Operaciones Sólido - Fluido 2014 Cap 1-2
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Operaciones slido - fluido Flujo alrededor de
objetos sumergidos
Transporte de
interfase
Clasificacin
Sedimentacin
Filtracin
- Bird
-Matteson y Orr Filtration. Principles and Practices
-Geankoplis - Procesos de transporte y operaciones unitarias
-Mc Cabe - Operaciones Unitarias en Ingenieria Quimica
-MANUAL DE FILTRACIN. &. SEPARACIN. Fernando Concha
- Diferentes papers.
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Programa
Cap 1: Flujo alrededor de objetos
- Introduccin
- Definicin de fluido. Propiedades
- Ecuaciones de continuidad y movimiento
- Ecuaciones de Navier-Stokes y Euler
- Aplicaciones. Flujo reptante en esfera
- Flujo potencial bidimensional.
- Capa lmite.
Cap.2: Transporte de interfase
- Flujo alrededor de objetos
- Fuerzas de arrastre y sustentacin
- Factores de friccin
- Flujo a travs de lechos rellenos
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Continuacin programa
Cap. 3: Clasificacin
-Equipos
-Factor de friccin y velocidad lmite
-Criterios de separacin
Cap. 4: Sedimentacin
-Sedimentacin de partculas esfricas
-Velocidad de sedimentacin de suspensiones
de esferas y de partculas no esfricas
-Sedimentacin en un medio continuo
-Aplicaciones al diseo de espesadores
Cap. 5: Filtracin
-Equipos
-Ecuacin fundamental de filtracin
-Filtracin a presin constante y a caudal constante
-Filtracin a caudal y presin variables
-Balances de materia
-Lavado de tortas. Ciclo de filtracin
-Filtracin continua
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Evaluacin Taller 1: Exposicin e informe artculo ISI:
semanalmente (25%)
Taller 2a: Resolucin de ejercicios
Taller 2b: Diseo de un sedimentador (25 %)
Prueba escrita. 17 de mayo (50 %)
Clases: Viernes 15:00 a 18:30 hrs Das: 11, 25 Abril 9, 16, 23 , 30, Mayo, 6 Junio
Preguntas sobre conceptos y fundamentos tericos, que supondr el 50% de la calificacin final, y de un
ejercicio prctico, compuesto por varios problemas y/o casos prcticos, que supondr el 50% de la
calificacin final del examen.
Prueba escrita
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Taller 1
Buscar bibliografa en base de datos Biblioteca UA
Seleccionar un artculo cientfico que este relacionado con
operaciones slido-fluido (filtracin, sedimentacin,
centrifugacin, clasificacin, distribucin de velocidades, etc.)
Preparar informe estructura de artculo cientfico [Resumen-
Procedimiento experimental Resultados Discusiones
Conclusiones y Referencias (mx. 4 hojas)]
Exponer el artculo (15 minutos aprox. y 5 min. preguntas)
Da de la exposicin : semanalmente
http://www.uantof.cl/biblioteca/pages/servDigitales.html
http://www.sciencedirect.com/science?_ob=HomePageURL&_method=userHomePage&_lg=Y&_acct=C000049581&_version=1&_urlVersion=0&_userid=966471&md5=80f6710cf2ab6b3d98c9506d7ecaec96 -
Captulo 1
Flujo alrededor de objetos
sumergidos
-
Interesa la velocidad
relativa slido - fluido
INTRODUCCION
Operaciones (filtracin, sedimentacin, centrifugacin),estn basadas en el flujo
alrededor de cuerpos sumergidos en el seno del fluido.
Las fuerzas que intervienen en estas operaciones:
fuerzas de gravedad
centrfugas
flotacin,
fuerzas mecnicas asociadas al propio movimiento del fluido
Todas estas fuerzas determinan la velocidad relativa entre el fluido y el slido la
velocidad de desplazamiento o separacin fluido-slido.
