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¿Qué es un Ingeniero Químico?

A) Un ingeniero que fabrica productos químicos

B) Un químico que trabaja en una fábrica

C) Un glorioso plomero universitario

“NINGUNA DE ELLAS”

LA RESPUESTA CORRECTA ES…..

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¿Qué es la Ingeniería Química?

La Ingeniería Química está relacionada con el diseño, desarrollo y operaciónde procesos para la producción, transformación y recupero de materiales.

Combina los conocimientos de las ciencias básicas con los principios de ingeniería aplicada y las consideraciones económicas de la vida real.

La ingeniería Química es la traslación de los resultados de ensayos de escala laboratorio a producción en escala industrial.

La Ingeniería Química se apoya en la trasferencia de Momento, Energía y Masa conjuntamente con la Termodinámica y la Cinética Química para analizar y mejorar esas operaciones unitarias.

Con la Ingeniería Química se relacionan las más diversas industrias: refinación de petróleo, procesamiento de minerales, alimentación, bioprocesos, tratamiento de agua, control de polución, manufactura de medicamentos, fertilizantes, cemento, cerámica, plásticos, etc.

El rol primario y el desafío para un Ingeniero Químico es desarrollar y mejorar la tecnología necesaria para producir aquellos productos que son requeridos por la sociedad moderna, y asegurar que esto se realiza de manera segura, económica y con el mínimo impacto ambiental.

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ALGUIEN PUEDE SER UN INGENIERO QUÍMICO SI Y SOLO SI

� ya en el prescolar abrió una pila solo para ver quéhabía adentro.

� puede recordar sus cien contraseñas distintas de la computadora, pero no su aniversario.

� se refiere a su cónyuge como “mi.cónyuge@casa.com”� habla de sus hijos como sus “unidades piloto”.� su esposo/a no tiene la más pálida idea de lo que hace

en su trabajo.� ha presentado a sus hijos por el nombre equivocado.� cuando su hijo de 3 años le pregunta por qué el cielo

es azul, le explica la teoría de absorción atmosférica.� ha fabricado su propio shampoo.� cuando mira objetos a la distancia, piensa en “camino

libre medio”.� cada vez que enciende el aire acondicionado piensa en

“el ciclo de Carnot”.� En una reunión de amigos disculpa el desorden de su

casa explicándoles el concepto de entropía � tiene el hábito de destruir cosas sólo para ver cómo

funcionan.� piensa que la utilidad de un libro es directamente

proporcional a la cantidad de tablas, gráficos y correlaciones que contiene.

� reconoce un buen diseño, pero aun debe modificarlo. � tiene una remera que dice “Los Ingenieros Químicos lo

hacen en lechos fluidizados”.

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ENTE A TRANSPORTAR

CANTIDADDE MOV.

ENERGIA MATERIA

MECANISMOS DE TRANSFERENCIA

LEYES DE

NEWTON FOURIER FICK

ANALISIS MICROSCÓPICO.-Análisis de envolvente.-Ecuaciones de cambio-Flujo turbulento.

Transporte de interfaseBALANCES MACROSCÓPICOS

FLUJO VISCOSO

RADIACIÓN

ANALISIS DIMENSIONAL

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PRIMERA PARTE: TRANSPORTE DE CANTIDAD DE MOVIMIENTO

UNIDAD TEMÁTICA 1: CONCEPTOS FUNDAMENTALES Y MECANISMOSistemas de unidades. Definición de fluido. Propiedades de los fluidos. Ley de Newtonde la viscosidad. Influencia de la presión y temperatura en la viscosidad. Fluidos no-newtonianos dependientes e independientes del tiempo. Tipos de flujo.

UNIDAD TEMÁTICA 2: DISTRIBUCIONES DE VELOCIDAD EN FLUJOLAMINARBalances de envolvente de cantidad de movimiento, condiciones límite. Flujo en unapelícula descendente. Flujo a través de un tubo circular.

UNIDAD TEMÁTICA 3: ECUACIONES DE VARIACIÓN PARA SISTEMASISOTÉRMICOSResumen de notación vectorial y tensorial. Derivada parcial y sustancial. La ecuación decontinuidad. La ecuación de movimiento. La ecuación de energía mecánica. Distribuciónde velocidad en flujo turbulento. Fluctuaciones y magnitudes de tiempo ajustado. Ajustede tiempo para las ecuaciones de variación.

