AMB04_Fenomenos_de_Transporte_Ingenieria

Vista previa del material en texto

(AMB04) Fenómenos de Transporte
• Titular responsable: Dra. Ing. Susana A. Larrondo
• Jefe de Trabajos Prácticos : Ing. Lucía M. Toscani
• Ubicación en el Plan: 6to. cuatrimestre
• Correlativas : CB33 Cálculo Avanzado
CB16 Fisicoquímica
• Carga horaria semanal: 6 horas teórico prácticas.
• Carga horaria cuatrimestral: 96 horas.
05/03/2017 1
Ingeniería Ambiental
(ERG16) Mecánica de los Fluidos
y Transferencia de Calor
• Titular responsable: Dra. Ing. Susana A. Larrondo
• Jefe de Trabajos Prácticos : Ing. Lucía M. Toscani
•Ubicación en el Plan: 6to. cuatrimestre
•Correlativas: CB33 Cálculo Avanzado
CB13 Física II
•Carga horaria semanal: 6 horas teórico prácticas.
•Carga horaria cuatrimestral: 96 horas.
05/03/2017 2
Ingeniería en Energía
(AMB04) Fenómenos de Transporte
(3minutos) Formen cuatro equipos de cuatro
personas. Escriban los nombres en una hoja y
pónganle un nombre al equipo
(ERG16) Mecánica de los Fluidos y 
Transferencia de Calor
(3minutos) Formen dos equipos de cinco personas.
Escriban los nombres en una hoja y pónganle un
nombre al equipo
05/03/2017 3
Contenidos AMB04
Transporte de cantidad de movimiento. Viscosidad y mecanismo molecular
de transporte de cantidad de movimiento. Las ecuaciones de variación para
sistemas isotérmicos. Flujo unidimensional. Flujo multidimensional.
Distribución de velocidad en flujo turbulento. Factores de fricción.
Transporte de energía. Conductividad calorífica y mecanismos de transporte
de energía. Ecuaciones de variación para sistemas no isotérmicos.
Conducción en estado estacionario. Conducción en estado no estacionario.
Transporte de energía por convección.
Transporte de materia. Difusión y mecanismos de transporte de materia. 
Las ecuaciones de variación para sistema de varios componentes. Difusión 
molecular en estado estacionario. Difusión molecular en estado no 
estacionario. Transferencia de materia por convección. Transferencia de 
materia en una interfase. Procesos físicos en el movimiento de solutos. 
Transporte acoplado de calor y masa 
05/03/2017 4
Contenidos ERG16
Transporte de cantidad de movimiento. Viscosidad y mecanismo molecular
de transporte de cantidad de movimiento. Las ecuaciones de variación para
sistemas isotérmicos. Flujo unidimensional. Flujo multidimensional.
Distribución de velocidad en flujo turbulento. Factores de fricción.
Transporte de energía. Conductividad calorífica y mecanismos de transporte
de energía. Ecuaciones de variación para sistemas no isotérmicos.
Conducción en estado estacionario. Conducción en estado no estacionario.
Transporte de energía por convección.
Bombas y turbinas. Clasificaciones y terminología. Bombas. Bombas en serie
y en paralelo. Bombas de desplazamiento positivo. Bombas dinámicas.
Bombas centrífugas. Bombas axiales. Leyes de semejanza para bombas.
Turbinas. Leyes de semejanza para turbina.
05/03/2017 5
Objetivo General
Establecimiento cuidadoso de los principios de 
conservación junto con las expresiones de flujo
Lenguaje de la asignatura: Matemática
Conocimientos previos necesarios
 Vectores
 Ecuaciones diferenciales ordinarias y en derivadas
parciales
 Equilibrio de fases de sustancias puras, energías asociadas a los 
cambios de fase
 Termodinámica: 1° y 2° Principios
05/03/2017 6
Objetivo General
Ambas asignaturas estudian sistemas que se encuentran apartados del 
equilibrio.
Objetivo: Cuantificar los flujos (cantidades transferidas por unidad de 
tiempo y unidad de área) en sistemas apartados del equilibrio.
Las cantidades fundamentales que se pueden transportar son:
1) Cantidad de movimiento (Mecánica de Fluidos)
2) Cantidad de energía (Transferencia de Calor)
3) Cantidad de Materia (Transferencia de Masa) Ing. Ambiental
Turbomáquinas: Ing. en Energía
Este transporte puede ocurrir dentro de un misma fase o entre fases
05/03/2017 7
TPS
THINK: (1 minuto) Piense. Si necesita calentar una pava con agua hasta su 
hervor, siendo las condiciones atmosféricas 25 °C y 1013,25 hPa de presión, 
relacione el tiempo y la variación de entalpía que sufre el agua si el 
calentamiento lo realice en una hornalla grande o si utiliza una vela
PAIR: (3 minutos) Discuta con sus compañeros de equipo y lleguen a un 
acuerdo final sobre el tema.
