Mecanismos de Transferencia

1. Conceptos
Fundamentales
Unidad I

2. 1.1 Flujo y Fluidos
Fluido es una sustancia que se deforma
continuamente, cuando se le aplica una fuerza
tangencial por muy pequeña que ésta sea.
• Incomprensible:cualquier fluido cuya densidad
siempre permanece constante con el tiempo, y
tiene la capacidad de oponerse a la compresión
del mismo bajo cualquier condición. Un flujo se
convierte en incompresible cuando los cambios
que sufre la temperatura no son de una calidad
tan importante, lo que los convierte en cambios
despreciables.

3. • Comprensible: fluido cuya densidad varía
significativamente ante un cambio de presión.
Tanto los gases, como los líquidos y los sólidos, todos
disminuyen su volumen cuando se les aplica una
presión. La compresibilidad de un fluido también se
puede evaluar mediante la velocidad en que se
transmiten pequeñas perturbaciones dentro del
mismo fluido.

4. Flujos
Un flujo se clasifica según sus propiedades:
• Estacionario: este tipo de flujo cuando las variables que
lo caracterizan son constantes en el tiempo.
• No Estacionario: as variables físicas que lo caracterizan
dependen del tiempo en todos los puntos del fluido.
• Luminar: tipo de movimiento de un fluido cuando éste
es perfectamente ordenado, estratificado, suave, de
manera que el fluido se mueve en láminas paralelas sin
entremezclarse si la corriente tiene lugar entre dos
planos paralelos, o en capas cilíndricas coaxiales. La
pérdida de energía es proporcional a la velocidad
media. El perfil de velocidades tiene forma de una
parábola, donde la velocidad máxima se encuentra en
el eje del tubo y la velocidad es igual a cero en la
pared del tubo

5. • Luminar: tipo de movimiento de un fluido cuando éste es
perfectamente ordenado, estratificado, suave, de manera
que el fluido se mueve en láminas paralelas sin
entremezclarse si la corriente tiene lugar entre dos planos
paralelos, o en capas cilíndricas coaxiales. La pérdida de
energía es proporcional a la velocidad media. El perfil de
velocidades tiene forma de una parábola, donde la
velocidad máxima se encuentra en el eje del tubo y la
velocidad es igual a cero en la pared del tubo.
• Turbulento:movimiento de un fluido que se da de forma
caótica, en que las partículas se mueven desordenadamente
y las trayectorias de las partículas se encuentran formando
pequeños remolinos aperiódicos, como por ejemplo el agua
en un canal de gran pendiente. Debido a esto, la trayectoria
de una partícula se puede predecir hasta una cierta escala,
a partir de la cual la trayectoria de la misma es impredecible,
más precisamente caótica.

6. 1.2 Reología
Parte de la física que estudia la relación entre el
esfuerzo y la deformación en los materiales que son
capaces de fluir. Se clasifican:
• Newtonianos: Son aquellos fluidos que exhiben una
proporcionalidad directa entre el esfuerzo de corte
y la velocidad de corte. Por ejemplo; diesel y agua,
figura.
• No Newtonianos: Son todos aquellos fluidos que no
exhiben una relación directa entre el esfuerzo y la
velocidad de corte. Por ejemplo; la mayoría de los
fluidos de perforación y el cemento.

7. 1.3 Concentración
• Fracción másica: Se define como el cociente entre
la masa de soluto y la masa total de la disolución
• Fraccion Molar: define como el cociente entre los
moles de soluto y los moles totales
• Densidad de flujo: magnitudes vectoriales que
representan el transporte de una especie que
atraviesa la unidad de área en la unidad de
tiempo, expresada con base de masa o molar.
Estas densidades de flujo de materia pueden
referirse a ejes estacionarios, a la velocidad media
de masa o a la velocidad media molar.