UNIDAD TEMÁTICA 4: ANÁLISIS DIMENSIONAL Y DISEÑO PORSIMILITUDDimensiones y unidades. Números adimensionales. Adimensionalización de lasecuaciones de variación. El Teorema Pi de Buckingham. Semejanza geométrica,cinemática y dinámica. Teoría de modelos.

UNIDAD TEMÁTICA 5: FLUJO VISCOSOParadoja de D´Alembert. Experiencia de Reynolds. Efecto de la viscosidad. Resistenciade superficie. Resistencia de forma. Concepto de capa límite. Desprendimiento de lacapa límite.

UNIDAD TEMÁTICA 6: TRANSPORTE DE INTERFASE Y BALANCESMACROSCÓPICOS EN SISTEMAS ISOTÉRMICOSDefinición de factores de fricción. Factores de fricción para el flujo en tubos. Factores defricción para el flujo alrededor de esferas. Balance macroscópico de materia. Balancemacroscópico de cantidad de movimiento. Aplicación al cálculo de fuerzas en lasparedes. Balance macroscópico de energía mecánica (Ecuación de Bernoulli). Cálculo delas pérdidas de carga por fricción. Introducción al calculo de cañerías.

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SEGUNDA PARTE: TRANSPORTE DE ENERGÍA

UNIDAD TEMÁTICA 7: MECANISMO Y DISTRIBUCIONES DETEMPERATURA EN SÓLIDOSMecanismos de conducción de calor. Ley de Fourier de la conducción del calor.Conducción de calor con y sin generación interna de energía. Conducción de calor através de paredes compuestas. Aislación térmica. Conducción de calor en estado noestacionario. Gráficas de Gurney-Lurie.

UNIDAD TEMÁTICA 8: ECUACIONES DE VARIACIÓN PARA SISTEMAS NOISOTÉRMICOSCondiciones límite. Ecuaciones de energía en distintos sistemas coordenados. Lasecuaciones de movimiento para convección forzada y convección libre en flujo noisotérmico. Análisis adimensional de lkas ecuaciones de variación. Capa límite térmica.Distribución de energía en flujo turbulento. Fluctuaciones y magnitudes de tiempoajustado. Ajuste de tiempo para las ecuaciones de variación.

UNIDAD TEMÁTICA 9: TRANSPORTE DE INTERFASE Y BALANCESMACROSCÓPICOS EN SISTEMAS NO ISOTÉRMICOSDiferencia de temperatura entre un sólido y el fluido. Convección forzada y natural.Coeficientes de transmisión de calor por convección. Análisis dimensional de latransferencia convectiva de energía. Determinación del coeficiente de transmisión decalor para flujo interno y alrededor de objetos sumergidos. Analogías entre latransferencia de cantidad de movimiento y energía. Convección libre y forzadacombinadas. Condensación de vapores puros sobre placas verticales.Balance macroscópico de energía.

UNIDAD TEMÁTICA 10: RADIACIÓN TÉRMICAEl espectro de radiación electromagnética. Absorción y emisión en superficies sólidas.Ley de distribución de Planck. Ley de desplazamiento de Wien. Ley de Stefan-Boltzmann. Radiación entre cuerpos negros y no negros que están a distinta temperatura.Medios absorbentes

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TERCERA PARTE: TRANSPORTE DE MATERIA

UNIDAD TEMÁTICA 11: MECANISMO Y DISTRIBUCIONES DECONCENTRACIÓN EN SÓLIDOSDefiniciones de concentraciones, velocidades y densidades de flujo de materia. Ley deFick de la difusión. Difusión equimolar y no equimolar. Balances de materia aplicados auna envoltura: condiciones límite. Difusión a través de una película gaseosa estancada.Determinación de la difusividad binaria.

UNIDAD TEMÁTICA 12: ECUACIONES DE VARIACIÓN PARA SISTEMAS DEVARIOS COMPONENTESLa ecuación de continuidad en una mezcla binaria. La ecuación de continuidad de A encoordenadas curvilíneas. Las ecuaciones de variación para sistemas de varioscomponentes. Condiciones límite. Adimensionalización de las ecuaciones de variación.Distribución de concentración en flujo turbulento. Fluctuaciones y magnitudes de tiempoajustado. Ajuste de tiempo para las ecuaciones de variación.

