Mecanismos de transferencia unidad 1

1. INSTITUTO TECNOLOGICO DE MEXICALI
MECANISMOS DE TRANSFERENCIA
UNIDAD 1
TEMAS:
1.1 FLUIDO-FLUJO,1.2 REOLOGIA, 1.3 CONCENTRACIÓN DE MASA Y MOLAR
1.4 CALOR, 1.5 MECANISMOS DE TRANSFERENCIA
PROFESOR. NORMAN RIVERA PAZOS
ALUMNO
COLOSIO CAMARENA CESAR DANIEL
MEXICALI B.C. A VIERNES 30 DE ENERO DEL 2015

2. 1.1 FLUIDO
Definición de fluido: Fluido es una sustancia que se
deforma continuamente cuando es sometida a una tensión
cortante, aunque esta sea muy pequeña.

3.  Caracteristicas:
 Un fluido es parte de un estado de la materia la cual no tiene
un volumen definido, sino que adopta la forma del recipiente
que lo contiene a diferencia de los sólidos, los cuales tienen
forma y volumen definido.
 Los fluidos tienen la capacidad de fluir, es decir, puede ser
trasvasada de un recipiente a otro.
 Otra característica entre los sólidos y los fluidos es que los
primeros se resisten a cambiar de forma ante la acción de los
agentes externos, en cambio los fluidos prácticamente no se
resisten a dichos agentes.

4.  Clasificación:
 Dentro de la clasificación de fluidos, los líquidos y gases presentan
propiedades diferentes. Ambos tipos de fluidos, tienen la propiedad
de no tener forma propia y que estos fluyen al aplicarles fuerzas
externas. La diferencia está en la llamada compresibilidad. Para el
caso de los gases estos pueden ser comprimidos reduciendo su
volumen.
 . Por lo tanto:
 • Los gases son compresibles,
 • Los líquidos son prácticamente incompresibles.
 Nota Extra: El plasma es considerado un cuarto estado de la
materia, también últimamente se habla de un quinto estado de la
materia.

5. FLUJO
 Se define como flujo a un fluido en
movimiento.

6.  Características:
 Las partículas dentro de un flujo pueden seguir trayectorias
definidas denominadas “líneas de corriente”. Una línea de corriente
es una línea continua trazada a través de un fluido siguiendo la
dirección del vector velocidad en cada punto. Así, el vector
velocidad es tangente a la línea de corriente en todos los puntos del
flujo. No hay flujo a través de una línea de corriente, sino a lo largo
de ella e indica la dirección que lleva el fluido en movimiento en
cada punto.

7.  Para observar el flujo de un fluido, se pueden inyectar en las
mismas diferentes sustancias, como partículas brillantes, tinte o
humo, y así rastrear el movimiento de las partículas. Los rastros que
dejan estas sustancias se denominan “líneas de emisión”.

8. CLASIFICACIÓN:
EL FLUJO SE PUEDE CLASIFICAR DE MUCHAS MANERAS, TALES
COMO:
TURBULENTO:
EJEMPLO:
 En el flujo turbulento las partículas
del fluido se mueven en trayectorias
muy irregulares, que causan un
intercambio de cantidad de
movimiento de una porción del
fluido, a otra. Las partículas pueden
ser muy pequeñas (de unos cuantos
miles de moléculas) hasta unos muy
grandes (miles de pies cúbicos en
un remolino grande de un rio o en
una ventolera atmosférica).

9. LAMINAR: EJEMPLO:
 las partículas del fluido se mueven a
lo largo de trayectorias suaves en
láminas, o capas, con una capa
deslizándose suavemente sobre una
capa adyacente. El flujo laminar es
gobernado por la ley de viscosidad
de Newton, que relaciona el
esfuerzo cortante con la rapidez de
deformación angular. En el flujo
laminar, la acción de la viscosidad
amortigua las tendencias a la
turbulencia.

