Fenomenos de Transporte.docx

7/17/2019 Fenomenos de Transporte.docx

http://slidepdf.com/reader/full/fenomenos-de-transportedocx 1/13

1.- 3 aplicaciones reales con su imagen para cada Fenómeno detransporte.

Transferencia de Energía:

Intercambiadores de Calor

En un intercambiador de calor, energía térmica se transfere de uncuerpo o corriente de uido a otro. En el diseño de equipos deintercambio de calor, transerencia de calor se aplican para el cálculo deesta transerencia de energía a fn de llevarlo a cabo de maneraefciente y en condiciones controladas. El equipo pasa por debajo demucos nombres, tales como calderas, pasteuri!adoras, sartenes concamisa, congeladores, calentadores de aire, cocinas, ornos, etc.

"a aplicaci#n de la general de transerencia de calor ecuaci#n básicapara el de la transerencia de calor $ntercambiador de calor%

q = UA D T

Pasteuriación

"a pasteuri!aci#n es un tratamiento térmico aplicado a los alimentos,que es menos drástico que la esterili!aci#n, pero que es sufciente parainactivar los organismos productores&en particular las enermedades de

importancia en un alimento específco.

"os procesos de esterili!aci#n y pasteuri!aci#n ilustran muy bien latranserencia de calor como una operaci#n de la unidad deprocesamiento de alimentos. "as temperaturas y tiempos requeridosque se determinan para cada proceso van en conjunto con los equiposde transerencia de calor que se an diseñado utili!ando las ecuacionesdesarrolladas para las operaciones de transerencia de calor.

'



Elaboración de !limentos

"os principios de la transerencia de calor son ampliamente utili!ados en

la elaboraci#n de alimentos en mucos de los equipos que se utili!an.

"ateria

"a transerencia de masa juega un papel undamental en la industria.(ucas son las aplicaciones que industrialmente están gobernadas porlos principios de transerencia de materia. )lgunos de los másimportantes son% destilaci#n, absorci#n y umidifcaci#n.

*



El desarrollo de operaciones y procesos que apliquen la transerencia demasa para purifcar o ayudar al medio ambiente es un procesointeresante que se lleva a cabo de distintas maneras.

E+isten también aplicaciones que aumentan de orma increíble conrespecto al uso del en#meno en la biomedicina, brindándose como unagran erramienta para un desarrollo sostenible de la umanidad.

"omentum

Esta propiedad está asociada a la cantidad de masa que tiene un objetoy a la #elocidad con que este se mueve es transerible, es decir, unapersona o un objeto pueden transerir momentum a un cuerpo. -ara estodebemos interactuar con él dico de otro modo, debemos ejercerle unauer!a.



)ora bien, si todas las uer!as sobre un sistema, sea este un cuerpo oun conjunto de cuerpos, se anulan entre sí, es decir, la uer!a neta sobreel sistema es igual a cero, entonces el momentum del sistema seconserva$ lo que signifca que su cantidad de movimiento no cambia, esconstante. "o anterior se refere a que, por ejemplo, si queremos mover

una pelota de /tbol, debemos patearla. 0i nadie patea la pelota, esta nose mueve. "a acci#n de patear la pelota implica que el jugador letransfere momentum propio al sistema pelota.

El secado involucra dos en#menos de transporte% la transerencia de

masa y la transerencia de calor. En esta operaci#n se elimina umedadde un s#lido poniéndolo en contacto con aire. El ejemplo de estaoperaci#n es cuando se seca la ropa. 1uando esto se ace de maneraclásica, la ropa mojada se cuelga 2en los amosos tendederos3poniéndola de esta manera en contacto con el aire atmosérico al cualcede la umedad gradualmente asta secarse completamente. (ucasveces el calor del sol contribuye al secado, sin embargo, cabe destacarque este proceso se puede eectuar en ausencia del sol y a bajastemperaturas 2siempre y cuando no se congele el agua de la ropa3 yaque la eliminaci#n del agua es impulsada por la escasa umedad del aire2en ning/n momento ierve el agua3. Este proceso suele estar

acompañado por un descenso en la temperatura del objeto que se estasecando. Este en#meno también se presenta en el cuerpo umanocuando el sudor se evapora y origina una sensaci#n rerescante, o en lasollas de barro en las que se almacena agua para mantenerla resca.

