Fenòmens de Transport
Codi: 102398 Crèdits: 6| Titulació | Tipus | Curs | Semestre |
|---|---|---|---|
| 2500897 Enginyeria Química | OT | 4 | 1 |
Professor/a de contacte
- Nom:
- Gloria González Anadón
- Correu electrònic:
- gloria.gonzalez@uab.cat
Utilització d'idiomes a l'assignatura
- Llengua vehicular majoritària:
- català (cat)
- Grup íntegre en anglès:
- No
- Grup íntegre en català:
- Sí
- Grup íntegre en espanyol:
- No
Equip docent
- David Gabriel Buguña
Prerequisits
Haver cursat i superat les materies de la titulació de les àrees de matemàtiques, física, química, així com balanços macroscòpics i aplicacions informàtiques.
Objectius
Establir el model matemàtic que descriu un sistema a partir de les equacions de canvi de quantitat de moviment, matèria i energia.
Resoldre el model del sistema per via analítica o numèrica, i analitzar i interpretar la solució.
Competències
- "Comprendre i aplicar els principis bàsics en què es fonamenta l'enginyeria química, i més concretament: balanços de matèria, energia i quantitat de moviment; termodinàmica, equilibri entre fases i equilibri químic; cinètica dels processos físics de transferència de matèria, d'energia i de quantitat de moviment, i cinètica de la reacció química"
- Aplicar coneixements rellevants de les ciències bàsiques, com són les matemàtiques, la química, la física i la biologia, i també principis d'economia, bioquímica, estadística i ciència de materials, per comprendre, descriure i resoldre problemes típics de l'enginyeria química.
- Comunicació
- Hàbits de pensament
- Hàbits de treball personal
Resultats d'aprenentatge
- Aplicar els coneixements rellevants de les matemàtiques, la física i la química en l'elaboració i la resolució dels models de transport.
- Aplicar els principis bàsics de l'enginyeria química en l'elaboració i la resolució dels models de transport.
- Comunicar eficientment, oralment i per escrit, coneixements, resultats i habilitats, tant en entorns professionals com davant de públics no experts.
- Desenvolupar un pensament i un raonament crítics
- Gestionar el temps i els recursos disponibles. Treballar de manera organitzada.
- Posar en pràctica les lleis fonamentals de la termodinàmica en problemes d'enginyeria de processos químics.
- Prevenir i solucionar problemes.
- Treballar de manera autònoma.
Continguts
1.- Introducció als fenòmens de transport
Història i context dins l’Enginyeria Química, FT i OB. Anàlisi de sistemes. Balanços de matèria, energia i quantitat de moviment. EDP’s, Computer Fluidodynamics: CFD. Mecanismes de transport i lleis de velocitat en 1D
2.- Expressions matemàtiques en les equacions de canvi
Equacions vectorials dels balanços. Sistemes de coordenades: cartesianes, cilíndriques i esfèriques. Operacions vectorials (algebraiques i diferencials). Expansió de les equacions dels balanços: Matèria total; quantitat de moviment, energia calorífica i balanç per components. Condicions de contorn per a la resolució.
3.- Balanç de matèria: equació de continuïtat
Deducció de l’equació del balanç. Sistemes de referència: derivades substancials
4.- Equacions de canvi de quantitat de moviment lineal.
Balanç i segona llei de Newton. Expansió de les equacions dels balanços de quantitat de moviment. La llei de Newton de la viscositat : Equació de transport 3D. Altres expressions del balanç: Navier-Stokes, Euler. Fluids no newtonians. Exemple d’aplicació del balanç: Perfil de velocitat en un tub: Eq. Hagen-Poiseuille. Fluids incompressibles i pressió: Altres variables: Vorticitat, línies de corrent, equació de pressió.
5.- Equacions de canvi de l’energia
Expressions de les equacions dels balanços d’energia total, mecànica i calorífica.. Llei de Fourier de la conducció de calor. Transport 3D. Expansió de les equacions dels balanços d’energia calorífica. Exemple d’aplicació en resolució analítica: ENE per conducció 1D (medis seminfinits-funció error i geometries concretes-Gurney-Lurie. Exemple d’aplicació en resolució numèrica ENE conducció 2D/3D: Software d’integració.
6.- Balanç de matèria per a un component.
Balanç en unitats màssiques i molars: Expansió de les equacions dels balanços. La llei de Fick de la difussió: Equació de transport 3D. Exemples resolució analítica en sistemes en EE sense reacció química : Difusió d’un component a través d’un altre en repòs i contradifusió equimolecular. Exemples de resolució analítica en sistemes en ENE sense reacció química: medis seminfinits-funció error i geometries concretes-Gurney-Lurie. Exemples de resolució analítica en sistemes amb generació (reacció química): RQ homogenia, catàlisi heterogènia
7.- Transport de propietat a les interfícies: coeficients de transport
Definicions generals dels coeficients de transport. Càlcul per analogies entre FT. Teoria de la capa límit: resolució de les equacions a la capa límit. Perfils universals de propietat. Teoria de la pel·lícula.