UNIDAD TEMÁTICA 13: TRANSPORTE DE INTERFASE Y BALANCESMACROSCÓPICOS MULTICOMPONENTESEquilibrio. Coeficientes individuales y totales de transferencia de masa. Correlaciones detransferencia convectiva de masa. Balances macroscópicos de materia, cantidad demovimiento, energía y energía mecánica en sistemas de varios componentes. Analogíasentre la transferencia de masa, energía y cantidad de movimiento.

OBJETIVOS

Dominar las herramientas fundamentales del Ingeniero Químico: los balances de cantidad de movimiento, energía y materia.

Para ello se deberá:

� Conocer el significado de los diferentes términos de las ecuaciones microscópicas generales de conservación de estas propiedades extensivas

� Combinar el conocimiento experimental con los resultados del análisis dimensional para calcular los coeficientes de transporte de interfase a utilizar con las ecuaciones macroscópicas para determinar de las pérdidas por rozamiento y los flujos de calor y materia.

� Abordar una introducción a la teoría de la capa límite.

2006 L.COLOMBO-FT-INTRODUCCIÓN #

METODOLOGÍA

Los objetivos se lograrán a través de:-Clases teóricas, en las que se expondrán los contenidos señalados con apoyo de proyecciones. El alumno dispondrá con antelación de copias del material a proyectar para facilitar el seguimiento de la exposición y una participación más activa. Abarcarán aproximadamente la mitad de la carga horaria. Al final de las mismas se distribuye un cuestionario con temas de discusión para ser elaborado primero en forma individual y luego grupal.-Clases prácticas de problemas y empleo de soft de simulación, en las cuales se aplicarán los contenidos teóricos previamente desarrollados. Se formarán pequeños grupos de trabajo que deberán presentar un informe de lo realizado. -Clases prácticas de laboratorio, a través de las cuales los alumnos podrán aplicar los conocimientos teóricos adquiridos a situaciones concretas. Se desarrollarán en forma grupal, presentando un informe final del trabajo realizado.

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Planificación Año 2013

1 Presentacion Serie UT 0 UT 1 Mec transf CM 4 1

2 Reologia (JI) Serie UT 1 2 3

3 Q1 Serie UT 1 UT 2-Bce Env 3 2

4 UT 2-Bce Env Serie UT 2 Q 2 2 3

5 TP 1 Reologia TP 2 Experiencia de Reynolds 5

6 Serie UT 2 UT 3 - Ec Cambio 3 2

7 Serie UT 3 2 3

8 Serie UT 3 5

9 UT 4 Adimensionales 5

10 Serie UT 4 Q4 Q4 5

11 UT 5 Capa limite 5

12 TP 3 Tunel de viento - Tunel de humo 5

13 UT 5 Capa limite UT 6 - Transporte Interfase 5

14 1er parcial 1 al 19 Junio 5

15 Eval.1er. ParcialTP 3 Friccion 1 416 UT 6 - Transporte Interfase Serie 6 Serie 6 Serie 6 2 3

17 Q 6 Serie UT 6 5

18 UT 7 - Mecanismos transp de calor 5

19 Serie UT 7 1 4

20 Q7 Q7 UT 8 Ec. Cambio No isot 3 2

21 Q 8 Q 8 Serie 8 Serie 8 Serie 8 5

22 UT 9 - Transporte de Interfase 5

23 Serie 9 Serie 9 Q 9 Q 9 Serie 9 5

24 Serie 9 Serie 9 Serie 9 UT 10 Radiación 2 3

25 UT 10 Radiación 5

26 5

27 Segundo Parcial16 al 31 Octubre 5

28 Eval.2do. ParcialUT 11-12-13 transf de materia 5

29 UT 11-12-13 transf de materia 5

30 UT 11-12-13 transf de materia 5

31 Tercer Parcial y Firma libretas 5

TOTALES 90 14 51

Contenidos

teóricos (CT)

y

Evaluaciones

3 4

Formación Práctica

Resolución de

Problemas

(PR)

Prácticas en

Laboratorio

(TP)

51 2

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Carga horariaUT Teórico Laboratorio Prácticas Evaluación

