ómenos de transporte - utn

Universidad Tecnológica Nacional

Facultad Regional Resistencia

Departamento de Ingeniería Química

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3500- Resistencia - Chaco

TE-Fax:03722-432928

e-mail: [email protected]

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Res Nº 444/16 Carrera: Ingeniería Química

Asignatura: Fenómenos De Transporte

Plan de Estudio: 1995 (Adecuado).

NIVEL DE IMPLEMENTACIÓN: 3er Nivel

DEPARTAMENTO Ingeniería Química

ÁREA: Básica de la Especialidad

CARGA HORARIA: 10 hs cátedra/semana

RÉGIMEN DE CURSADO: cuatrimestral 2do cuatrimestre

RÉGIMEN DE CORRELATIVIDADES PARA CURSAR:

Tener Aprobadas: Análisis Matemático I - Algebra y Geometría Analítica -

Química General - Física I

Tener Regularizada: Análisis Matemático II - Física II - Termodinámica

1. OBJETIVOS GENERALES

Atendiendo a lo señalado por el Diseño Curricular, los objetivos son:

Comprender y aplicar los Fenómenos de Transporte de Cantidad de

Movimiento, de Energía Térmica y de Masa, estudiados a nivel microscópico y

macroscópico.

Aplicar las ecuaciones de cambio a sistemas físicos sencillos, demostrando

su validez, verificando las hipótesis implícitas en los modelos y resolviendo

problemas tipo.

Establecer las ecuaciones de cambio y sus formas adimensionales.

2. CONTENIDOS MINIMOS (Ord 1028)

Fluidos. Transporte cantidad de movimiento, energía y masa. Balances

Diferenciales. Ecuación de Variación o cambio. Transporte en el límite de una

fase. Coeficientes de Transporte. Análisis dimensional. Correlaciones.




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3. PROGRAMA ANALÍTICO

UNIDAD TEMÁTICA 1: FENÓMENOS DE TRANSPORTE - PRINCIPIOS DE TRANSFERENCIAS

Conceptos generales. Flujos y fuerzas impulsoras. Ecuación general de

transporte molecular. Balance general de propiedad para estado estacionario.

Introducción al transporte molecular: Transporte de momento lineal y la ley

de Newton, Transporte de calor y ley de Fourier, Transporte de masa y la ley

de Fick. Ley de Newton y la viscosidad. Transferencia de momento lineal en un

fluido. Influencia de la presión y temperatura en la viscosidad. Fluidos

Newtonianos y No-Newtonianos. Fluidos No-Newtonianos; modelos. Fluidos

dependientes e independientes del tiempo, fluidos viscoelásticos. Viscosidad

de gases y líquidos. Métodos de estimación o predicción. Tipos de flujo;

permanente y transitorio (no estacionario), uniforme, laminar y turbulento,

potencial y en capa límite, compresible e incompresible, flujo externo e

interno. Número de Reynolds.

Carga horaria: 10 horas

UNIDAD TEMÁTICA 2: BALANCES GLOBALES o INTEGRALES

Hipótesis del continuo. Descripción del movimiento del fluido: representación

de Euler y de Lagrange. Sistemas y volúmenes de control para balances.

Balance Global de Masa. Balance Global de Energía: deducción, aplicación.

Factor de corrección para la velocidad de la energía cinética. Balance de

energía mecánica. Balance Global de Cantidad de Movimiento. Aplicaciones:

tobera horizontal, codo con reducción, expansión súbita. Balance de cantidad

de movimiento en el recinto de una tubería: esfuerzo de pared, perfil de

velocidades, velocidad máxima. Ecuación de Hagen-Poiseuille. Balance de

momento lineal en el recinto para una película descendente.


UNIDAD TEMÁTICA 3: ECUACIONES DE DISEÑO PARA FLUJO LAMINAR Y TURBULENTO EN

TUBERÍAS

Ecuaciones de diseño para flujo laminar y turbulento en tuberías: a) perfiles

de velocidad laminar y turbulento y b) Caída de presión y pérdidas por

fricción en un flujo laminar. Concepto de factor de fricción. Uso del factor

de fricción para las pérdidas por fricción en flujo laminar. Caída de presión

y factor de fricción en flujo turbulento. Gráficas y ecuaciones del factor de

fricción: Diagrama de Moody, Von Karman, Blasius, Nikuradse. Flujo de fluidos

en conductos no circulares. Introducción al cálculo de cañerías y accesorios:




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Pérdidas por fricción en expansiones, reducciones y otros accesorios de

tubería, Pérdidas por fricción en la ecuación de balance de energía mecánica.