SHARE: (2 minutos) Comparta con el resto de los equipos el acuerdo al que 
llegaron en el suyo. 
05/03/2017 8
Objetivos de aprendizaje
Obj. 1: Comprender los fenómenos de transferencia que ocurren en procesos mecánicos,
físicos y químicos, por separado y en conjunto.
Obj. 2: Establecer las ecuaciones que gobiernan los fenómenos de transferencia en
diferentes sistemas.
Obj. 3: Plantear balances macroscópicos y microscópicos y analizar las condiciones
iniciales y de contorno en casos que representen sistemas usados en la industria y que
habitualmente se encuentran en la vida profesional.
Obj. 4: Adquirir una visión adecuada resolviendo casos analíticamente simples y analizar
críticamente los resultados obtenidos.
Obj. 5: Comunicar en forma eficiente los aspectos fundamentales de la teoría y cómo 
aplicarlos a resolver problemas.
05/03/2017 9
Resultados del aprendizaje
LO.1: Comprender los fenómenos de transferencia que aparecen en los procesos
mecánicos, físicos y químicos independientes o acoplados regidos por las leyes de
Newton y los teoremas asociados (mecánica), la ley de Fourier (calor), la ecuación de
Navier-Stokes (fluidos), los principios de la Termodinámica.
LO.2: Establecer las ecuaciones integrales y diferenciales que rigen los fenómenos
mecánicos, físicos y químicos en diferentes sistemas, con análisis dimensional y de
unidades.
LO.3: Establecer los balances macroscópicas y microscópicas de momento, energía y
masa, y analizar las condiciones iniciales y límites de la temperatura, el esfuerzo cortante,
la presión y el flujo en varios sistemas.
LO.4: Resolver las ecuaciones integrales o diferenciales obtenidas para casos simples.
Evaluar el impacto de los parámetros en el comportamiento del sistema y estimar los
valores de los parámetros para un comportamiento propuesto del sistema bajo estudio.
LO.5: Presentar en forma oral y escrita la solución de problemas de ingeniería.
05/03/2017 10
Evaluación de los Resultados del aprendizaje
LO.1: Comprender los fenómenos de transferencia que aparecen en los procesos mecánicos, físicos y
químicos independientes o acoplados regidos por las leyes de Newton y los teoremas asociados
(mecánica), la ley de Fourier (calor), la ecuación de Navier-Stokes (fluidos), los principios de la
Termodinámica. exámenes escritos, QUIZ, TPS, OMP
LO.2: Establecer las ecuaciones integrales y diferenciales que rigen los fenómenos mecánicos, físicos
y químicos en diferentes sistemas, con análisis dimensional y de unidades. trabajos prácticos, PBL
LO.3: Establecer los balances macroscópicas y microscópicas de momento, energía y masa, y
analizar las condiciones iniciales y límites de la temperatura, el esfuerzo cortante, la presión y el
flujo en varios sistemas. trabajos prácticos, PBL
LO.4: Resolver las ecuaciones integrales o diferenciales obtenidas para casos simples. Evaluar el
impacto de los parámetros en el comportamiento del sistema y estimar los valores de los
parámetros para un comportamiento propuesto del sistema bajo estudio. exámenes escritos,
trabajos prácticos, PBL
LO.5: Presentar en forma oral y escrita la solución de problemas de ingeniería. presentaciones de los
trabajos prácticos
05/03/2017 11
Evaluación del curso
• La nota de cursada tendrá en cuenta la evaluación continua y periódica basada en: 
• Tests en clase (QUIZ) [5%]
• Trabajos en equipo [25%]
• Dos exámenes escritos (medio término y final) [65%]
• Participación activa en clase y en los trabajos en equipo [5%]
• La nota de cursada se obtiene como un promedio ponderado de estas evaluaciones de 
actividades. Los estudiantes deben aprobar los dos exámenes escritos y los trabajos en 
equipo. En caso de falla en los exámenes pueden repetirlosuna vez. Los exámenes 
escritos se aprueban con un mínimo del 60% bien realizado. 
• Para aprobar la materia, los estudiantes que alcanzaron una nota de 4 (cuatro) o 
superior deben rendir un examen final integrador. Aquellos que obtuvieron una nota de 
7 (siete) o superior pueden elegir dar una presentación sobre un tópico de la materia en 
lugar de rendir el examen final integrador. La nota de la asignatura será la obtenida en 
el Examen final integrador o en la presentación del tópico del curso.
