Fenómenos de Transporte
Código: 102398 Créditos ECTS: 6| Titulación | Tipo | Curso |
|---|---|---|
| 2500897 Ingeniería Química | OT | 4 |
Contacto
- Nombre:
- David Gabriel Buguña
- Correo electrónico:
- david.gabriel@uab.cat
Equipo docente
- Oscar Enrique Romero Ormazabal
- David Gabriel Buguña
Idiomas de los grupos
Puede consultar esta información al final del documento.
Prerrequisitos
Haber cursado y superado las materias de la titulación de las áreas de matemáticas, física, química, así como balances macroscópicos y aplicaciones informáticas.
Objetivos y contextualización
Establecer el modelo matemático que describe un sistema a partir de las ecuaciones de cambio de cantidad de movimiento, materia y energía.
Resolver el modelo del sistema por vía analítica o numérica, y analizar e interpretar la solución.
Competencias
- Aplicar conocimientos relevantes de las ciencias básicas: Matemáticas, Química, Física y Biología, así como principios de Economía, Bioquímica, Estadística y Ciencia de Materiales que permitan la comprensión, descripción y solución de problemas típicos de la Ingeniería Química.
- Comprender y aplicar los principios básicos en que se fundamenta la Ingeniería Química, y más concretamente: Balances de materia, energía y cantidad de movimiento. Termodinámica, equilibrio entre fases y equilibrio químico. Cinética de los procesos físicos de transferencia de materia, de energía y de cantidad de movimiento, y cinética de la reacción química.
- Comunicación
- Hábitos de pensamiento
- Hábitos de trabajo personal
Resultados de aprendizaje
- "Aplicar els coneixements rellevants de les matemàtiques, la física i la química en l'elaboració i la resolució dels models de transport.;;"
- Aplicar los principios básicos de la Ingeniería Química en la elaboración y resolución de los modelos de transporte.
- Comunicar eficientemente de forma oral y/o escrita conocimientos, resultados y habilidades, tanto en entornos profesionales como ante públicos no expertos.
- Desarrollar un pensamiento y un razonamiento crítico.
- Gestionar el tiempo y los recursos disponibles. Trabajar de forma organizada.
- Poner en práctica las leyes fundamentales de la termodinámica en problemas de ingeniería de procesos químicos
- Prevenir y solucionar problemas.
- Trabajar de forma autónoma.
Contenido
1.-Introducción a los fenómenos de transporte
Historia y contexto en la Ingeniería Química, Fenómenos de Transporte y Operaciones Básicas. Análisis de sistemas. Balances de materia, energía y cantidad de movimiento. EDP s, Computer Fluidodynamics: CFD. Mecanismos de transporte y leyes de velocidad en 1D
2.- Expresiones matemáticas de las ecuaciones de cambio
Ecuaciones vectoriales de los balances. Sistemas de coordenadas: cartesianas, cilíndricas y esféricas. Operaciones vectoriales (algebraicas y diferenciales). Expansión de las ecuaciones de los balances: Materia total; cantidad de movimiento, energía calorífica y balance por componentes. Condiciones de contorno para la resolución.
3.- Balance de materia: ecuación de continuidad
Deducción de la ecuación del balance.
4.- Balance de cantidad de movimiento lineal.
Balance y segunda ley de Newton. Expansión de las ecuaciones de los balances de cantidad de movimiento. La ley de Newton de la viscosidad: Ecuación de transporte 3D. Otras expresiones del balance: Navier-Stokes, Euler. Fluidos no newtonianos. Ejemplo de aplicación del balance: Perfil de velocidad en un tubo: Eq. Hagen-Poiseuille. Fluidos incompresibles y presión: Otras variables: Vorticidad, líneas de corriente, ecuación de presión.
5.- Balances de energía
Expresiones de las ecuaciones de los balances de energía total, mecánica y calorífica . Ley de Fourier de la conducción de calor. Transporte 3D. Expansión de las ecuaciones de los balances de energía calorífica. Ejemplo de aplicación en resolución analítica: ENE por conducción 1D (medios seminfinitos-función error y geometrías concretas-Gurney-Lurie). Ejemplo de aplicación en resolución numérica ENE conducción 2D / 3D: Software de integración.
6.- Balance de materia para un componente.
Balance en unidades másicas y molares: Expansión de las ecuaciones de los balances. La ley de Fick de la difusión: Ecuación de transporte 3D. Ejemplos resolución analítica en sistemas en EE sin reacción química: Difusión de un componente a través de otro en reposo y contradifusión equimolecular. Ejemplos de resolución analítica en sistemas en ENE sin reacción química: medios seminfinitos-función error y geometrías concretas-Gurney-Lurie. Ejemplos de resolución analítica en sistemas con generación (reacción química): RQ homogénea, catálisis heterogénea
7.- Transporte de propiedad a las interfaces: coeficientes de transporte
Definiciones generales de los coeficientes de transporte. Cálculo por analogías entre FT. Teoría de la capa límite: resolución de las ecuaciones en la capa límite. Teoría de la película.
8.- Turbulencia
Concepto de turbulencia, escalas de turbulencia. Características del flujo turbulento: Fluctuaciones. Resolución matemática de la Turbulencia: Ecuación de Navier Stokes. Métodos numéricos: Discretización de EDP 's. Resolución RANS (Reynolds Average Navier Stokes): densidades de flujo y propiedades turbulentas. Ejemplo de aplicación: Resolución numérica del perfil de velocidades en una tubería.
Actividades formativas y Metodología
| Título | Horas | ECTS | Resultados de aprendizaje |
|---|---|---|---|
| Tipo: Dirigidas | |||
| Clases de problemas | 15 | 0,6 | 1, 2, 4, 6, 8 |
| clases de teoria | 30 | 1,2 | 1, 2, 4 |
| seminarios | 5 | 0,2 | 2, 3, 4, 5, 6, 7 |
| Tipo: Supervisadas | |||
| examen | 4 | 0,16 | 1, 2, 3, 5, 6 |
| trabajos | 40 | 1,6 | 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8 |
| Tipo: Autónomas | |||
| Estudio, resolucion de problemas | 56 | 2,24 | 1, 2, 4, 5, 6, 7, 8 |
Esta asignatura ha sido desprogramada del calendario docente al entrar en funcionamiento el nuevo grado de Ingeniería Química.
Las sesiones de tutorías a petición del alumnado sustituirá a la docencia desprogramada
Nota: se reservarán 15 minutos de una clase dentro del calendario establecido por el centro o por la titulación para que el alumnado rellene las encuestas de evaluación de la actuación del profesorado y de evaluación de la asignatura o módulo.
Evaluación
Actividades de evaluación continuada
| Título | Peso | Horas | ECTS | Resultados de aprendizaje |
|---|---|---|---|---|
| Examenes escritos | 70 | 0 | 0 | 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 |
| trabajos | 30 | 0 | 0 | 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 |
Consultar la guia en catalán
Bibliografía
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
Software
Se utiliza un software de integración de ecuaciones diferenciales con derivadas prciales, de acceso libre (FLEXPDE).
Lista de idiomas
La información sobre los idiomas de impartición de la docencia se puede consultar en el apartado de CONTENIDOS de la guía.