4



"a transerencia de momento, también se le conoce como mecánica de uidos.Este es el primer en#meno que se estudia en la materia de 5en#menos de

6ransporte esta ciencia tiene muca aplicaci#n en los procesos químicos, enun uido, siempre ay una oposici#n a moverse esto se debe básicamente alas propiedades que presenta como densidad, viscosidad, entre otros.

Ecuaciones Fundamentales %&e'es de Conser#ación(

&e' de la conser#ación de la materia

"a materia no se crea ni se destruye, se transorma. "a materia, enciencia, es el término general que se aplica a todo lo que ocupa espacioy posee los atributos de gravedad e inercia.

&e' de la conser#ación de la energía

"a energía no se puede crear ni destruir se puede transormar de unaorma a otra, pero la cantidad total de energía nunca cambia. Estosignifca que no podemos crear energía, es decir, por ejemplo% podemostransormarla de energía cinética a energía potencial y viceversa.

7



&e' de la conser#ación del momentum

1uando la suma de las uer!as e+ternas sobre el sistema es nula, lacantidad de movimiento total del sistema antes del coque es igual a lacantidad de movimiento total del sistema después del coque.

Ecuaciones Fundamentales %&e'es deTermodinamica(

&e' Cero %o principio cero( de la Termodin)mica

0i dos sistemas están por separado en equilibrio con un tercero,entonces también deben estar en equilibrio entre ellos.

0i tres o más sistemas están en contacto térmico y todos juntos enequilibrio, entonces cualquier par está en equilibrio por separado.

El concepto de temperatura se basa en este principio cero.

Primera &e' de la Termodin)mica

Es una adaptaci#n para la termodinámica de la ley de conservaci#n de laenergía. 0e defne la energía interna del sistema, E, como su energíarespecto del 08 del centro de masa.

El trabajo necesario para cambiar el estado de un sistema aisladodepende unicamente de los estados inicial y fnal, y es independientedel método usado para reali!ar el cambio.

-or tanto, e+iste una unci#n de estado que identifcamos como laenergía interna. El trabajo reali!ado sobre el sistema es 9. -or tanto, el

cambio de la energía interna durante una transormaci#n adiabática es :E ; 9. El sistema también puede variar su energía sin reali!ar trabajomecánico, se transfere de otra orma, como calor.

<efnici#n de calor% "a cantidad de calor = absorbido por un sistema esel cambio en su energía interna que no se debe al trabajo.

"a conservaci#n de energía será% : E ; = > 9

?



0i reali!amos variaciones cuasiestáticas 2p.ej., de volumen3escribiremos% @ 9 ; & p dA

0i movemos el pist#n muy rápido el gas no ará trabajo sobre el pist#n y@ 9 B C aunque varíe el volumen.

Dsamos d para una dierencial 2propia3 que depende s#lo del cambio deestado. Dsamos @ para indicar una dierencial 2impropia3 que tambiéndepende del proceso usado para cambiar el estado.

-or tanto se escribe% d E ; @ = > @ 9.

*egunda &e' de la Termodin)mica

"a base de esta ley es el eco de que si me!clamos partes iguales dedos gases nunca los encontraremos separados de orma espontánea enun instante posterior.

Enunciado de 1lausius% o ay ninguna transormaci#n termodinámicacuyo /nico eecto sea transerir calor de un oco río a otro caliente.

Enunciado de Felvin% o ay ninguna transormaci#n termodinámicacuyo /nico eecto sea e+traer calor de un oco y convertirlo totalmenteen trabajo.

"a segunda ley proporciona la base para el concepto termodinámico deentropía.

-rincipio de má+ima entropía% E+iste una unci#n de estado de losparámetros e+tensivos de cualquier sistema termodinámico, llamadaentropía 0, con las siguientes propiedades% '. los valores que toman lasvariables e+tensivas son los que ma+imi!an 0 consistentes con losparámetros e+ternos, *. la entropía de un sistema compuesto es la sumade las entropías de sus subsistemas. 2*G y G postulados de 1allen3

Tercera &e' de la Termodin)mica

6eorema de erst% Dna reacci#n química entre ases puras cristalinasque ocurre en el cero absoluto no produce ning/n cambio de entropía.