05/03/2017 12
Modelo de Rúbrica con la que se evaluará la participación en clase
05/03/2017 13
A 
(8-10 puntos)
B 
(6 -7 puntos)
C 
(4-5 puntos)
D
(1-3)
Frecuencia y 
Calidad de la 
participación 
Asiste 
regularmente a 
clases y siempre 
participa de la 
discusión, 
planteando 
preguntas 
pensadas, 
analizando los 
puntos más 
importantes, 
construyendo en 
base a las ideas de 
otros 
compañeros, 
aportando por 
medio de lecturas 
y discusiones que 
expanden la 
perspectiva la 
clase.
Asiste 
regularmente a 
clases y muchas 
veces contribuye 
a la discusión del 
modo planteado 
en el caso A
Asiste a clases 
regularmente 
pero raramente 
contribuye a la 
discusión del 
modo planteado 
en el caso A
No asiste a clase 
regularmente y 
nunca contribuye 
a la discusión del 
modo planteado 
en el caso A 
BIBLIOGRAFÍA PRINCIPAL
1- Fundamentos de transferencia de momento, calor y masa, Welty, James R; Wicks,
Charles E; Wilson, Robert E. (Robert Elliott) México: Limusa Wiley, 2011. 2da. Edición.
ISBN: 9681858964
2- Fenómenos de Transporte, Bird Robert, 2ª. Ed. Reverté; 2006, ISBN: 9686708170;
9789686708172
3- Mecánica de Fluidos. Fundamentos y Aplicaciones, Yunus A. Cengel, John M. Cimbala,
1a. Ed., Mc Graw Hill, México, 2012; ISBN: 9786071507792; 9789701056124
4- Transferencia de Calor, Yunus Cengel, 2a. Ed. Mc Graw Hill, México, 2003, ISBN: 970-
1044843
5- Procesos de transporte y principios de separación, Geankoplis, CJ, 4a.Edición, CECSA,
2010, ISBN: 970-2408563.
6- Fluid Mechanics, White F., 7th. Edition, Mc Graw-Hill, New York, USA, 2010, ISBN 978-
0077422417
7- Introduction to Heat and Mass Transfer, Incropera F.P. & De Witt D.P., John Wiley &
Sons Inc, 7th. Edition, New York, USA, 2011, ISBN 978-0470501979.
05/03/2017 14
Conceptos preliminares
1- Método de la Ingeniería
2- ¿Cuáles son las principales ocupaciones de un
Ingeniero Ambiental? ¿Cuáles son las principales
ocupaciones de un Ingeniero en Energía?
3- Principios de la Ingeniería verde (Green Engineering)
4- Sistema de Unidades
05/03/2017 15
MÉTODO DE LA INGENIERÍA
1. PREGUNTAR: identificación del problema
2. RECOLECTAR: recolección de la información necesaria
3. IMAGINAR: búsqueda de soluciones creativas
4. DISEÑAR: de la idea principal al diseño preliminar, a la solución preliminar
5. EVALUAR Y MEJORAR: evaluación y mejorar el diseño, el modelo
6. INFORMAR: preparación de reportes, planos y especificaciones
7. IMPLEMENTAR: implementación del diseño.
05/03/2017 16
INGENIEROS AMBIENTALES e INGENIEROS EN ENERGÍA
TPS (1 minuto, 3 minutos, 2 minutos)
• ¿Cuáles son las principales ocupaciones de un Ingeniero
Ambiental?
• ¿Cuáles son las principales ocupaciones de un Ingeniero en
Energía?
05/03/2017 17
LOS DOCE PRINCIPIOS DE LA INGENIERÍA VERDE
1. INHERENTE MÁS QUE CIRCUNSTANCIAL: Los diseñadores deben asegurar que
todos los materiales y las entradas y salidas de energía sean inherentemente tan
inocuos como sea posible.
2. PREVENCIÓN EN LUGAR DE TRATAMIENTO: Es mejor prevenir la generación de
residuos que tratar los residuos generados.
3. DISEÑAR LAS ETAPAS DE SEPARACIÓN: Las operaciones de separación y
purificación deben diseñarse para minimizar los consumos de energía y de
materias primas.
4. MAXIMIZAR LA EFICIENCIA: Los productos, procesos y sistemas deben diseñarse
para maximizar la eficiencia de la masa, la energía, el espacio y el tiempo.
5. PRODUCCIÓN BAJO DEMANDA: Controlar la producción en función de la
demanda de cada momento sin desperdiciar materias primas y energía.
6. PRESERVAR LA COMPLEJIDAD: Conservar la complejidad y la entropía como una
inversión cuando se diseñan etapas de reciclado, reuso o disposición del
producto al final de su vida útil.