8. Tabla de Densidad de
Flujo

9. 1.3 Concentración
• Velocidad:Dada una especie "i" que difunde en una mezcla,
llamaremos como velocidad de la especie "i" respecto de ejes
estacionarios (vi), a la suma de las velocidades moleculares
individuales en esta especie dividida por el número de moléculas
contenidas en el mismo elemento de volumen considerado. Se
define como velocidad media de masa de la mezcla de n
componentes a la suma de las velocidades másicas individuales
de cada componente dividido la densidad total de cada
mezcla. Las velocidades másicas individuales corresponden al
producto de la concentracion de masa por la velocidad de
cada componente. El numerador de esta expresión es la
velocidad local con que el total de la masa atraviesa la
unidad de área, por lo tanto, la velocidad media de masa (v) es
equivalente a la velocidad de un fluido puro.Se define como
velocidad media molar de la mezcla de n componentes a la
suma de las velocidades molares individuales de cada
componente dividido la concentración total de la mezcla. El
numerador corresponde a la velocidad con que los moles
atraviesan una sección transversal unitaria.

10. 1.4 Calor
Diferencia entre calor y temperatura
• La temperatura se encarga de medir la energía
cinética (en este caso energía térmica), mientras
que el calor es la energía térmica que posee un
cuerpo.
• La temperatura se mide en grados Celsius, escala
Kelvin o grados Fahrenheit; mientras que el calor se
mide en Julios o Joules.

11. 1.4 Calor
Mecanismos para Transferencia de calor.
• Conducción de Calor: Mecanismo de transferencia
de calor en escala atómica a través de la materia
por actividad molecular, por el choque de unas
moléculas con otras, donde las partículas más
energéticas le entregan energía a las menos
energéticas, produciéndose un flujo de calor desde
las temperaturas más altas a las más bajas. Los
mejores conductores de calor son los metales. La
conducción de calor sólo ocurre si hay diferencias
de temperatura entre dos partes del medio
conductor.

12. 1.4 Calor
• Convección: mecanismo de transferencia de calor
por movimiento de masa o circulación dentro de la
sustancia. Puede ser natural producida solo por las
diferencias de densidades de la materia; o forzada,
cuando la materia es obligada a moverse de un
lugar a otro, por ejemplo el aire con un ventilador o
el agua con una bomba. Sólo se produce en
líquidos y gases donde los átomos y moléculas son
libres de moverse en el medio.

13. 1.4
• Radiación: energía emitida por la materia que se
encuentra a una temperatura dada, se produce
directamente desde la fuente hacia afuera en to- das
las direcciones. Esta energía es producida por los
cambios en las configu- raciones electrónicas de los
átomos o moléculas constitutivos y transportada por
ondas electromagnéticas o fotones. A diferencia de la
conducción y la convección, o de otros tipos de onda,
como el sonido, que necesitan un medio material para
propagarse, la radiación elec- tromagnética es
independiente de la materia para su propagación, de
hecho, la transferencia de energía por radiación es más
efectiva en el vacío.

14. 1.5 Mecanismos de
Transferencia
• Masa: cambia la composición de soluciones y mezclas
mediante métodos que no implican necesariamente
reacciones químicas y se caracteriza por transferir una
sustancia a través de otra u otras a escala molecular.
Cuando se ponen en contacto dos fases que tienen
diferente composicion, la sustancia que se difunde
abandona un lugar de una región de alta
concentración y pasa a un lugar de baja
concentración.
• Calor:es el modo microscópico de trabajo, donde la
energía es transferida a través de la frontera de un
sistema debida a una diferencia de temperatura;
siendo la temperatura una propiedad macroscópica,
que nos permite relacionar la transferencia de energía a
nivel molecular.

15. 1.5 Mecanismos de
Transferencia
• Momentum: producto de la masa del cuerpo y su
velocidad en un instante determinado obedece a
una ley de conservación, lo cual significa que la
cantidad de movimiento total de todo sistema
cerrado (o sea uno que no es afectado por fuerzas
exteriores, y cuyas fuerzas internas no son
disipadoras) no puede ser cambiada y permanece
constante en el tiempo.