiene del trabajo Proteger el medio ambiente en general y en particular del entorno donde labora. Demostrar su capacidad para enfrentar las transformaciones que se producen en su puesto de trabajo y en CUPET, la organización petrolera cubana, con interés profesional, laboriosidad, responsabilidad, independencia, creatividad, disciplina laboral y tecnológica, comprometido con los problemas de la sociedad y acorde a los principios de la Revolución.

Plan Temático: Tecnología de los Procesos de la Industria del petróleo y Mecánica de la Industria Petrolera

Escolaridades de Ingreso 9º y 12º Grado Ingresos al curso escolar 2008 – 2009 y 2009 - 2010 Frecuencia Semanal 2 Horas Semanas Lectivas 40 Total de horas de la asignatura: 80 Horas Unidad

Temática

Tiempo en horas clase Total

Teoría

Práctica

1

Generalidades sobre transferencia de calor  25

25

2

Mecanismos de transferencia de calor 

25

20

5

3

Intercambiadores de calor  

26

16

10

4

4

80

65

Controles Parciales Resultados Total

y

Análisis

de

los

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Plan Analítico Unidad 1 Generalidades sobre transferencia de calor  Objetivos: Al concluir la unidad los estudiantes deben ser capaces de:

1.1 Identificar las principales magnitudes usadas en la termodinámica vinculadas a la transferencia de calor. 1.2 Aplicar la primera ley de la termodinámica a la transferencia de calor. 1.3 Utilizar las tablas y diagramas para propiedades termodinámicas de las sustancias. Contenidos:

1.1 Magnitudes Termodinámicas. Temperatura. 1.2 Primera ley de la termodinámica. 1.3 Balance de calor. 1.4 Tablas y diagramas para propiedades termodinámicas de las sustancias. 1.5 Calor específico. Entalpía. 1.6 Calor sensible y calor latente. 1.7 Condensación. 1.8 Ebullición. 1.9 Efectos de la presión. Medios de enseñanza que se sugieren utilizar: 

Presentación de PowerPoint



Pizarrón y auxiliares



Demostraciones experimentales

Orientaciones Metodológicas:

Resaltar la importancia del conocimiento de las principales magnitudes dentro de la termodinámica, para lograr comprender mejor los procesos que ocurren en la industria. Mostrar las relaciones entre las formas de energía que están presentes en los procesos industriales, vinculados a búsqueda de la eficiencia óptima. Realizar demostración mediante pequeños experimentos visuales utilizando cuerpos sólidos y líquidos que puedan cambiar su temperatura y su posición espacial, para enunciar los conceptos de las magnitudes termodinámicas. Ejemplificar con algunas operaciones de la industria, incluyendo las magnitudes no demostrables en el aula. Mostrar las escalas de medición para cada magnitud. Enunciar la primera ley de la termodinámica. Identificar las variables de estado. Explicar el concepto de temperatura y sus diferentes escalas de medición. Mostrar las condiciones para que ocurra un cambio de energía en forma de calor. Identificar las diferentes formas de calor vinculadas a la variación de temperatura y con el paso de un estado a otro. Mostrar la primera ley de la termodinámica con un ejemplo que puede ser un gas expandiéndose Grupo de Diseño Curricular. Página

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en un cilindro con un pistón, y demostrar la relación de las magnitudes calor, energía interna y trabajo, aplicando la ley de conservación de la energía. Identificar las variables de estado. Realizar el análisis dimensional de las magnitudes estudiadas.  Aplicar pequeños balances de energía aplicando la primera ley, a algunos ejercicios con situaciones reales que facilite el profesor. Ejemplificar la transmisión espontánea del calor de cuerpo a otro. Identificar tablas y gráficos para poder determinar algunas propiedades termodinámicas a partir de datos brindados. Utilizar las tablas y gráficos para hallar valores de magnitudes orientadas por el profesor. Orientar la realización de ejercicios para su realización por equipos. Las respuestas serán verificadas por el profesor. Unidad 2 Mecanismos de transferencia de calor  Objetivos: Al concluir la unidad los estudiantes deben ser capaces de:

2.1 Describir el mecanismo de transferencia de calor por conducción. 2.2 Describir el mecanismo de transferencia de calor por la convección. 2.3 Describir el mecanismo de transferencia de calor por la radiación. 2.4 Reconocer los factores que afectan la transferencia de calor. Contenidos:

2.1 Conducción del Calor. 2.2 Convección del Calor. 2.3 Radiación del Calor. 2.4 Transferencia de calor a través de una pared. 2.5 Pérdida de calor en tuberías aisladas. 2.6 Coeficiente global de transferencia de calor. Medios de Enseñanza que se sugieren utilizar: 

Presentación de PowerPoint



Pizarrón y auxiliares



Demostraciones experimentales

Orientaciones Metodológicas:

Utilizar los cambios de temperatura en los procesos naturales, para llamar la atención de las formas de propagación del calor, que se originan por los tres mecanismos que se estudiarán en clase. Recordar la definición de calor y sus manifestaciones. Realizar preguntas para explorar el conocimiento de los estudiantes acerca de la conducción para que se logre identificar este mecanismo como el fundamental que ocurre en los cuerpos sólidos. Mostrar el experimento del calentamiento de una varilla de metal con ayuda de una fuente de calor, para presentar la conducción. Realizar inspecciones a través del experimento de la variación de temperatura del sólido. Identificar la variación de temperatura como la fuerza motriz para la Grupo de Diseño Curricular. Página