8.- Turbulència
Concepte de turbulència, escales de turbulència. Característiques del flux turbulent: Fluctuacions. Resolució matemàtica de la Turbulencia: Equació de Navier Stokes. Mètodes numèrics: Discretització de EDP’s. Resolució de RANS (Reynolds Average Navier Stokes): densitats de flux i propietats turbulentes. Exemple d’aplicació: Resolució numèrica del perfil de velocitats en una canonada.
Metodologia
L’assignatura es desenvolupa amb classes de teoria, de problemes i seminaris.
Classes teòriques: Classes d’aula
Classes de problemes: Resolució de problemes corresponents a la matèria. Discussió amb els alumnes sobre les estratègies de solució i la seva execució.
Seminaris: Seminaris sobre utilització de programari per a la resolució de problemes amb equacions diferencial amb derivades parcials.
Durant el curs es proposen treballs que utilitzen mètodes analítics o numèrics per a la resolució del problema plantejat. En el campus virtual es publiquen els enunciats i calendaris d’entrega dels treballs.
Nota: es reservaran 15 minuts d'una classe, dins del calendari establert pel centre/titulació, per a la complementació per part de l'alumnat de les enquestes d'avaluació de l'actuació del professorat i d'avaluació de l'assignatura/mòdul.
Activitats formatives
| Títol | Hores | ECTS | Resultats d'aprenentatge |
|---|---|---|---|
| Tipus: Dirigides | |||
| Classes de problemes | 15 | 0,6 | 1, 2, 4, 6, 8 |
| Classes de teoria | 30 | 1,2 | 1, 2, 4 |
| seminaris | 5 | 0,2 | 2, 3, 4, 5, 6, 7 |
| Tipus: Supervisades | |||
| examen global | 4 | 0,16 | 1, 2, 3, 5, 6 |
| realització de treballs | 40 | 1,6 | 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8 |
| Tipus: Autònomes | |||
| Estudi, resolució de problemes | 56 | 2,24 | 1, 2, 4, 5, 6, 7, 8 |
Avaluació
Distribució de la nota: 30 % treballs i 70 % exàmens(proves parcials escrites).
Avaluació continuada: nota mínima de cada part per superar l’avaluació continuada 3/10
1ª prova parcial (PP1) : 25 % nota.
2ª prova parcial (PP2): 45 % nota.
Treballs entregats (TR): 30% nota.
Prova final de recuperació
Hi haurà una prova final de recuperació de tot el curs (70%) per a aquells estudiants que no hagin superat l'avaluació continuada. La prova final inclourà una avaluació de tota l'assignatura, i no es podran recuperar només les proves parcials no superades. Donat que la valoració de cap dels treballs supera el 15%, aquests no tenen recuperació, l'examen de final només és recuperació de les proves parcials. (màx 70%)
Les proves parcials i final contindran una part teòrica i una part de problemes.
La data de revisió d’exàmens es farà pública en el moment de publicar les qualificacions a través de la plataforma virtual docent.
Els alumnes repetidors podran escollir l'avaluació continuada o la realització només de la prova final. En aquest últim cas la prova suposarà el 100% de la qualificació.
La qualificació de Matrícula d'Honor, a banda de la nota numèrica que pot donar-hi accés, tindrà en compte la proactivitat respecte l'assignatura, la integració personal dels principis de l'assignatura, la capacitat de relacionar-la amb d'altres assignatures i la fluïdesa, fiabilitat i expressió dels raonaments.
Sense perjudici d'altres mesures disciplinàries que s'estimin oportunes, i d'acord amb la normativa acadèmica vigent, es qualificaran amb un zero les irregularitats comeses per l'estudiant que puguin conduir a unavariació de la qualificació d'un acte d'avaluació. Per tant, copiar o deixar copiar qualsevol activitat d'avaluació implicarà suspendre-la amb un zero, i si és necessari superar-la per aprovar, tota l'assignatura quedarà suspesa.
Activitats d'avaluació
| Títol | Pes | Hores | ECTS | Resultats d'aprenentatge |
|---|---|---|---|---|
| examens escrits | 70 | 0 | 0 | 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 |
| treballs | 30 | 0 | 0 | 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 |
Bibliografia
Christie J. Geankoplis, "Transport Processes and Separation Process Principles", 5th ed. Prentice-Hall, 2018
R.B. Bird, W.E. Steward, E.N. Lighfoot, "Transport Phenomena", revised 2nd ed. Wiley, 2007
Joel Plawsky, "Transport Phenomena Fundamentals", 3rd ed., CRC Press, 2014
Ismail Tosun, "Modeling in Transport Phenomena. A conceptual Approach", 2nd ed., Elsevier, 2007
Programari
S' utilitzarà software d'integració d'equacions diferencials amb derivades parcials, d'accés lliure (FLEXPDE)