10. ESTACIONARIO: EJEMPLO:
 Se da este tipo de flujo cuando
las variables que lo caracterizan
son constantes en el tiempo.
Estas variables ya no
dependerán del tiempo, como
por ejemplo la velocidad la cual
puede tener un determinado
valor constante en el punto
(x1,y1,z1), pero pudiera cambiar
su valor en otro punto (x2,y2,z2).
Así se cumple que:

11. NO ESTACIONARIO: EJEMPLO:
 Un flujo es no estacionario
si las variables físicas que
lo caracterizan dependen
del tiempo en todos los
puntos del fluido ,
entonces:

12. 1.2 REOLOGÍA
 es la ciencia que estudia más que nada a los fluidos no
newtonianos, ya que estudia las propiedades que le
caracterizan como fluido y no como un solido.
Entonces el comportamiento Reologico de los fluidos no es
más que dicho comportamiento según la viscosidad y
densidad del mismo.

13. SE CLASIFICA EN:
EL FLUIDO NEWTONIANO EJEMPLO:
 es aquel en donde se
cumple la ley de newton
sobre viscosidad;
añadiendo que el esfuerzo
cortante es directamente
proporcional a la rapidez
de deformación de este.
 es decir cuando por
ejemplo el agua al ser
aplicada una fuerza pues
esta se corta (como es
normal). Son fluidos cuyo
comportamiento es normal.

14. NO NEWTONIANOS
 Por su parte se denota a los Fluidos No Newtonianos,
aquellos que desafían y contrarían la ley de newton
sobre viscosidad, tendiendo en este caso a que el
esfuerzo cortante ser no directamente proporcional a la
rapidez de deformación. Esta rama de fluidos no
newtonianos es muy amplia y diversa.

15. EJEMPLO:
 Un ejemplo común y casero de este último es la
combinación de agua con maicena, en donde deja de
adquirir propiedades de líquido al serle aplicada
movimientos vibratorios, ya que se puede observar
como la viscosidad empieza a presenciarse en el
compuesto y pues realiza deformaciones muy
particulares y extrañas. También se puede añadir que
este fluido puede hacerse mas fuerte o tomar aspecto
casi solido con fuertes tensiones o fuerza, mientras que
si no se le aplica gran fuerza pues su comportamiento
es como liquido.

16. 1.3 Concentración en masa.
 Expresión recomendada por la IUPAC que indica la masa de soluto
disuelta en cada unidad de volumen de solución.
 Tiene la ventaja de ser una concentración expresada en unidades
directamente medibles para el tipo de soluciones más frecuentes en
química (las de sólidos en líquidos). La balanza expresa la medida
de la masa de soluto en gramos y los recipientes de uso habitual en
química indican el volumen de líquido contenido en litros o en sus
submúltiplos. Su cálculo es, pues, inmediato:
 En el SI su unidad es el kg/m3 pero en la práctica de laboratorio se
utiliza el g/dm3 (o g/l) que nos indica los gramos de soluto disueltos
en cada dm3 de solución (o en cada litro de solución).

17. FRACCION:
 La fracción molar es una unidad química usada para expresar
la concentración de soluto en solvente. Nos expresa la proporción en
que se encuentran los moles de soluto con respecto a los moles totales
de solución, que se calculan sumando los moles de soluto(s) y de
disolvente. Para calcular la fracción molar de una mezcla homogénea,
se emplea la siguiente expresión:
También puede expresarse así:

18.  Fraccion de Masa:
 La fracción de masa es la fracción de una sustancia de masa con
respecto a la masa total de una mezcla :
La suma de las fracciones de masa es igual a 1:

19. DENSIDAD DE FLUJO:
 Densidad de flujo molar :
 = representa área x tiempo los moles de A que cruzan la unidad de
área por unidad de tiempo, con respecto a coordenadas fijas.

20.  Densidad de flujo másico : representa los gramos de A
que cruzan la unidad de área por unidad de tiempo, con
respecto a coordenadas fijas.

21. VELOCIDAD DEL FLUJO
= flujo másico por unidad de
superficie
En base a esto se puede definir
una velocidad media másica, que
es perpendicular a la dirección
del flujo.
Velocidad media másica con respecto
a ejes fijos: es la velocidad que puede
medirse con un tubo pilot

22. Velocidad media másica con respecto
a ejes fijos: es la velocidad que puede
medirse con un tubo pilot.
velocidad media molar con respecto a ejes fijos.
: velocidad local con la que los moles atraviesan una sección
unitaria colocada perpendicularmente a la velocidad.
Velocidad de difusión: se define para elementos binarios .