Enunciado de erst&0imon% El cambio de entropía que resulta de

cualquier transormaci#n isoterma reversible de un sistema tiende a ceroseg/n la temperatura se apro+ima a cero.

Enunciado de -lancH% -ara 6BC, la entropía de cualquier sistema enequilibrio se apro+ima a una constante que es independiente de lasdemás variables termodinámicas.

I



6eorema de la inaccesibilidad del cero absoluto% o e+iste ning/nproceso capa! de reducir la temperatura de un sistema al cero absolutoen un n/mero fnito de pasos.

4G -ostulado de 1allen% "a entropía de cualquier sistema se anula en elestado para el cual

J



*igni+cado de #ariables.

K



• &e' de ,eton de la iscosidad: τ =− μ dx

dy

τ : <ensidad de ujo de cantidad de movimiento en estado

estacionario Hg,m&*

μ : Aiscosidad 2cp3,2Hgm m&' seg&' 3dx % Esuer!o cortante

dy : 0uperfcie de un uido

&e' de Fourier:Q

A=− K

dT

dx

Q : Aelocidad constante de ujo de calor a través de las láminas

A: Lrea de material s#lido

K : 1onstante de proporcionalidad, es la conductividad térmica

dT % Aariaci#n de temperatura

dx : <istancias entre las láminas paralelamente separadas

0e aplica para valores sufcientemente pequeños, se cumple sientre las láminas ay líquido o gas.

&e' de Fic/: f =− D dc

dx

D : <iusividad 2cm*seg&'3

dc

dx=¿ Mradiente de concentraci#n.

atomos

cm3cm

0Cu)les son los estados de agregación de la materia2

"a materia tiene 2por lo menos3 siete estados de agregaci#n% sólido$líuido$ gaseoso$ plasma$ condensado 4ose-Einstein$

condensado fermiónico ' supersólido.

Dn cuerpo s#lido es uno de los estados de agregaci#n de la materia másconocidos y observables. 0e caracteri!a porque opone resistencia acambios de orma y de volumen. 0us partículas se encuentran juntas ycorrectamente ordenadas. "as moléculas de un s#lido tienen una grancoesi#n y adoptan ormas bien defnidas.

'C



El líquido es un estado de agregaci#n de la materia en orma de uidoaltamente incompresible lo que signifca que su volumen es, bastanteapro+imado, en un rango grande de presi#n. Es el /nico estado con unvolumen defnido, pero no con orma fja. Dn líquido está ormado porpequeñas partículas vibrantes de la materia, como los átomos y las

moléculas, unidas por enlaces intermoleculares.0e denomina gas al estado de agregaci#n de la materia en el cual, bajociertas condiciones de temperatura y presi#n, sus moléculasinteraccionan solo débilmente entre sí, sin ormar enlaces moleculares,adoptando la orma y el volumen del recipiente que las contiene ytendiendo a separarse, esto es, e+pandirse, todo lo posible por su altaenergía cinética. "os gases son uidos altamente compresibles, quee+perimentan grandes cambios de densidad con la presi#n y latemperatura.

El plasma es un estado parecido al gaseoso, pero mientras un gas estáormado por partículas neutras, el plasma está ormado por ionesseparados entre sí. -or esto, el plasma es un gran conductor eléctrico ymagnético. Dn ejemplo de plasma es el contenido de las lámparasuorescentes. El 0ol también está ormado por plasma.

El estado condensado de Nose&Einstein se podría considerar el estado Cde la materia 2si los ordenamos por la temperatura a la que se dan3, yaque se da en partículas bos#nicas 2o que se comportan como lasmismas3 cuando se acercan al cero absoluto, que es la menortemperatura que un cuerpo puede alcan!ar.

