Guía docente de Fenómenos de Transporte (M43/56/3/1)

Mecanismo de transporte molecular y estimación de las difusividades del transporte de cantidad de movimiento, calor y materia. Cálculo de distribuciones de velocidad, temperatura y concentraciones. Turbulencia. La capa límite. Transporte convectivo. Coeficientes de transporte. Analogías entre los transportes de cantidad de movimiento, calor y materia.

• Adquirir los conocimientos fundamentales del transporte de una propiedad extensiva, tanto de forma general como particularizada a los casos del transporte de cantidad de movimiento, calor y materia.
• Entender los mecanismos de transporte molecular y convectivo, resaltando en todo momento las similitudes que existen entre los transportes de cantidad de movimiento, energía y materia.
• Enunciar y desglosar las leyes de conservación, tanto en su forma diferencial como en su forma integral, particularizando en casos concretos.
• Cuantificar la velocidad de transferencia a través de las leyes del transporte molecular y aplicarla a la obtención de las distribuciones de velocidad, temperatura y concentración en sólidos o durante el flujo laminar de un fluido, en régimen estacionario y transitorio.
• Estimar las propiedades del transporte molecular mediante teorías o correlaciones empíricas.
• Entender el concepto de promedio temporal y fluctuación de propiedades y aplicarlos en las ecuaciones de conservación.
• Entender las teorías fenomenológicas de la turbulencia y la teoría de la capa límite.
• Utilizar los conceptos de coeficientes individual y global de transporte para evaluar la velocidad de transferencia convectiva de una propiedad en una fase o a través de una interfase y aplicarlo al diseño de operaciones y procesos de la Ingeniería Química.
• Aplicar el análisis dimensional en la estimación de los coeficientes de transporte.
• Enunciar y aplicar las analogías entre fenómenos de transporte.

BLOQUE I: INTRODUCCION A LOS FENÓMENOS DE TRANSPORTE -TRANSPORTE DE CANTIDAD DE MOVIMIENTO

1. Introducción a los fenómenos de transporte: Fenómenos de transporte en Ingeniería Química. Niveles de descripción de los fenómenos de transporte. Nomenclatura.
2. Viscosidad y mecanismos de transporte de cantidad de movimiento: Ley de viscosidad de Newton. Generalización de la ley de Newton. Dependencia de la viscosidad con la presión y la temperatura. Transporte de cantidad de movimiento por convección.
3. Balances de cantidad de movimiento en envolturas y distribuciones de velocidad para flujo unidimensional en régimen laminar en estado estacionario: Balances de cantidad de movimiento en envolturas y condiciones límite. Flujo de una película descendente. Flujo a través de un tubo circular. Flujo entre dos tubos concéntricos. Flujo de dos fluidos inmiscibles adyacentes.
4. Ecuaciones de conservación en sistemas isotérmicos: Ecuación de continuidad total. Ecuación de movimiento. Ecuaciones de conservación en términos de la derivada sustancial. Uso de las ecuaciones de conservación para la resolución de problemas. Análisis dimensional de las ecuaciones de conservación.
5. Transporte de cantidad de movimiento en flujo turbulento: Introducción al flujo turbulento. Ecuaciones de conservación promedias. Introducción a los coeficientes de transporte individuales y globales. Coeficiente de transporte de cantidad de movimiento y factor de fricción.
   
   BLOQUE 2: TRANSFERENCIA DE MASA
    
6. Fundamentos y conceptos generales de la transferencia de masa. Primera ley de Fick de la difusión. Velocidades de las especies en difusión. Cálculo de difusividades. Segunda ley de Fick para la difusión.
7. Ecuaciones de continuidad para distintas geometrías. Condiciones de contorno más comunes. Etapas para la resolución de problemas de difusión. Difusión molecular en estado estacionario.
8. Difusión molecular en estado estacionario con reacción química. Reacción química heterogénea. Reacción química homogénea.
9. Difusión molecular en estado no estacionario. Métodos de separación de variables y transformadas de Laplace. Difusión molecular en estado no estacionario en medio finito en condiciones de resistencia superficial despreciable. Gráficos concentración-tiempo para geometrías simples.
   
   BLOQUE 3: TRANSFERENCIA DE CALOR
    
10. Transporte por conducción. Conductividad térmica, cálculo y estimación. Ecuaciones para sistemas no isotérmicos. Conducción con generación. Conducción en estado no estacionario multidimensional.
11. Transporte convectivo. Coeficientes de transporte. Convección forzada y libre. Coeficientes de convección en distintas geometrías.
12. Analogías entre transporte de cantidad de calor y transporte de materia y cantidad de movimiento.

Seminarios/Talleres
Desarrollo de ejercicios aplicados con MatLab/Octave para transporte de cantidad de movimiento y calor.

• Fenómenos de Transporte, 2ª Edición. R.B. Bird, W.E. Stewart y E.N. Lightfoot, Limusa Wiley (2012).
• Advances Transport Phenomena, Analysis, modelling and computations. P.A. Ramachandran, Ed. Cambridge University Press (2014).
• Operaciones básicas de la ingeniería química. V. Bravo Rodríguez et al. (1997, 2003).
• Ingeniería química. vol 2. Fenómenos de Transporte. E. Costa Novella et al., Ed. Alhambra Universidad (1984).

• Perry´s Chemical Engineers’ Handbook, 8th Ed. McGraw-Hill (2008).
• Coulson & Richardson's Chemical engineering. vol 1. Fluid Flow, Heat Transfer and Mass Transfer, 6ª Ed. Coulson et al., Butterworth-Heinemann (1999).
• Transport phenomena fundamentals, 2nd Ed. Joel L. Plawsky, CRC Press – Marcel Dekker (2009).
• Transport phenomena, 2nd Ed. W. J. Beek et al., McGraw-Hill (1999).
• Fundamentals of Momentum, Heat and Mass Transfer, 6th Ed. J. Welty et al., Wiley (2015).
• Transferencia de calor. Holman, J. McGraw-Hill Interamericana de España, (2002).
• Principles of heat and mass transfer (7th ed.). Incropera, F. John Wiley & Sons, (2013).

Trabajos y actividades de clase, 50% (Competencias: CG1, CB6, CB7, CB8, CB9, CB10, CG5, CT3, CE1, CE2):

• Transporte de cantidad de movimiento: 1 punto
• Transferencia de masa: 1.67 puntos
• Transferencia de calor: 2.33 puntos

Pruebas escritas, 50% (Competencias: CG1, CG5, CB6, CB9, CE1, CE2)

• Transporte de cantidad de movimiento: 2.33 puntos
• Transferencia de masa: 1.67 puntos
• Transferencia de calor: 1 punto

• Prueba teórico-práctica sobre todo el contenido impartido, 70%
• Prueba escrita sobre los trabajos/seminarios y prácticas desarrollados, 30%

• Prueba teórica sobre el temario detallado de la asignatura, 50%
• Prueba práctica sobre el temario detallado de la asignatura, 50%