23. : velocidad de la especie A por difusión.
= - velocidad de difusión másica
: velocidad de la especie A
: velocidad media mésica
Tipos de velocidades:

24. 1.4 CALOR

25. DIFERENCIA ENTRE CALOR Y TEMPERATURA:
 La temperatura es la medida de la energía térmica que tiene un
cuerpo. Se mide con el termómetro. La energía térmica es la energía
liberada en forma de calor. Luego la temperatura nos dice cuanta
energía en forma de calor puede liberar un cuerpo.
 La temperatura es la forma objetiva de expresar lo que se llama el
estado térmico de un cuerpo, asignándole un valor, que medimos con el
termómetro.

26.  Mientras que El Calor: es la transferencia de temperatura desde
un cuerpo que esta a una temperatura a otro que esta a menos
temperatura. Más sencillo Transferencia de temperatura de un
cuerpo caliente a otro más frío. Cuando el cuerpo más caliente le
cede temperatura al más frio decimos que estamos calentando este
último. El calor es una energía y por eso se transmite de un cuerpo
a otro. Su energía se llama Energía Calorífica.

27. MECANISMOS PARA LA TRANSFERENCIA
DE CALOR - Los mecanismos básicos de transferencia de calor son:
CONDUCCIÓN, CONVECCIÓN y RADIACION.
1. Conducción:
 Es el mecanismo de transferencia de calor debido a la interacción
entre partículas adyacentes del medio (es decir, entre el contacto de
cuerpos). No se produce movimiento macroscópico de las mismas.
Puede tener lugar en sólidos, líquidos y gases aunque es
característica de los sólidos, puesto que en gases y líquidos
siempre se producirá convección simultáneamente.

28. - LA CONDUCTIVIDAD TÉRMICA (K):
 Es una medida de la capacidad del
material para conducir el calor. Sus
unidades en el S.I. son: W / ( m* ºC ). En
general, la conductividad térmica
depende de la temperatura. Para los
materiales anisótropos la conductividad
térmica depende de la dirección
considerada. Por ejemplo, la
conductividad térmica de la madera en
sentido transversal a la fibra es diferente
a la que se tiene en sentido paralelo a la
misma.

29. - LA DIFUSIVIDAD TÉRMICA (A)
Estima cuán rápido se
difunde el calor por un
materíal y se define como:
a= k / ( ro * Cp ) .
Unidades: m2 / s
-- k: conductividad térmica
-- ro: densidad
-- Cp: calor específico a
presión constante

30. 2.-CONVECCION:
 - La convección es el modo en que se transfiere la energía entre
una superficie sólida y el fluido adyacente (líquido o gas ) .
Comprende los efectos combinados de la conducción y el
movimiento del fluido. Existe movimiento macroscópico de las
partículas del fluido. Cuanto más rápido es el movimiento del fluido
mayor es la transferencia de calor por convección. En ausencia de
dicho movimiento la transferencia de calor entre una superficie
sólida y el fluido adyacente sería por conducción pura.

31. TIPOS
CONVECCIÓN FORZADA CONVECCIÓN NATURAL
 El fluido es forzado a fluir sobre
la superficie mediante medios
artificiales (
ventiladores, bombas, etc ).
 el movimiento del fluido es
debido a causas naturales. Las
fuerzas de empuje son inducidas
por la diferencia de densidad
debida a la variación de
temperatura en ese fluido.

32.  - Los procesos de transferencia de calor que comprenden cambio
de fase de un fluido también se consideran convección por el
movimiento inducido de dicho fluido durante el proceso. Por ejemplo
la ascensión de las burbujas de vapor durante la ebullición o el
descenso de las gotas de líquido durante la condensación.

33. MODELO:
 - La convección se modela matemáticamente mediante la Ley de
enfriamiento de Newton cuya expresión es: Q-punto = As*h* ( Ts - Tf ) ó
 q-punto = h * ( Ts - Tf )
 Donde:
 -- As: área de la superficie de transferencia
 -- h: coeficiente de película o coeficiente de transferencia de calor por
convección
 -- Ts: temperatura de la superficie de transferencia
 -- Tf: temperatura del fluido

34. 3. RADIACIÓN:
 - La radiación es la energía emitida por la materia en forma de ondas
electromagnéticas ( o fotones ) , como resultado de los cambios en las
configuraciones electrónicas de los átomos o moléculas. En lo que
respecta a la transferencia de calor es de interés la radiación térmica o
forma de radiación emitida por los cuerpos debido a su temperatura. La
radiación térmica suele corresponder a la banda de frecuencias del
infrarrojo.