0y1 6 5 6

2 5 5

3 5 8

4 5 5

5 7 5

6 5 4 8

Tot CM 33 14 32 6

7 6 6

8 3 5

9 5 8

10 7 5 6

Tot Energía 21 0 24 6

11

12 14

13 5

Tot Materia 14 0 0 5

Total Gral 68 14 56 17

155

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COMPOSICIÓN DE LAS CLASES

� Clases de exposición 43 %

☺ Clases prácticas 47 %� series de problemas

� cuestionarios

� prácticas de laboratorio

� Evaluaciones 10 %

�Cantidad de Movimiento 54 %

�Energía 34 %

�Materia 12 %

DESARROLLO DE TEMAS

2006 L.COLOMBO-FT-INTRODUCCIÓN #

ACREDITACIÓN

� Asistencia regular a clase

� Aprobar los parciales individuales

�1er. Parcial: 04 – Julio – 2013

�2do. Parcial: 31 – Octubre – 2013

� 3er. Parcial: 28 – Noviembre – 2013

� Trabajo Práctico grupal domiciliario:� Nota>7 y 1 parcial desaprobado � Parcial Aprobado

� Nota>9 y 2 parcial desaprobado � 1 Parcial Aprobado

� Recuperatorio de Parciales Fecha a definir

� Aprobar la totalidad de los trabajos prácticos grupales

� Trabajos prácticos de laboratorio con informe final

� Serie de problemas de la unidad

� Aprobar el examen final que será individual y consistirá de una parte escrita y un coloquio posterior que confirme el logro de los objetivos propuestos

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Bibliografia

• Apuntes y guías de clase, CD entregado por el Profesor de la materia.

• Aris, “Vectors, Tensors, and the Basic Equations of Fluid Mechanics”, Prentice-Hall, 1962

• Bennett, Myers, “Transferencia de cantidad movimiento, calor y materia”, Reverté, 1979

• Bird, Stewart y Lightfoot, “Transport Phenomena”, Wiley, Nueva York, 1960 (Traducción al castellano: Reverté, Barcelona, 1978)

• Foust, “Principios de las Operaciofnes Unitarias” Compania Editoral Continental, 1961

• Geankoplis, “Procesos de Transporte y Operaciones Unitarias” 3a. Edicón, CECSA

• Giles, “Mecanica de los fluidos e hidraulica”. Mc Graw Hill, 1969

• Hughes, “Dinamica de los fluidos”. Mc Graw Hill, 1970.

• Himmelblau, “Principios y cálculos básicos de la Ingeniería Química”. Compañía Editorial Continental. México (1992).

• Ipsam, “Units, Dimensions and Dimensionless Numbers”

• Kern, “Procesos de Transferencia de calor”. CECSA. México (1978).

• Mataix, “Mecanica de los fluidos y maquinas hidraulicas”, madrid 1970

• McAdams, “Transmisión de calor”, McGraw-Hill, 1978. (Unidades 6-10)

• McCabe, Smith, “Operaciones Unitarias de la Ingeniería Química”. Ed. McGraw-Hill. Madrid (1995).

• Perry, Chilton, “Manual del Ingeniero Químico” McGraw Hill

• Pitts-Sissom, “Teoría y Problemas de Transferencia de Calor”

• Schapiro, “Formas y Fluidos”, Ed. Eudeba

• Schlichting, “Boundary Layer Theory”, McGraw-Hill, 1968.

• Sherwood, Pigford, Wilke, “Transferencia de masa”, Géminis, 1979.

• Sissom, Pitts, “Elements of Transport Phenomena”, McGraw-Hill, 1968.

• Streeter y Wylie, “Mecánica de los Fluidos”, McGraw Hill, México (1987).

• Treybal, “Operaciones de Transferencia de Masa”, McGraw-Hill, México.

• Vian y Ocon, “Elementos de Ingeniería Química”, Reverte

• Welty, Wicks y Wilson, “Transferencia de Momento, Calor y Masa”. Limusa. México (1991).

2011 L.Colombo-FT-Introduccion 14

Los profesores Lightfoot (Izq.), Bird y Stewart, autores de Fenómenos deTransporte en 1960.

Bob Bird, Warren Stewart y Ed Lightfoot en la 2da. edición de Fenómenos deTransporte en 2001

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