FENOMENOS DE TRANSPORTE Introducción

Transcripción

1 FENOMENOS DE TRANSPORTE Introducción

2 Situación en el plan de estudios BASICAS FUNDAMENTOS I.Q. APLICADAS BALANCES DE MATERIA Y ENERGIA OPERACIONES DE SEPARACION MATEMATICAS FISICA TERMODINAMICA FENOMENOS DE TRANSPORTE FLUJO DE FLUIDOS TRANSMISION DE CALOR REACTORES QUIMICOS DISEÑO Y OPERACION DE PROCESOS QUIMICA TRANSFERENCIA DE MATERIA PROYECTOS CINETICA OTRAS: INSTRUMENT. CONTROL ECONOMIA,...

3 Fenómenos de transporte Los fenómenos de transporte estudian cómo la masa, calor y la cantidad de movimiento se transfieren impulsados por un potencial, venciendo una resistencia y determinando así un cierto flujo de transferencia.

4 Fenomenos de Transporte OBJETIVO Relacionar la cinética del proceso de transporte con las variables del proceso y las dimensiones del sistema. SITUACION DE NO-EQUILIBRIO PROCESO DE TRANSPORTE EQUILIBRIO RESISTENCIA flujo fuerza_ impulsora resistencia

5 Procesos fundamentales de transporte 1. Transferencia de cantidad de movimiento: Se refiere a la que se presenta en los fluidos en movimiento. 2. Transferencia de calor: En este proceso fundamental se considera como tal a la transferencia de calor que pasa de un lugar a otro 3. Transferencia de masa: En este caso se transfiere masa de una fase a otra fase diferente, el mecanismo básico es el mismo, ya sea que las fases sean gaseosas, sólidas o liquidas.

6 Operaciones unitarias En las industrias de procesos químicos y físicos, así como en las de procesos biológicos y de alimentos, existen muchas semejanzas en cuanto a la forma en que los materiales de entrada o de alimentación se modifican o se procesan para obtener los materiales finales de productos químicos o biológicos. Es posible considerar estos procesos químicos, físicos o biológicos, aparentemente distintos, y clasificarlos en una serie de etapas individuales y diferentes llamadas operaciones unitarias. Estas operaciones unitarias son comunes a todos los tipos de industrias de proceso. MATERIAS PRIMAS PROCESO PRODUCTOS FINALES

7 Clasificación de las operaciones unitarias 1. Flujo de fluidos. Estudia los principios que determinan el flujo y transporte de cualquier fluido de un punto a otro. 2. Transferencia de calor. Esta operación unitaria concierne a los principios que gobiernan la acumulación y transferencia de calor y de energía de un lugar a otro. 3. Evaporación. Éste es un caso especial de transferencia de calor, que estudia la evaporación de un disolvente volátil (como el agua), de un soluto no volátil como la sal o cualquier otro tipo de material en solución. 4. Secado. Separación de líquidos volátiles casi siempre agua de los materiales sólidos.

8 5. Destilación. Separación de los componentes de una mezcla líquida por medio de la ebullición basada en las diferencias de presión de vapor. 6. Absorción. En este proceso se separa un componente gaseoso de una corriente por tratamiento con un líquido. 7. Separación de membrana. Este proceso implica separar un soluto de un fluido mediante la difusión de este soluto de un líquido o gas, a través de la barrera de una membrana semipermeable, a otro fluido. 8. Extracción líquido-líquido. En este caso, el soluto de una solución líquida se separa poniéndolo en contacto con otro disolvente líquido que es relativamente inmiscible en la solución.

9 9. Adsorción. En este proceso, un componente de una corriente líquida o gaseosa es retirado y adsorbido por un adsorbente sólido. 10. Lixiviación líquido-sólido. Consiste en el tratamiento de un sólido finamente molido con un líquido que disuelve y extrae un soluto contenido en el sólido. 11. Cristalización. Se refiere a la extracción de un soluto, como la sal, de una solución por precipitación de dicho soluto. 12. Separaciones físico-mecánicas. Implica la separación de sólidos, líquidos o gases por medios mecánicos, tales como filtración, sedimentación o reducción de tamaño, que por lo general se clasifican como operaciones unitarias individuales.