35. - Todos los cuerpos a una temperatura por encima
del 0 absoluto emiten radiación térmica.

36.  La radiación es un fenómeno volumétrico y todos los sólidos,
líquidos y gases emiten, absorben o reflejan radiación en diversos
grados. Sin embargo la radiación térmica suele considerarse como
un fenómemo superficial para los sólidos que son opacos a la
radiación térmica, como los metales, la madera y las rocas, ya que
la radiación emitida por las regiones interiores de un material de
este tipo nunca pueden llegar a la superficie y la radiación incidente
sobres esos cuerpos suele absorberse en unas cuantas micras
hacia dentro en dichos sólidos.

37. A diferencia de la
conducción y la convección
la radiación no necesita un
medio de transmisión y
puede ocurrir en el vacío.
La transferencia de calor
por radiación es la más
rápida, a la velocidad de la
luz. No sufre atenuación en
el vacío.

38. 1.5 MECANISMOS DE TRANSFERENCIA
 Masa: El mecanismo de transferencia de masa depende de la
dinámica del sistema, ya sea por medio del movimiento molecular
fortuito en los fluidos en reposo o puede transferirse de una
superficie a un fluido en movimiento, ayudado por las características
dinámicas del flujo.

39.  Momentum (cantidad de movimiento): es una magnitud
física fundamental de tipo vectorial que describe el movimiento de
un cuerpo en cualquier teoría mecánica.
 La cantidad de movimiento de un objeto es, Cantidad de
movimiento = Masa·Velocidad o p=m·v Ejemplos de objetos con
una cantidad de movimiento grande sería un portaaviones (masa
muy grande) y una bala (velocidad muy grande).

40.  Caracteristicas:
 También se le llama momento lineal, o simplemente, momento
 Da una medida de la dificultad de llevar un objeto que se mueve
hasta el reposo
 Por ejemplo, un camión tiene mayor cantidad de movimiento que un
coche moviéndose a igual velocidad
 Hace falta una fuerza mayor para detenerlo en un tiempo
determinado que para detener el coche en el mismo tiempo.

41.  Calor:
 En física, proceso por el que se intercambia energía en forma
de calor entre distintos cuerpos, o entre diferentes partes de un
mismo cuerpo que están a distinta temperatura. El calor se
transfiere mediante convección, radiación o conducción. Aunque
estos tres procesos pueden tener lugar simultáneamente, puede
ocurrir que uno de los mecanismos predomine sobre los otros dos.

42. BIBLIOGRAFÍA
 http://fcm.ens.uabc.mx/~fisica/FISICA_II/APUNTES/FLUJOS.htm
 Libro: Mecánica de Fluidos - Octava Edición (Tercera en español) –
editorial: McGraw Hill – pág.(84-89)
 http://erivera-2001.com/files/Introduccion.pdf
 http://marytmecanicafluidos.blogspot.mx/2009/03/comportamiento-
reologico-de-los-fluidos.html
 http://www.areaciencias.com/TUTORIALES/EL%20calor%20Y%20LA%20T
EMPERATURA.htm
 https://docs.google.com/document/d/1sIaBE27SDhR_JIPFcvQgvE_q2-
gHZSK5-dmD2n8KfBE/edit?pli=1
 http://es.wikipedia.org/wiki/Cantidad_de_movimiento
 https://books.google.com.ec/books?id=B5Ksb5i1nl4C&printsec=frontcover&
dq=inauthor:%22Patricia+Gabriela+Ullauri%22&hl=es&sa=X&ei=rxHLVPiAI
OiMsQTi04CoDg&ved=0CB0Q6AEwAA#v=onepage&q&f=false

43.  http://www.monografias.com/trabajos15/transf-calor/transf-calor.shtml
 http://www.nebrija.es/~cmalagon/Fisica_Aplicada/transparencias/01-
Mecanica/06-Cantidad_de_movimiento.pdf
 http://mazinger.sisib.uchile.cl/repositorio/lb/ciencias_quimicas_y_farmac
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