Tener Regularizada: Análisis Matemático II - Física II - Termodinámica. Atendiendo a lo señalado por el Diseño Curricular, los objetivos son:

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1 Carrera: Ingeniería Química Res Nº 444/16 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. 1

2 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. 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. Carga horaria: 20 horas 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: 2

3 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. Carga horaria: 8 horas 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. Carga horaria: 6 horas 3

4 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. Carga horaria: 12 horas 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. Carga horaria: 8 horas UNIDAD TEMATICA 9: CONDUCCION EN ESTADO NO ESTACIONARIO Ecuación General y Soluciones analíticas. Análisis de parámetros Globalessistemas 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 4

5 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. Carga horaria: 12 horas 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. Carga horaria: 6 horas 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. Carga horaria: 8 horas 5

6 4. BIBLIOGRAFIA: BASICA: WELTY, J.R.; WILSON,R.E. Y WICKS. FUNDAMENTOS DE MOMENTO, CALOR Y MASA. México. Ed. Limusawiley GEANKOPLIS, Christie J. PROCESOS DE TRANSPORTE Y OPERACIONES UNITARIAS, México. Ed. CECSA BENNET,C.O. Y MYERS. TRANSFERENCIA DE CANTIDAD DE MOVIMIENTO, CALOR Y MATERIA. Barcelona. Ed. Reverté BIRD, R.B.; STEWART, E.W. Y LIGHFOOT, R.N. FENOMENOS DE TRANSPORTE. Barcelona. Ed. Reverté COMPLEMENTARIA: McCABE, Warren. OPERACIONES BASICAS EN INGENIERIA QUIMICA 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 WHITE, Frank. MECANICA DE FLUIDOS. Madrid. McGraw Hill CENGEL, Yunus Transferencia De Calor. 2da Edición. Mc Graw Hill TREYBAL, Robert E. OPERACIONES DE TRANSFERENCIA DE MASA. FOUST,A.S.; WENZEL, L.A; CLUMP, C.W. PRINCIPIOS DE OPERACIONES UNITRIAS. México. Ed CECSA. 6