10 Cómo se entiende...? Macroscópico Operaciones Unitarias Microscópico Fenómenos de Transporte

11 Ecuación de balance Superficie de control (Frontera) Velocidad de Flujo a la Entrada Velocidad de Acumulación Velocidad de Generación Velocidad de Flujo a la Salida Volumen de control

12 FLUX Velocidad de Flujo Area

13 Niveles de balance ΔV ΔV 0 Balance total (Macroscópico) Balance incremental (Microscópico) Balance Diferencial (Punto)

14 SISTEMAS DE COORDENADAS

15 P(r,Ф,z)

16

17 Sistemas de unidades Análisis dimensional

18 Magnitud y unidad Dimensión o Magnitud medible Una propiedad física, como masa o fuerza, longitud, tiempo, temperatura o una combinación de ellas considerada como una medida fundamental de una cantidad. Puede ser básica, suplementaria o derivada. Unidad Una cantidad definida y precisa de una determinada magnitud C.

19 Estándar No todas las propiedades se pueden expresar en forma cuantitativa. Por ejemplo el olor y sabor. De las propiedades que se han reducido a medida unas pocas han llegado a considerarse básicas, ellas son: Masa (m): cantidad de materia Longitud (L): menor distancia entre dos puntos Tiempo (t): intervalo entre dos sucesos Temperatura (T): potencial que moviliza el calor, o bien grado de frío o calor que determina el flujo de energía calórica de un cuerpo a otro

20 Dimensiones y Sistemas de unidades Sistema Internacional (SI) MKS (metro, kilogramo, segundo, ºC) cgs (centimetro, gramo, segundo, ºC) Sistema Inglés pls (pie, libra, segundo, ºF)

21 Unidades básicas del Sistema Internacional Propiedad física Nombre de la unidad Símbolo Longitud Metro m Masa Kilogramo kg Tiempo Segundo s Corriente eléctrica Amperio A Temperatura Kelvin K Intensidad luminosa Candela cd Cantidad de sustancia Mol mol

22 Unidades derivadas Propiedad física Nombre de la unidad Símbolo Área Metro cuadrado m 2 Volumen Metro cúbico m 3 Densidad Kg por metro cúbico kg/m 3. Fuerza Newton N (kg.m/s 2 ) Presión Pascal Pa (N.m -2 ) Energía Julio (N m) J (kg m 2 s -2 ) Carga eléctrica Coulombio C (A.s) Potencia Watts J s -1 Resistencia Ohmio (V.A -1 )

23 Los sistemas métrico y SI son sistemas decimales, en los que se utilizan prefijos para indicar fracciones y múltiplos de diez. Prefijo Símbolo Significado Ejemplo Tera T terametro(tm)=1x10 12 m Giga G gigametro(gm)=1x10 9 m Mega M megametro(Mm)= 1x10 6 m. Kilo K kilómetro(Km) = 1x10 3 m. deci d decímetro(dm) = 1x10-1 m centi c centímetro(cm)= 1x10-2 m mili m milímetro(mm) = 1x10-3 m. micro micrómetro( m) =1x10-6 m nano n nanómetro(nm) = 1x10-9 m pico p picómetro(pm) = 1x10-12 m

24 El sistema cgs 1g masa(g)= 1 x 10-3 kg masa (kg) 1 cm= 1 x 10-2 m 1 dina = 1 g cm/s 2 1 erg = 1 dina cm = 1 x 10-7 joule (J) g = cm/s 2

25 El sistema inglés (pls) 1lb masa(lb m )= 0,45359 kg 1 pie = 0,30480 m 1 lb f = 4,4482 newtons (N) 1 pie lb f = 1,35582 newton m = 1,35582 joules (J) g = 32,174 pie/s 2 1 lb/pulg 2 abs = 6,89476 x 10 3 N/m 2

26 Conversión de unidades de Temperatura Fahrenheit 212 F 32 F Celsius 100 C 0 C Kelvin 373k 273k F -273 C 0.0 k