Sylabus BQJ-1008

Syllabus

BQJ-1008 FENÔMENOS DE TRANSPORTE I

DR. EDUARDO MAY OSIO

emay@itescam.edu.mx

Semestre	Horas Teoría	Horas Práctica	Créditos	Clasificación
5	4	2	6	Ingeniería Aplicada

Prerrequisitos

El alumno debe de contar con los siguientes prerrequisitos:

Comprender y aplicar el Principio Fundamental del Cálculo.
Diferenciar e integrar funciones. Aplicar las operaciones del álgebra vectorial.
Aplicar los métodos numéricos.
Realizar balances macroscópicos de materia y energía.
Aplicar la trasformada de Laplace para resolver ecuaciones diferenciales ordinarias.

Competencias

Atributos de Ingeniería

Normatividad

Respetar en todo momento a sus compañeros y maestros de clases.
La tolerancia de entrada al aula es de 10 minutos. Después de este tiempo se considera retardo.
Cada alumno debe traer su propia calculadora y sus propios formularios y tablas de conversiones.

Materiales

Calculadora y tablas de conversiones por alumnos.

Bibliografía disponible en el Itescam
Título	Autor	Editorial	Edición/Año	Ejemplares
Manual del ingeniero químico /	Perry, Robert H.	McGraw-Hill,	7a. / 2001.	31	-
Ecuaciones diferenciales y problemas con valores en la frontera /	Boyce, William E.	Limusa Wiley,	5a. / 2010.	3	-
Ingeniería química : Soluciones a los problemas del tomo II /	Coulson, J.M.	Reverté,	1982.	1	-

Parámetros de Examen
PARCIAL 1	De la actividad 1.1.1 a la actividad 2.2.4
PARCIAL 2	De la actividad 3.1.1 a la actividad 4.2.3

