Introducción al curso

Fluidodinámica

El curso

El curso representa una introducción a la mecánica de los fluidos

Partimos de la base de que la ingeniería consiste en la aplicación del conocimiento científico para encontrar soluciones reales a problemas de importancia práctica

Intentamos hacer énfasis entre la realidad

y

los modelos matemáticos de la realidad con que trabajamos

Teniendo un enfoque `ingeniería química´

Mecánica de los fluidos y fluidodinámica

Mecánica: estudio de fuerzas y movimientos

Mecánica de los fluidos: estudio de fuerzas y movimientos en fluidos

La fluidodinámica es una sub-disciplina de la mec. de fl. que se ocupa de flujo o movimiento de fluido

¿Qué es un fluido?

Qué es un fluido?

Sustancias que se deforman de manera continua (fluye) bajo la aplicación de un esfuerzo tangencial (esfuerzo de corte o rasante)

Fluidodinámica: aplicaciones

La mecánica de fluidos tiene un gran rango de aplicaciones, no solo en diferentes áreas de la ingeniería, sino también en otras disciplinas (hidráulica, meteorología, astronomía, biología, flujo multifase, electroquímica)

Principios que se utilizan en la resolución de problemas

Conservación de la masa

1ra ley de la termodinámica (conservación de la energía)

2da ley de la termodinámica

Ley de Newton de movimiento (F = ma)

Métodos que se utilizan en la resolución de problemas

Los mismos utilizados en mecánica o termodinámica

Propiedades relevantes

Densidad (Compresibilidad)

Tensión superficial

Viscosidad (o en forma más general reología)

viscosidad

0=

dV dy

n<1 pseudoplásticos

n=1 newtoniano

n> dilatante

𝜇 =𝜏

Τ𝑑𝑣 𝑑𝑥

𝜏 = 𝜇𝑑𝑣

𝑑𝑥

𝑛

Ley de potencia

Dependencia con el tiempo de aplicación del esfuerzo rasante

Otras formas de determinar “viscosidad”

Fluidos en la industria de procesos

¿Qué es un proceso de transformación?

Unidad de

procesamiento

Materias

primasProductos

Materiales

Equipos

Energía

Mano de obra

TiempoEnergía

¿Porqué usamos fluidos dentro de planta?

Vehículo de transporte de materia

Facilidad de dosificación de productos

Lubricante entre sólidos que se mueven

Mejor contacto entre sustancias que interactúan, por tanto mayor velocidad de procesos (reacción química, intercambio de calor)

Mayor facilidad de mezcla entre sustancias

Fluidos más comúnmente usados en la industria

Agua

Vehículo de transporte para sustancia de interés

Vehículo para intercambio de calor

Función mecánica para lavado

Transporte de energía

Fluidos más comúnmente usados en la industria

Aire

Vehículo de transporte para sustancia de interés

Vehículo para intercambio de calor

Portador de oxígeno

Transporte de energía

Transmisión de señales

Fluidos más comúnmente usados en la industria

Derivados del petróleo

Combustible

Solvente

Reactivo

Manipulación de fluidos

Manipulación de fluidos

Flujo sin confinar

Manipulación de fluidos

Agitación

Manipulación de fluidos

Flujo en canales

Manipulación de fluidos

Lo que veremos en el curso

Transporte de fluidos en conducciones cerradas (1)

Conducciones

Impulsores

Elementos para medir el flujo

Elementos para regular/controlar el flujo

Transporte de fluidos en conducciones cerradas (2)

Se analizará casos de

Flujo de fluidos incompresibles

Flujo de fluidos compresibles

Flujo en varias fases

Transporte de fluidos en conducciones cerradas (2)

Teoría

Descripción del equipamiento

Selección del equipamiento

Diseño de sistema

Medición y control

Ejemplo (1)

Distribución de agua en un edificio de apartamentos

Objetivo

Necesitamos alimentar el edificio (apartamentos desde planta baja al último piso), con presión mínima necesaria, aún en picos de consumo

Datos

promedio de consumo familia ‘tipo’ 16 m3/mes

Número de apartamentos

Número de pisos del edificio (altura)

Problemas a resolver

Capacidad de satisfacer demanda muy variable

Diseño de reservorios

Diseño de tuberías

Selección del sistema de impulsión

Ejemplo (2)

Planta de producción de energía eléctrica

Quemado de combustible

El calor se utiliza para generar vapor

El vapor mueve la turbina que está acoplada al generador de corriente

Domo

combustible aire

Gases de combustión

Agua tratada

Vapor

Vapor

Problemas a resolver

Selección de impulsores (bombas de combustible, agua tratada y condensado, fluidos de enfriamiento, sopladores de aire, compresores)

Diseño de tuberías para combustible, condensado, ...

Diseño de tuberías para gases

Medición y control de presiones, caudales, temperaturas

Diseño de recipientes contenedores

Operación y mantenimiento de equipos

Fluidodinámica?

Lecturas

http://www.brookfieldengineering.com/learning-center/learn-about-viscosity/what-is-viscosity

Preguntas

La mayonesa es una emulsión de una fase acuosa y una no acuosa ¿qué fuerza estabiliza dicha emulsión?

¿Qué impulsa el transporte de savia a través de los capilares de un planta?

¿Porqué los huracanes tienen distinto sentido de giro en el hemisferio norte y sur?

¿A qué se debe la estructura de bandas y zonas de la atmósfera de Júpiter?