Flujo compresible en gases: concepto, ecuación básica para el flujo en

tubería, flujo compresible isotérmico, flujo compresible adiabático, y flujo

isoentrópico de área variable.


UNIDAD TEMÁTICA 4: BALANCES DIFERENCIALES DE MASA y CANTIDAD DE MOVIMIENTO

Resumen de notación vectorial y tensorial. Concepto de derivada parcial,

total y sustancial, divergencia (significado físico). Balance diferencial de

masa (Ec. de conservación de la materia). Balance Diferencial de cantidad de

movimiento. Ecuación del movimiento en función de los esfuerzos. Ecuación del

Movimiento de Navier Stokes. Aplicaciones de las ecuaciones del movimiento:

Flujo laminar en tubería circular, Flujo laminar paralelo entre paredes

planas, Flujo ideal, Flujo reptante, Flujo potencial. Modelo y Similitud.

Números adimensionales: Euler, Froude, Reynolds, Weber. Teorema de

Buckingham. Análisis dimensional de la ecuación de movimiento.

Carga Horaria: 20horas

UNIDAD TEMÁTICA 5: FLUJO ALREDEDOR DE OBJETOS INMERSOS FLUJO EN CAPA LIMITE

Concepto de coeficiente de arrastre. Tipos de coeficientes de arrastre.

Aplicaciones en geometrías simples. Ley de Stokes. Aplicaciones a partículas

no esféricas. Flujo en lecho empacado. Flujo en lecho fluidizados. Concepto

de capa límite. Capa límite laminar y turbulenta. Separación de capa límite.

Ecuación del movimiento en capa limite. Flujo laminar y teoría de la capa

límite. Longitud de transición, relación con Re. Perfiles romos y

aerodinámicos.


UNIDAD TEMÁTICA 6: FLUJO TURBULENTO:

Naturaleza de la turbulencia, intensidad y escalas. Ajuste de tiempo para las

ecuaciones de variación. Esfuerzos cortantes turbulentos o de Reynolds.

Viscosidad de remolino. Ecuaciones empíricas del perfil de velocidad.





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UNIDAD TEMATICA 7: FUNDAMENTOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR. CONDUCCION EN

ESTADOESTACIONARIO

Mecanismos del Transporte de Energía. Formas de transferencia de energía.

Conducción del calor. Ley de Fourier. Conductividad térmica o

calorífica.Influencia de la presión y temperatura. Conductividad de gases,

líquidos y sólidos: métodos de determinación. Mecanismos combinados de

transferencia de calor: Conducción en paredes compuestas en serie. Conducción

en cilindros largo y hueco. Coeficiente global de transferencia de calor.

Conducción del calor con manantiales de distintos orígenes.


UNIDAD TEMATICA 8: BALANCES DIFERENCIALES DE LA TRANSFERENCIA DE CALOR

Ecuaciones diferenciales de la transferencia de calor. Ecuación diferencial

general. Formas especiales de la ecuación diferencial de energía. Condiciones

de frontera. Conducción con generación interna de energía Transferencia de

calor en superficies extendidas (aleta de enfriamiento). Sistemas de dos o

tres dimensiones.


UNIDAD TEMATICA 9: CONDUCCION EN ESTADO NO ESTACIONARIO

Ecuación General y Soluciones analíticas. Análisis de parámetros Globales-

sistemas cuya resistencia interna es despreciable. Transferencia de calor a

una Pared Semiinfinita. Calentamiento de un Cuerpo en Condiciones de

Resistencia Superficial Despreciable. Calentamiento de un Cuerpo con

Resistencias Finitas.

Tablas y gráficas. Soluciones bi y tridimensionales. Gráfica de Schmidt.