05/03/2017 18
LOS DOCE PRINCIPIOS DE LA INGENIERÍA VERDE
7. DURABILIDAD MÁS QUE INMORTALIDAD (CICLO DE VIDA): Considerar la
durabilidad del producto desde su concepción y diseño hasta su disposición.
8. MINIMIZAR EL EXCESO: Diseñar para las cantidades necesarias, minimizar los
excesos.
9. MINIMIZAR LA DIVERSIDAD DE MATERIALES: Debe minimizarse la diversidad
de componentes en los productos multicomponentes para promover el
desarmado y el reuso de los materiales.
10. INTEGRAR LOS FLUJOS DE MATERIALES Y ENERGÍA: Diseñar productos,
procesos y sistemas que puedan incluir la integración y la interconectividad
con energía y flujos de materias primas disponibles.
11. DISEÑAR PARA LA VIDA PÓSTUMA: Diseñar desde la base teniendo en cuenta
posibles aplicaciones posteriores una vez finalizado su uso original.
12. RENOVALBE MPAS QUE AGOTABLE: Los aportes de materiales y energía
deben ser renovables y limpios.
05/03/2017 19
REFERENCIAS
• Martin A. Abraham and Nhan Nguyen, Green Engineering:
Defining the Principles -- Results from the Sandestin Conference,
Environmental Progress, Vol. 22, N°4, 2004, pags. 233-236
• Paul T. Anastas and Julie B. Zimmerman Design through the 12
Principles of Green Engineering , Environmental Science &
Technology, March 2003, Pgs. 95-101
05/03/2017 20
SISTEMAS DE UNIDADES
El sistema de unidades que utilizaremos es el Sistema Internacional (SI)
cuyas unidades básicas son
El metro: m El kilogramo: kg El segundo: s
Aparecerán a lo largo del curso otros dos
Sistemas el inglés
El pie: ft La libra: Ib El segundo: s
Sistema cgs
El centímetro: cm El gramo: g El segundo: s
El SI se adoptó de manera oficial, aunque aún quedan libros y datos en
sistemas inglés y cgs.
En la Argentina, el correcto uso de las unidades de medida y sus
símbolos ha sido establecido por la Ley 19511/1972 (Ley de Metrología)
Nombre del Sistema: Sistema Métrico Legal Argentino (SIMELA)
05/03/2017 21
SISTEMA INTERNACIONAL
UNIDAD Símbolo Correspondiente a la magnitud
segundo s tiempo
metro m longitud
kilogramo kg masa
kelvin K temperatura termodinámica
ampere A corriente eléctrica
candela cd intensidad luminosa
mol mol cantidad de materia
05/03/2017 22
SISTEMA INTERNACIONAL
Longitud: El metro (m) es la distancia recorrida por la luz en el vacío en 1 / 
299.792.458 s. 
Tiempo: El segundo (s) es la duración de 9.192.631.770 veces el período de la 
radiación correspondiente a la transición entre los dos niveles hiperfinos del estado 
fundamental del átomo de cesio
Masa: El kilogramo (kg) es la masa del prototipo internacional del kilogramo
Mol: El mol (mol) es la cantidad de sustancia de un sistema que contiene tantas 
entidades elementales como átomos hay en 0.012 kg de carbono. Hay que identificar 
las unidades elementales de que se habla (moléculas, átomos, iones, etc.) 
Corriente eléctrica: El ampere (A) es la corriente constante que, si se mantiene entre 
dos conductores paralelos de longitud infinita y sección transversal despreciable, 
situados en el vacío y separados 1 m, produce entre ellos una fuerza de 210-7 N/m. 
Temperatura: El kelvin (K) es 1/273.16 la temperatura termodinámica del punto triple 
del agua. 
Intensidad luminosa: La candela (cd) es la intensidad luminosa, en una dirección 
dada, de una fuente que emite radiación monocromática de frecuencia 540.1012 hertz
y que posee una intensidad radiante en esa dirección de 1/683 watts/estereorradián. 
05/03/2017 23
SISTEMA INTERNACIONAL
• Los símbolos no llevan puntos ni plural.
• En general se escriben con minúsculas, como por ejemplo: m, símbolo
del metro; kg, símbolo del kilogramo; g, símbolo del gramo
• Los que corresponden a nombres propios, comienzan con mayúscula.
En general,éstos son apellidos de científicos que propusieron o
estudiaron la magnitud unidad en cuestión. Por ejemplo: A, símbolo
del ampere, unidad de corriente eléctrica; N, símbolo del newton,
unidad de fuerza, Pa, símbolo del pascal, unidad de presión; Hz,
símbolo del hertz, unidad de frecuencia
05/03/2017 24
SISTEMA INTERNACIONAL
Múltiplos y Submúltiplos
05/03/2017 25