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OPERACIONES BASICAS

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Concepto

Distintas etapas con técnicas y principios comunes en las que se divide el estudio de la i ingeniería de proceso. Un estudio de las operaciones unitarias debe considerar los principios técnicos y los aparatos utilizados.

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Procesos de Separación Generalidades�

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ESTATICA DE FLUIDOS

Y SUS APLICACIONES

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Naturaleza de los fluidos Un fluido es una sustancia que no resiste

permanentemente a la distorsión. Si se intenta variar la forma de una masa de fluido se produce un deslizamiento de unas capas de fluido sobre otra hasta que se alcanza una nueva forma.

A una determinada temperatura y presión, un fluido posee una densidad definida, que en la práctica de la ingeniería se mide generalmente en kilogramos por metro cúbico.

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Aunque la densidad de un fluido depende de la temperatura y de la presión, la variación de la densidad al modificar estas variables puede ser grande o pequeña. Si la densidad varía poco por cambios moderados de temperatura y presión, el fluido se denomina no compresible, y si la densidad varía considerablemente con respecto a estas variables, el fluido recibe el nombre de compresible; se considera que los líquidos son no compresibles y los gases son compresibles.

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Presión Un fluido en reposo no puede resistir fuerzas

tangenciales, pues las capas del fluido resbalarían una sobre la otra cuando se aplica una fuerza en esa dirección. Precisamente esta incapacidad de resistir fuerzas tangenciales (esfuerzos de corte) es lo que le da la propiedad de cambiar de forma o sea fluir.

Para estudiar la fuerza que un fluido ejerce sobre la superficie en contacto con él se define la presión p como la magnitud de la fuerza normal por unidad de área de superficie.

P = F/S

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Variaciones de presión en un fluido en reposo

Si un fluido se encuentra en reposo cada una de sus partes se encuentran en equilibrio. Para conocer como varía la presión en esta situación física, analicemos un elemento de ese fluido que tiene la forma que se muestra en la fig.a) y se encuentra ubicado como se muestra en la fig. b)

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Para que ese elemento se encuentre en reposo la suma de todas las fuerzas que actúan sobre él debe ser nula. Por lo tanto:

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Consideremos un líquido contenido en una vasija como se muestra en la fig. Puesto que la presión ejercida en la superficie del líquido es la presión atmosférica tenemos P2 = p0.

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Instrumentos para medir lapresión

Barómetro de Torricelli. Sirve para medir la presión atmosférica, a partir de la altura de la columna de mercurio. La presión en la parte superior del tubo es aproximadamente nula. Las presiones en A y B deben ser iguales a P0 , la presión atmosférica.

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Manómetro. Sirve para medir la diferencia de presión entre la presión atmosférica, y la presión de un gas encerrado en un recipiente. Las presiones en A y B deben ser iguales

P es la presión absoluta. P – P0 es la presión relativa o presión de gauge.

Por ejemplo, la presión que uno mide para inflar las gomas de una bici o un auto, es la presión relativa.

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Decantador gravitatorio continuo. Un decantador gravitatorio como el que se representa en la Figura , se utiliza para la separación continua de dos líquidos no miscibles de densidades diferentes. La mezcla de alimentación entra por un extremo del separador; los dos líquidos fluyen lentamente a través del tanque, se separan en dos capas, y descargan por los rebosaderos situados al otro extremo del separador.

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Decantador centrífugo. Cuando la diferencia de densidades de los dos líquidos es pequeña, la fuerza de la gravedad es demasiado débil para separar los líquidos en un tiempo razonable. La separación puede realizarse entonces en una centrífuga líquido- líquido. Un aparato de este tipo se representa esquemáticamente en la figura. Consta de un recipiente metálico cilíndrico, que en general se dispone verticalmente, y que gira alrededor de su eje a gran velocidad.

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Fenómenos de flujo de Fluido

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Numero de Reynolds

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Flujo Laminar o Estacionario Cada partícula del fluído sigue un camino

suave, y dichos caminos no se cruzan. Además, para un punto dado del espacio la velocidad del fluído al pasar por él será siempre la misma, constante en el tiempo. Ej: Auto en túnel de viento.

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Flujo Turbulento A partir de cierto valor crítico de la

velocidad, el flujo se vuelve turbulento, este tipo de flujo es irregular y caracterizado por los remolinos, como la parte superior del humo del cigarro en la figura.

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Gradiente de Velocidad

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Fluidos Newtonianos y No Newtonianos

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VISCOSIDAD

La viscosidad mide la fricción interna del fluido. Esta fuerza viscosa es la resistencia del fluído a que 2 capas adyacentes del mismo se muevan tangencialmente una respecto a otra. Dado que el movimiento de un fluido es complejo y aún en algunas cosas hay interrogantes abiertas, nos restringiremos al caso de fluido ideal.

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Naturaleza de la Turbulencia

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Separación de la capa limite

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Diagrama de Moody