Fenòmens de Transport
Codi: 106051 Crèdits: 6| Titulació | Tipus | Curs | Semestre |
|---|---|---|---|
| 2500897 Enginyeria Química | OB | 3 | 2 |
Professor/a de contacte
- Nom:
- David Gabriel Buguña
- Correu electrònic:
- david.gabriel@uab.cat
Idiomes dels grups
Podeu accedir-hi des d'aquest enllaç. Per consultar l'idioma us caldrà introduir el CODI de l'assignatura. Tingueu en compte que la informació és provisional fins a 30 de novembre de 2023.
Prerequisits
Haver cursat i superat les matèries de la titulació de les àrees de matemàtiques, física, química, així com bases de l'Enginyeria Química 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"
- Hàbits de treball personal
- Treball en equip
Resultats d'aprenentatge
- Aplicar els principis bàsics de l'enginyeria química en l'elaboració i la resolució dels models de transport.
- Aplicar i identificar el balanç macroscòpic de quantitat de moviment.
- Aplicar i identificar les equacions de velocitat en transport molecular.
- Desenvolupar estratègies d'aprenentatge autònom.
- Treballar cooperativament.
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. Mecanismes de transport i lleis de velocitat en 1D. EDPs. Fluidodinámica computacional (CFD).
3.- Transport multidimensional: les matemàtiques i els fenòmens de transport
Sistemes de coordenades: cartesianes, cilíndriques i esfèriques. Equacions vectorials dels balanços. Operacions vectorials (algebraiques i diferencials). Introducció a FlexPDE com a eina de càlcul.
3.- Balanç de matèria: equació de continuïtat
Deducció de l’equació del balanç total de matèria. Expansió de l’equació. Condicions de contorn per a la resolució.
4.-Transport de quantitat de moviment.
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 en 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. Vorticitat, línies de corrent i equació de pressió. Ús de FlexPDE per a sistemes multidimensionals.
5.- Transport d’energia
Expressions de les equacions dels balanços d’energia total, mecànica i calorífica. Llei de Fourier de la conducció de calor: equació de transport en 3D. Expansió de les equacions dels balanços d’energia calorífica. Exemples d'aplicació: transport d'energia en estat no estacionari.
Ús de FlexPDE per a sistemes en estat no estacionari.
6.- Transport de matèria per a un component.
Balanç en unitats màssiques i molars: Expansió de les equacions dels balanços. La llei de Fick de la difusió en 3D. Exemples de 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. Exemples de resolució analítica en sistemes amb generació (reacció química): RQ homogenia, catàlisi heterogènia.
Ús de FlexPDE per a sistemes multidimensionals en estat no estacionari.
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 d'EDPs. 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.
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 teoria | 30 | 1,2 | 1, 2, 3 |
| Resolució de problemes | 15 | 0,6 | 1, 2, 3, 5 |
| Seminaris | 5 | 0,2 | 1, 2, 3, 4, 5 |
| Tipus: Supervisades | |||
| Exàmens | 4 | 0,16 | 1, 2, 3, 4 |
| Realització de treballs | 40 | 1,6 | 1, 2, 5 |
| Tipus: Autònomes | |||
| Estudi i resolució de problemes | 52 | 2,08 | 1, 2, 3, 4 |
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) : 30 % nota.
2ª prova parcial (PP2): 40 % 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 recuperació 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 giardar la nota del/s treballs durant un curs.
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 continuada
| Títol | Pes | Hores | ECTS | Resultats d'aprenentatge |
|---|---|---|---|---|
| Parcial 1 | 30 | 2 | 0,08 | 1, 2, 3, 4 |
| Parcial 2 | 40 | 2 | 0,08 | 1, 2, 3, 4 |
| Treballs | 30 | 0 | 0 | 1, 2, 3, 5 |
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)