FENOMENOS DE TRANSPORTE Introducción

FENOMENOS DE TRANSPORTE
Introducción
Situación en el plan de estudios
BASICAS
FUNDAMENTOS
I.Q.
APLICADAS
BALANCES DE
MATERIA Y
ENERGIA
MATEMATICAS
OPERACIONES
DE
SEPARACION
TERMODINAMICA
FLUJO DE
FLUIDOS
FISICA
FENOMENOS
DE
TRANSPORTE
REACTORES
QUIMICOS
DISEÑO Y
OPERACION
DE PROCESOS
TRANSMISION
DE CALOR
QUIMICA
TRANSFERENCIA
DE MATERIA
CINETICA
OTRAS:
INSTRUMENT.
CONTROL
ECONOMIA, ....
PROYECTOS
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.
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
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.
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
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.
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.
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.
Cómo se entiende ... ?
Macroscópico
Operaciones Unitarias
Microscópico
Fenómenos de Transporte
Ecuación de balance
Velocidad de
Flujo a la
Entrada
Velocidad de
Acumulación
Velocidad de
Generación
Volumen de control
Superficie de control
(Frontera)
Velocidad de
Flujo a la
Salida
FLUX
Velocidad de
Flujo
Area
Niveles de balance
ΔV
ΔV→0
Balance total
(Macroscópico)
Balance incremental
(Microscópico)
Balance Diferencial
(Punto)
SISTEMAS DE COORDENADAS
P(r,Ф,z)
Sistemas de unidades
Análisis dimensional
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.
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
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)
Unidades básicas del Sistema Internacional
Propiedad física
Nombre de la
unidad
Símbolo
Metro
m
Kilogramo
kg
Tiempo
Segundo
s
Corriente eléctrica
Amperio
A
Kelvin
K
Candela
cd
Mol
mol
Longitud
Masa
Temperatura
Intensidad luminosa
Cantidad de sustancia
Unidades derivadas
Propiedad física
Nombre de la
unidad
Metro cuadrado
Símbolo
Volumen
Metro cúbico
m3
Densidad
Kg por metro cúbico
kg/m3.
Fuerza
Newton
N (kg.m/s2)
Presión
Pascal
Pa (N.m-2)
Energía
Julio (N m)
J (kg m2 s-2)
Carga eléctrica
Coulombio
C (A.s)
Potencia
Watts
J s-1
Resistencia
Ohmio
(V.A-1)
Área
m2
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
1012
1 terametro(TM)=1x1012m
Giga
G
109
1 gigametro(Gm)=1x109m
Mega
M
106
1megametro(Mm)= 1x106m.
Kilo
K
103
1kilómetro(Km) = 1x103m.
deci
d
10-1
1decímetro(dm) = 1x10-1m
centi
c
10-2
1centímetro(cm)= 1x10-2m
mili
m
10-3
1milímetro(mm) = 1x10-3m.
10-6
1micrómetro( m) =1x10-6m
micro
nano
n
10-9
1nanómetro(nm) = 1x10-9m
pico
p
10-12
1picómetro(pm) = 1x10-12m
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/s2

1 erg = 1 dina cm = 1 x 10-7 joule (J)

g = 980.665 cm/s2
El sistema inglés (pls)

1lb masa(lbm)= 0,45359 kg

1 pie = 0,30480 m

1 lbf = 4,4482 newtons (N)

1 pie lbf = 1,35582 newton m = 1 ,35582 joules (J)

g = 32,174 pie/s2

1 lb/pulg2 abs = 6,89476 x 103 N/m2
Conversión de unidades de Temperatura
Fahrenheit
Celsius
Kelvin
212 ’F
100 ’C
373k
32 ’F
0 ’C
273k
- 459 ’F
-273 ’C
0.0 k