Circulacin de fluidos a travs de un lecho de slidos
Filtracin, intercambio inico
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Operaciones slido -fluido
Clasificacin (neumtica e hidrulica)
Sedimentacin
Filtracin
Centrifugacin
Reactores heterogneos
Cristalizacin
Lixiviacin
Absorcin y desorcin
Adsorcin e intercambio inico
Humidificacin
Secado
Mezclado, etc.
Clasificacin
Operaciones
Unitarias
-
Tienen como objetivo modificar las condiciones de una
determinada unidad de masa para conseguir una finalidad.
Esta modificacin se puede conseguir:
- Modificando su masa o composicin.
- Modificando su nivel o cantidad de energa.
- Modificando las condiciones de movimiento: velocidad.
OPERACIONES O PROCESOS UNITARIOS
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Galaxia Remolino
Masa
Energa
Ondas 2E mc
E h
Propiedades conservativas
Masa
Energa
Cantidad de movimiento lineal
Momento angular
Equivalencia
m y E
-
Nivel atmico
Nivel galctico
Nivel de lo que
observamos
Propiedades conservativas
- Masa
- Energa
- Cantidad de movimiento
- Momento angular
-
Niveles de transporte
Nivel molecular Ecuaciones , k, DAB
Nivel microscpico Perfiles vel, T, ConcentracionA
Nivel macroscpico Diseo y operacin de equipos
-
Nivel microscpico
-
1
2
Nivel macroscpico
-
Masa
Masa
Masa
1.2) Definicin de fluido
Fuerza de traccin
Fuerza de compresin Fuerza de corte
A
FEsfuerzo
cortante
A
FP
Presin
F fuerza
tangencial
Existen distintas fuerzas que actan sobre los cuerpos
Fuerza paralela a la superficieesfuerzo de corte
rea en que acta
-
A
FEsfuerzo cortante
Cuando se aplica un esfuerzo cortante a un slido, este puede deformarse,
romperse o quedar igual
Slido
F
Slido
F
Los materiales que son fluidos no pueden resistir permanentemente una fuerza
de corte, no importando cuan pequea sea sta. Cuando son sometidos a dichas
fuerzas ellos comienzan a moverse y continan en movimiento mientras se aplica
la fuerza (es decir fluyen). Dentro de este contexto el trmino fluido es general,
incluyendo tanto a liquidos como a gases
Fluido es una sustancia que se deforma continuamente, cuando est sometida a
un esfuerzo de corte o tangencial. De esta definicin se desprende que un fluido
en reposo no soporta ningn esfuerzo de corte.
PARA DIFERENCIAR SLIDOS Y FLUIDOS
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Viscosidad
Tensin superficial
Presin
Densidad,
Peso especfico,
Definiremos las de mayor importancia en mecnica
de fluidos:
Propiedades de Fluidos:
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1.3) Algunas propiedades fsicas de los fluidos
V
ma) Densidad
1) De bibliografa: tablas, nomogramas
2) Estimarlo de ecuaciones
3) Determinacin experimental
S necesito un dato de densidad como lo obtengo?
Para gases la densidad disminuye con la temperatura y aumenta con la presin
Para lquidos la densidad disminuye con la temperatura (la presin no afecta)
TR
PMGas Ideal: Muestra dependencia rho
de P y T
Picnmetro
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En un ducto de ventilacin circula aire a 20 C y P =
1.1 atm. Cul es la densidad del aire?
Ejemplo 1
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b) Presin
A
FP F = Fuerza de compresin, normal al rea A
P atmosfrica
Agua
F
2
2
/Fuerza M L tP
rea L
2 21 760 1.033 14.7
f fkg lbatm mm Hg
cm pie
Pg
z
0 0 0P P g z z P g h
Si densidad es constante:
Presin hidrosttica Por qu un buzo o un submarino estn sometidos a mayor presin mientras mayor sea la profundidad a que se encuentren?
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Tres vasos contienen agua hasta el mismo nivel. Cmo es la presin que el agua
ejerce en el fondo de cada uno de ellos?
-
Por qu pasa esto?