-ara poder ormar un condensado, las partículas se deben encontrar enel mismo estado cuántico 2como los bosones del condensado Einstein&Nose3, entonces seg/n -auli no podría e+istir el estado de condensadoermi#nicoO -ero, de eco, e+iste. En *CC4, se consigui# reducir astacasi el cero absoluto la temperatura de átomos de potasio 2que sonermi#nicos3 consiguiendo así que estos se juntaran muy brevemente yormaran un nuevo condensado y estado de la materia. o se conocenmucas propiedades de este estado.

Estado en el que la materia presenta propiedades de s#lido y de líquido

a la ve!, el estado supers#lido. Este estado se obtuvo también en *CC4,enriando átomos de elio&4 casi al má+imo, consiguiendo así unapelícula s#lida. 0eg/n se seguía enriando, se observaba que algunosátomos de elio se despla!aban sobre la película sin adquirir energía porricci#n 2superuide!3. 0e llam# supers#lido a este estado porque Psecomporta como un superuído pero a la ve! está en estado s#lidoQ.

''



0Cu)ntos tipos de #iscosidad e5isten$ como se calculan los diferentestipos ' adem)s con ue instrumentos se puede calcular2

iscosidad !bsoluta o 6in)mica

"a viscosidad absoluta es una propiedad de los uidos que indica lamayor o menor resistencia que estos orecen al movimiento de suspartículas cuando son sometidos a un esuer!o cortante. )lgunasunidades a través de las cuales se e+presa esta propiedad son el -oise2-3,el -ascal&0egundo 2-a&s3 y el centi -oise 2c-3, siendo las relacionesentre ellas las siguientes% '-a&s ; 'C - ; 'CCC c-. "a Aiscosidad

)bsoluta suele denotarse a través de la letra griega μ .Es importante

resaltar que esta propiedad depende de manera muy importante de latemperatura, disminuyendo al aumentar ésta.

Dno de los equipos diseñados para determinar esta propiedad es el

Aiscosímetro 0tormer. En este equipo se introduce la sustancia a anali!aren el espacio comprendido entre un cilindro fjo 2e+terno3 y uno m#vil2rotor interno3. El rotor es accionado a través de unas pesas y se mide eltiempo necesario para que este rotor gire 'CC veces. (ientras mayor esla viscosidad de la sustancia, mayor es su resistencia a deormarse ymayor es el tiempo necesario para que el rotor cumpla las 'CCrevoluciones. -uede demostrarse a través del análisis del en#meno y delas características constructivas del equipo que la Aiscosidad )bsolutaen c- es ; C,C*?*J*IRmRt, donde m es la masa colocada en el cuelga&pesas y t el tiempo en segundos necesario para que el rotor de las 'CCrevoluciones.

iscosidad Cinem)tica

"a Aiscosidad 1inemática es la relaci#n entre la viscosidad absoluta y ladensidad de un luido. Esta suele denotarse como S, por lo cual S ;

T . )lgunas de las unidades para e+presarla son el m2

Ts, el stoHe

20t3 y el centistoHe 2c0t3, siendo las equivalencias las siguientes% ' m2

Ts;'CCCC 0t ; '+' 06

c0t. $magínese dos uidos distintos con igual

viscosidad absoluta, los cualesse arán uir verticalmente a través deun orifcio. )quél de los uidos que tenga mayor densidad uirá másrápido, es decir, aquél que tenga menor viscosidad cinemática.

'*



Dno de los dispositivos e+istentes para allar esta propiedad es elAiscosímetro 0aybolt 2fgura*3, en el cual la muestra a anali!ar seintroduce en un cilindro con un orifcio en su parte inerior 2de 'TJ o 'T'?U3. El uido se deja escurrir a través del orifcio y se mide el tiempo. -aralas sustancias poco viscosas se usa el orifcio de 'T'?U y el tiempo

medido es denominado 0egundos 0aybolt Dniversal 200D3, mientras quepara los uidos más viscosos se utili!a el orifcio de 'TJU y el tiempocuantifcado es llamado 0egundos 0aybolt 5urol 20053. -ara transormarestos 00D o 005 a las unidades convencionales de viscosidadcinemática, se pueden usar las siguientes ecuaciones% S ; 00DT4,?4I ;005TC,4I'I.

'

Documents

Fenomenos de Transporte.docx