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Universidad Tecnológica Nacional
Facultad Regional Resistencia
Departamento de Ingeniería Química
French 414
3500- Resistencia - Chaco
TE-Fax:03722-432928
e-mail: departamentoiq@frre.utn.edu.ar
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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.
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:
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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.
Carga horaria: 10 horas
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
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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.
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 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.
Carga horaria: 10 horas
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.
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.
Carga horaria: 10 horas
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
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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.