UNIDAD TEMATICA 10:TRANSFERENCIA CONVECTIVA DE CALOR

Consideraciones fundamentales. Capa límite térmica, concepto, relaciones con

la capa límite hidrodinámica. Análisis dimensional de la transferencia

conectiva de energía. Análisis exacto de la capa laminar límite.

Consideraciones acerca del flujo turbulento. Correlaciones de transferencia

convectivas: 1) Convección natural (superficies verticales, superficies

horizontales), 2) Convección forzada en el flujo interno (laminar y

turbulento), 3) Convección forzada en el flujo externo (cilindro en flujo




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cruzado, esferas sencillas). Ebullición, concepto. Régimen de ebullición y

correlaciones, Condensación, concepto y tipos. Condensación en película sobre

placa plana vertical: el modelo de Nusselt y correlaciones.

Equipos de transferencia de calor: intercambiadores de calor. Diferencia

media de temperatura aritmética y logarítmica. Coeficiente total de

transmisión del calor.


UNIDAD TEMATICA 11: TRANSFERENCIA DE CALOR POR RADIACIÓN

Naturaleza de la radiación. Radiación térmica. Intensidad de la radiación.

Ley de Planck. Ley de Stefan-Boltzman. Emitancia y absorbencia de las

superficies sólidas. Transferencia de calor radiante entre un cuerpo negro.

Transferencia de calor radiante entre superficies grises. Coeficiente de

transferencia de calor radiante.


UNIDAD TEMÁTICA 12: TRANSFERENCIA DE MASA y ECUACIONES DIFERENCIALES

Concepto de transferencia de masa molecular. Aplicaciones. Ley de Fick.

Coeficiente de difusión. Métodos de determinación de coeficiente de

difusión. Transferencia convectiva de masa. Correlaciones. Ecuaciones

Diferenciales de la Transferencia de Masa. Formas especiales. Condiciones de

frontera.


UNIDAD TEMÁTICA 13: DIFUSION MOLECULAR EN ESTADO ESTACIONARIO Y TRANSITORIO

Difusión molecular en estado estacionario: Difusión a través de una película

gaseosa estancada; Contra difusión equimolar; Sistema unidimensionales

asociados con la reacción química. Sistema bi y tridimensionales:

Transferencia simultanea de calor y masa; Transferencia simultanea momento y

masa. Difusión molecular en estado no estacionario: Soluciones analíticas y

gráficas.





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4. BIBLIOGRAFIA:

BASICA:

WELTY, J.R.; WILSON,R.E. Y WICKS. “FUNDAMENTOS DE MOMENTO, CALOR Y MASA”.

México. Ed. Limusawiley 2005.

GEANKOPLIS, Christie J. “PROCESOS DE TRANSPORTE Y OPERACIONES UNITARIAS”,

México. Ed. CECSA. 1998.

BENNET,C.O. Y MYERS. TRANSFERENCIA DE CANTIDAD DE MOVIMIENTO, CALOR Y

MATERIA. Barcelona. Ed. Reverté. 1979.

BIRD, R.B.; STEWART, E.W. Y LIGHFOOT, R.N. “FENOMENOS DE TRANSPORTE”.

Barcelona. Ed. Reverté 1975.

COMPLEMENTARIA:

McCABE, Warren. OPERACIONES BASICAS EN INGENIERIA QUIMICA. 2006

MOTT, Robert. MECANICA DE LOS FLUIDOS APLICADA. México. Ed Prentice Hall.

STREETER, Victor.”MECANICA DE LOS FLUIDOS”. México. Ed. McGraw-Hill.2000

GILES, Ranald. MECANICA DE LOS FLUIDOS E HIDRAULICA. 2º EDICION. México.

Ed. McGRAW-HILL. 1994.

WHITE, Frank. MECANICA DE FLUIDOS. Madrid. McGraw Hill. 2004

CENGEL, Yunus Transferencia De Calor. 2da Edición. Mc Graw Hill. 2004.

TREYBAL, Robert E. “OPERACIONES DE TRANSFERENCIA DE MASA”.

FOUST,A.S.; WENZEL, L.A; CLUMP, C.W. “PRINCIPIOS DE OPERACIONES

UNITRIAS”. México. Ed CECSA.

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