Contenido (Unidad / Competencia / Actividad / Material de Aprendizaje)
1. Fundamentos del transporte de cantidad de movimiento. 1.1. Analiza los diferentes tipos de fenómenos de transferencia para visualizar sus similitudes. 1.1.1. Deducir la ley de Newton de la Viscosidad y conceptualizar a la viscosidad como el parámetro de transporte de cantidad de movimiento. Derivadas parciales. (640000 bytes) Manual de prácticas de Fenómenos de Transporte I de IBQ (196970 bytes) Planeación didáctica unidad I (39648 bytes) 1.1.2. Caracterizar reológicamente un fluido. Caracterizar reológicamente un fluido (341833 bytes) 1.2. Deduce la ley de Newton de la viscosidad para entender la relación entre la velocidad de corte y el esfuerzo cortante en fluidos simples. 1.2.1. Estimar la viscosidad de gases y líquidos usando correlaciones y otras propiedades del fluido problema. EDP elípticas, parabólicas y cilíndricas. (640000 bytes) 1.2.2. Explicar el principio de los mecanismos de transferencia y definir la analogía entre la transferencia de cantidad de movimiento, calor y masa. Explicar el principio de los mecanismos de transferencia y definir la analogía entre la transferencia de cantidad de movimiento, calor y masa. (2252288 bytes) 1.3. Caracteriza reológicamente un fluido para conocer su comportamiento de flujo. 1.3.1. Utilizar un prototipo (un cubo por ejemplo) para ilustrar los diversos esfuerzos que puede estar sujeto un elemento diferencial del fluido. Métodos analíticos. (640000 bytes) 1.3.2. Investigar los diferentes tipos de fluidos no newtonianos y sus modelos matemáticos (plástico de Bingham, pseudoplásticos, dilatante, tixotrópicos, reopécticos y viscoelásticos) y relacionarlos con diversos fluidos biológicos. Investigar los diferentes tipos de fluidos no newtonianos y sus modelos matemáticos (plástico de Bingham, pseudoplásticos, dilatante, tixotrópicos, reopécticos y viscoelásticos) y relacionarlos con diversos fluidos biológicos. (2252288 bytes) 1.4. Estima la viscosidad de gases y líquidos, usando correlaciones y otras propiedades, del fluido problema, para su uso posterior en el diseño de procesos. 1.4.1. Investigar y discutir tablas con valores publicados de parámetros reológicos de fluidos biológicos (alimentos entre otros). Métodos analíticos. (640000 bytes) Métodos analíticos. (291328 bytes) 1.4.2. Estimar la viscosidad de gases a baja y alta densidad, líquidos y mezclas y compararlas con los valores experimentales reportados. Construir en Excel o lenguaje de programación algoritmos seleccionados para la estimación de viscosidad en gases y líq. Estimar la viscosidad de gases a baja y alta densidad. (319522 bytes)
2. Análisis en Flujo Laminar. 2.1. Aplica el balance microscópico de cantidad de movimiento, junto con un modelo reológico del fluido, para obtener perfiles de velocidad en diversos sistemas en donde intervenga el movimiento de un fluido. 2.1.1. Realizar comparaciones de resultados en el flujo de un fluido por el interior de un tubo, cuando se emplean los modelos de la Ley de Newton, Ley de la Potencia y Herschel-Bulkley. Aplicaciones. (438420 bytes) Planeación didáctica unidad II (39370 bytes) 2.1.2. Construir en Excel un simulador sencillo del flujo de un fluido por el interior de un tubo, graficando su perfil de velocidad, apreciando el efecto de la variación del radio, de la caída de presión de la viscosidad, entre otros. Construir en Excel un simulador sencillo del flujo de un fluido por el interior de un tubo, graficando su perfil de velocidad, apreciando el efecto de la variación del radio, de la caída de presión de la viscosidad, entre otros. (185851 bytes) 2.1.3. Exponer en seminario la metodología de solución de problemas complejos como flujo de la ley de la Potencia en tubos concéntricos. Exponer en seminario la metodología de solución de problemas complejos como flujo de la ley de la Potencia en tubos concéntricos. (185851 bytes) 2.2. Deduce las expresiones matemáticas del perfil de velocidad, velocidad máxima, flujo volumétrico, flujo másico, velocidad promedio y fuerza que ejerce el fluido sobre las paredes que están en contacto con el fluido, para diversos sistemas geométricos 2.2.1. Exponer en seminario la metodología de solución de problemas complejos como flujo de la ley de la Potencia en tubos concéntricos. Cantidad de movimiento. (438420 bytes) Exponer en seminario la metodología de solución de problemas complejos como flujo de la ley de la Potencia en tubos concéntricos. (1405431 bytes) 2.2.2. Obtener la ley de Hagen-Poiseuille modificada para otros sistemas geométricos y/o reologías del fluido y comparar con la ecuación original. Obtener la ley de Hagen-Poiseuille modificada para otros sistemas geométricos y/o reologías del fluido y comparar con la ecuación original. (1405431 bytes) 2.2.3. Explicar mediante diapositivas la deducción del balance microscópico de cantidad de movimiento, su generalización en notación vectorial, la obtención de las ecuaciones de Navier- Stokes y su desarrollo en sistemas de coordenadas cartesianas, cilíndri deducción del balance microscópico de cantidad de movimiento, su generalización en notación vectorial, la obtención de las ecuaciones de Navier- Stokes y su desarrollo en sistemas de coordenadas. (1405431 bytes) 2.2.4. Usando las ecuaciones de Navier- Stokes, obtener las ecuaciones diferenciales de cantidad de movimiento para diversos casos en 1-D y 2-D. Por ejemplo: obtener las ecuaciones de continuidad y cantidad de movimiento para un fluido que circula por una t obtener las ecuaciones diferenciales de cantidad de movimiento para diversos casos en 1-D y 2-D. (1405431 bytes)
3. Análisis en Flujo Turbulento. 3.1. Establece las características de un flujo turbulento para distinguirlo del flujo laminar. 3.1.1. Emplear videos o animaciones para explicar las propiedades de flujo turbulento. Ecuación general del balance de cantidad de movimiento. Condiciones de frontera usuales. (117741 bytes) Link Analisis dimensional método pi de Bukingham https://www.youtube.com/watch?v=9qLoNFTkSis Planeación didáctica unidad III (39256 bytes) 3.1.2. Usando diapositivas, explicar la obtención de las ecuaciones modificadas de Navier-Stokes para régimen turbulento, haciendo hincapié en el término de los esfuerzos de Reynolds y las diversas maneras para estimarlo. Explicar la obtención de las Ecuaciones modificadas de Navier-Stokes para régimen turbulento. (2102272 bytes) 3.2. Domina la metodología del diseño termodinámico de sistemas de transporte de fluidos para aplicarla en casos específicos. 3.2.1. Presentar y discutir el diagrama del factor de fricción en función del número de Reynolds para sistemas de fluidos, teniendo en cuenta el comportamiento reológico y el régimen. Problemas diversos de transporte de un fluido en régimen laminar tanto con fluidos newtonianos como no newtonianos. Ejemplos. (2102272 bytes) 3.2.2. Realizar experimentos demostrativos de flujo de fluidos en régimen turbulento o utilizar demos disponibles en Internet. 3.3. Calcula el factor de fricción (analítica o numéricamente, según corresponda) en el flujo de fluidos, para aplicarlo en la solución de problemas específicos. 3.3.1. Presentar un seminario sobre análisis dimensional y los métodos disponibles (Método de Rayleigh y Teorema Pi) para hallar los principales grupos adimensionales que caracterizan al flujo de un fluido por el interior de un tubo. Introducción al estado dinámico. (2102272 bytes) 3.3.2. Hacer una investigación sobre las diversas correlaciones que existen para estimar el factor de fricción de Fanning y la manera experimental de calcularlo.
4. La ecuación general de energía mecánica y sus aplicaciones. 4.1. Diseña termodinámicamente, un sistema de transporte de un fluido en una tubería simple o compuesta, para conocer los requerimientos de potencia. 4.1.1. Hacer una presentación con diapositivas sobre la ingeniería de detalle de los sistemas de conducción de fluidos como: calibres normalizados de tubería, tipos de válvulas y otros accesorios como coples, bridas, niples, codos, entre otros; tipos de bom Metodología del diseño de sistemas de transporte de fluidos. La teoría de capa límite. Ecuación de Von- Karman para tubos lisos. (582243 bytes) Planeación didáctica unidad IV (39396 bytes) 4.1.2. Discutir cómo se puede extrapolar la información anterior para el diseño de sistemas de mezclado y/o almacenamiento de fluidos. 4.1.3. Hacer una reseña histórica de la obtención de la Ley de Darcy (propuesta por el ingeniero francés Henri Darcy en 1857). 4.1.4. Construir un simulador en Excel para estimar la potencia de la bomba requerida para impulsar un flujo volumétrico conocido de un fluido newtoniano, a través de una serie de tramos de tubería. 4.2. Conoce las características del flujo de un fluido a través de un medio poroso, para entender sus aplicaciones ingenieriles. 4.2.1. Discutir el problema de flujo newtoniano a través de un medio poroso empleando la ley de Darcy con la corrección de Brinkman. Factor de fricción para flujo en conducciones hidráulicamente lisas o rugosas.Factor de fricción en otros sistemas geométricos. (291960 bytes) 4.2.2. Utilizar un video o una animación para explicar los diversos estadios de la fluidización. 4.2.3. Discutir las aplicaciones de la fluidización como el secado de chicharos y biorreactores de lecho fluidizado, entre otros