NUEVA INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA QUÍMICA

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Héctor Zúñiga Domínguez
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1 NUEVA INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA QUÍMICA VOLUMEN I FUNDAMENTOS GENERALES, MECÁNICA DE FLUIDOS Y TRANSMISIÓN DE CALOR

3 NUEVA INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA QUÍMICA VOLUMEN I FUNDAMENTOS GENERALES, MECÁNICA DE FLUIDOS Y TRANSMISIÓN DE CALOR Guillermo Calleja Pardo (editor) Francisco García Herruzo José Iglesias Morán Antonio de Lucas Martínez José Miguel Rodríguez Maroto

4 Consulte nuestra página web: En ella encontrará el catálogo completo y comentado Guillermo Calleja Pardo (editor), Francisco García Herruzo, José Iglesias Morán, Antonio de Lucas Martínez, José Miguel Rodríguez Maroto EDITORIAL SÍNTESIS, S. A. Vallehermoso, Madrid Teléf.: ISBN: ISBN obra completa: Depósito Legal: M Impreso en España - Printed in Spain Reservados todos los derechos. Está prohibido, bajo las sanciones penales y el resarcimiento civil previstos en las leyes, reproducir, registrar o transmitir esta publicación, íntegra o parcialmente, por cualquier sistema de recuperación y por cualquier medio, sea mecánico, electrónico, magnético, electroóptico, por fotocopia o por cualquier otro, sin la autorización previa por escrito de Editorial Síntesis, S. A.

5 ÍNDICE RELACIÓN DE AUTORES NOMENCLATURA PRÓLOGO LA INDUSTRIA QUÍMICA Y LOS PROCESOS QUÍMICOS Resumen Glosario La industria química: concepto de proceso químico Procesos químicos y ecología industrial La Ingeniería Química Origen y evolución de la Ingeniería Química Objeto y estructura de la Ingeniería Química La Ingeniería Química como profesión Tendencias actuales y futuras de la Ingeniería Química Los procesos químicos en la actualidad y perspectivas de futuro Impacto de los procesos químicos sobre el medio ambiente Descripción, a modo de ejemplo, de un proceso químico industrial OPERACIONES BÁSICAS DE LOS PROCESOS QUÍMICOS Resumen Glosario Introducción Concepto de operación básica Operaciones continuas, discontinuas y semicontinuas Contacto entre fases inmiscibles: continuo o discontinuo Flujo en paralelo, en contracorriente y cruzado Clasificación de las operaciones básicas y de los reactores químicos. Flujos controlantes Equilibrio entre fases Criterios y condiciones de equilibrio Diagramas de equilibrio Problemas propuestos Cuadro resumen. Objetivos de las operaciones básicas... 94

6 6 Nueva introducción a la Ingeniería Química. Volumen I 3. INTRODUCCIÓN A LOS FENÓMENOS DE TRANSPORTE Resumen Glosario Generalidades Mecanismos del transporte molecular y del transporte turbulento Régimen laminar: transporte molecular Régimen turbulento: transporte turbulento Ecuaciones cinéticas en transporte molecular: leyes de Newton, de Fourier y de Fick Ley de Newton Ley de Fourier Ley de Fick Transporte turbulento: coeficientes de transporte Capa límite Capa límite fluidodinámica Capa límite térmica y de concentración Cuestiones Problemas propuestos ANÁLISIS DIMENSIONAL Y CAMBIO DE ESCALA Resumen Glosario Introducción Sistemas de magnitudes y unidades Ecuaciones dimensionales y adimensionales Análisis dimensional Métodos de análisis dimensional. Método de Rayleigh Cambio de escala en procesos químicos Consideraciones del cambio de escala Teoría de la semejanza Métodos de extrapolación de datos Procedimientos experimentales de obtención de datos para el cambio de escala Problemas propuestos BALANCES DE MATERIA Resumen Glosario Introducción Ecuación general de conservación de cualquier propiedad extensiva Balances de materia macroscópicos: expresión general Balances de materia macroscópicos en régimen estacionario Balance de materia en una operación sin reacción química Balance de materia en una operación con reacción química Balance de materia en un proceso con recirculación Balance de materia en un proceso con recirculación y purga

7 Índice Balance de materia en un sistema multifásico Balances de materia macroscópicos en régimen no estacionario Balance de materia en una operación discontinua Balance de materia en una operación semicontinua Resolución de balances de materia macroscópicos con ordenadores Resolución de balances de materia utilizando MatLab Resolución de balances de materia utilizando una hoja Excel Cuestiones Problemas propuestos BALANCES DE ENERGÍA Resumen Glosario Introducción Formas de expresión de la energía Balances de energía macroscópicos: expresión general Balances entálpicos Cálculo de las entalpías Entalpías de reacción Balances macroscópicos de energía en algunos casos particulares de interés Balances de energía en sistemas cerrados Balances de energía en sistemas abiertos en régimen estacionario Aplicación del balance de energía a operaciones sin reacción química Aplicación del balance macroscópico de energía a una operación con reacción química Balances macroscópicos de materia y energía acoplados Problemas propuestos INTRODUCCIÓN AL FLUJO DE FLUIDOS Resumen Glosario Generalidades Viscosidad de los fluidos Clasificación de los fluidos Flujo laminar y flujo turbulento Ecuaciones básicas en el flujo interno de fluidos Balance de materia Balance de energía total Balance de energía mecánica: ecuación de Bernoulli Pérdidas de energía por rozamiento Cálculo del factor de rozamiento Pérdidas de carga menores Diámetro equivalente Circulación de gases por conducciones

8 8 Nueva introducción a la Ingeniería Química. Volumen I Factores de rozamiento en la entrada de una conducción Potencia necesaria para el flujo Bombas Condiciones de succión de una bomba: cavitación Rendimiento y potencia de una bomba Ventiladores, soplantes y compresores Potencia y rendimiento de un compresor Medida de caudales Medidas de la presión Diafragmas, boquillas y venturímetros Tubo de Pitot Rotámetros Problemas propuestos OPERACIONES BASADAS EN EL FLUJO ExTERNO DE FLUIDOS Resumen Glosario Introducción Factor de rozamiento en el flujo externo Flujo en lechos porosos Operaciones basadas en el flujo externo de fluidos Filtración Aspectos prácticos de la filtración Equipos de filtración Fundamento teórico de la filtración Ósmosis inversa Sedimentación Sedimentación libre Sedimentación impedida Centrifugación Fluidización Problemas propuestos INTRODUCCIÓN A LA TRANSMISIÓN DE CALOR Resumen Glosario Generalidades Mecanismos de transmisión de calor Conducción Conductividad térmica Convección Radiación Conducción de calor en sólidos de geometría sencilla Placa plana

9 Índice Combinación de placas planas en serie Superficies cilíndricas Superficies esféricas Transmisión de calor por convección. Coeficiente de transmisión de calor Convección forzada Convección natural Problemas propuestos CAMBIADORES DE CALOR Resumen Glosario Generalidades Cambiadores de calor Cambiador de calor de tubos concéntricos. Coeficiente global de transmisión de calor Integración de la ecuación de diseño de un cambiador de calor. Diferencia de temperatura media logarítmica Tipos de cambiadores de calor Factores de corrección de la diferencia de temperatura media logarítmica Evaporación Ecuación de diseño de un evaporador Modos de operación Problemas propuestos SOLUCIONARIO BIBLIOGRAFÍA ANEXO

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