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transferencia de calor. Explicar los conceptos de campos de temperatura y de gradiente de temperatura, para lograr la comprensión de la Ley de Fourier, ley fundamental de la conducción. Los estudiantes deben ser capaces de comprender el planteamiento de esta ley. Utilizar algún material aislante para demostrar cómo esta condición varia de un tipo de material a otro, y relacionar estas propiedades con los coeficientes de conductividades térmicas de las sustancias. Mostrar las formas de obtener estos coeficientes mediante tablas existentes, y la utilidad que tiene el conocimiento de éstos. Mostrar cómo el mecanismo de la convección está presente en la naturaleza ya sea en líquidos y gases, siendo un mecanismo diferente de la conducción. Vincular el mecanismo de la convección a las propiedades hidrodinámicas del fluido, las cuales modifican sustancialmente este mecanismo. Relacionar los coeficientes de emisión calorífica para la convección, con la Ley de Newton –Richman, siendo esta la ley fundamental que describe el mecanismo de la convección. Identificar la convección libre y la convección forzada, para esto se mostrará un video relacionado a esto. Identificar la condensación y la vaporización como casos particulares de la convección. Relacionar todos estos aspectos con casos reales. Mostrar tablas para obtener los coeficientes necesarios en la convección. Llamar la atención empleando el experimento acerca del calentamiento de un beaker con hielo y agua mediante el uso de una fuente de calor. Realizar preguntas generales para explorar lo ocurrido. Identificar el mecanismo de convección, como mecanismo predominante en los fluidos. Identificar el proceso de la radiación tanto en la naturaleza a través del sol, por ejemplo, como industrialmente en el interior de un horno. Relacionar el mecanismo de la radiación con la presencia de altas temperaturas, donde son emitidas estas radiaciones a través de ondas electromagnéticas. Demostrar este mecanismo en las zonas cercanas a las llamas. Identificar las ondas electromagnéticas como la fuerza motriz para que ocurra este mecanismo. Relacionar los coeficientes de emisividad para cada sustancia o cuerpo, y su relación con la Ley de Stefan-Boltzman, ley fundamental del mecanismo de transferencia de calor por radiación. Diferenciar el mecanismo de la radiación en diferentes medios de propagación. Video-debate acerca del mecanismo de la radiación. Relacionar los tres mecanismos de transferencia de calor, de manera que se comprenda que estos existen muy vinculados en todos los casos, aunque prevalezca alguno de ellos según sean las condiciones. Unidad 3 Equipos de intercambio térmico. Objetivos: Al concluir la unidad los estudiantes deben ser capaces de:

3.1 Clasificar los intercambiadores de calor según su función. 3.2 Describir las partes fundamentales de un intercambiador de calor. 3.3 Explicar los efectos provocados por las incrustaciones, corrosión y golpes de agua sobre un intercambiador de calor. Contenidos:

3.1 Partes fundamentales de un intercambiador de calor. Función. 3.2 Intercambiador de calor concéntrico. 3.3 Intercambiador de tubo y coraza. 3.4 Intercambiador de calor de placas. Grupo de Diseño Curricular. Página

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3.5 Otros intercambiadores: serpentín y de doble pared. 3.6 Empleo de superficies extendidas. 3.7 Efectos provocados por las incrustaciones, corrosión y golpes de agua sobre un intercambiador de calor. Medios de Enseñanza que se sugieren utilizar: 

Presentación de PowerPoint



Software

Orientaciones Metodológicas:

Mostrar la utilidad de los intercambiadores de calor en la industria, de acuerdo a su propósito, donde uno de los aspectos comunes a todos ellos es la presencia de un fluido frío y uno caliente, separados por una pared mediante la cual ocurre la transferencia de calor. Identificar los intercambiadores de calor conocidos en la industria y sus partes fundamentales y cómo es que ocurre la transferencia de calor en ellos. Mostrar el intercambiador de tubo y coraza como el más comúnmente utilizado en la industria petrolera, cuales son sus partes fundamentales y sus principales características. Demostrar su finalidad y la adecuada selección de sus materiales de construcción de acuerdo a las sustancias que van a circular por los mismos. Analizar la disposición de los fluidos dentro del intercambiador, para lograr la mejor transferencia de calor posible. Describir los diferentes tipos de intercambiadores según su finalidad como condensadores, calentadores, enfriadores, hornos, hervidores, etc. Mostrar ejemplos de cada uno de ellos con sus respectivos agentes mas utilizados de acuerdo a las propiedades de los mismos. Dentro de los intercambiadores superficiales, clasificarlos según su forma y disposición de los fluidos, señalando ventajas y desventajas de cada uno de ellos. Para todas estas clasificaciones los estudiantes se apoyarán en el folleto de transferencia de calor  para el alumno. Mostrar por parte del instructor diferentes equipos de intercambio para que los alumnos los identifiquen, así como sus características fundamentales y su finalidad. Relacionar los coeficientes de transferencia de calor en los equipos de intercambio, así como las propiedades de los agentes empleados. Mostrar las incrustaciones como consecuencias negativas de una mala operación de los intercambiadores y de un inadecuado mantenimiento. Señalar los efectos adversos de los diferentes agentes empleados en un intercambiador, que pueden provocar  daños severos a los equipos de intercambio. Video –debate sobre lo visto acerca de la influencia de las incrustaciones en los intercambiadores de calor. Visita a instalaciones industriales para mejor comprensión del funcionamiento e instalación de los equipos de intercambio. Orientación de ejercicios.

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Evaluación:

Se aplicará la Resolución Ministerial vigente y las Indicaciones Específicas para la Evaluación de la Educación Técnica y Profesional La asignatura corresponde al grupo II Bibliografía:



 Folleto de Transferencia de Calor para Operadores.  Videos



Software



Sistema de medios: 

Computadora



TV o cualquier otro medio que permita la ampliación de imágenes digitales.



Video reproductor 



Software

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