2010 caracteristicas de los fenomenos de transporte




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fecha de publicación13.01.2016
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CARACTERISTICAS DE LOS FENOMENOS DE TRANSPORTE
SANDRA HELIANA TOVAR T.

63963

SANDRA PATRICIA GAITAN V.

63825

JORGE CASTAÑEDA

ING. QUIMICO


UNIVERSIDAD INCCA DE COLOMBIA

FACULTAD DE CIENCIAS BASICAS E INGENIERIA

INGENIERIA DE ALIMENTOS

FENOMENOS DE TRANSPORTE

BOGOTA D.C

2010
CARACTERISTICAS DE LOS FENOMENOS DE TRANSPORTE

Responsables:

Sandra Heliana Tovar Tovar; 63963.

Sandra Patricia Gaitan Vaca, 63825

Transferencia de calor

El fenomeno de transferencia de calor es la energia en transito debido a una diferencia de temperaturas, es decir que se identifica como un fenomeno de transporte debido a que siempre que exista un gradiente de temperatura en un cuerpo o entre cuerpos , debe ocurrir una transferencia calorifica; existen diversos tipos de transferencia de calor demoninados modos de transferencia los cuales corresponden a:

  - Modo de transferencia por conduccion:

Cuando existe un gradiente de temperatura en un medio estacionario ( que puede ser solido o fluido) se presenta una transferencia convectiva cuando se refiere a la transferencia de calor que se producira a traves del medio, pero al referrir a este termino es necesario mencionar conceptos tales como actividad atomica y molecular, debido a que hay procesos en estos niveles que sustentan este modo de transferencia , teniendo entonces que la conducción es una transferencia de energía de las partículas mas energéticas a las menos energéticas de una sustancia debido a las interacciones entre las mismas.

http://fenomenostransporte.wikispaces.com/file/view/conduccion.jpg

 

-Modo de transferencia por conveccion :

Se refiere a la transferencia de calor que ocurre entre una superficie y un fluido en movimiento cuando están a diferentes temperaturas. Se compone de dos mecanismos, además de la transferencia de energía debida al movimiento molecular aleatorio ( difusión), la energía también se transfiere mediante el movimiento global o macroscopico del fluido. El movimiento del fluido se asocia con el hecho que , en cualquier instante , grupos de moleculas se mueven de manera colectiva o como agregados, tal movimiento en presencia de un gradiente de temperatura contribuye a la transferencia de calor.

  

http://fenomenostransporte.wikispaces.com/file/view/conveccion.jpg

 

 

- Modo de transferencia por radiación termica:

Todas las superficies con temperatura finita emiten energia en forma de ondas electromagneticas, por lo tanto en la ausencia de un medio, existe una transferencia neta de calor por radiacion entre dos superficies a diferentes temperaturas, la radiancion puede provenir de liquidos o gases , sin importar la forma de la materia , la radiacion se puede atribuir a cambios en las configuraciones electronicas de los atomos o moleculas consecutivas de la composicion de la materia especifica.

 Es de notar que la transferencia de energia calorifica es uno de los fenomenos de transporte primordiales en los procesos agroalimentarios ya que en todos los procesos existen etapas de enfriamiento o calentamiento.

 Ley de fourier:

Esta ley establece que el flujo de calor entre dos cuerpos es directamente proporcional a la diferencia de temperatura entre ambos, y solo puede ir en un sentido: el calor sólo puede fluir del cuerpo más caliente hacia el más frío. Las trayectorias mecánicas, por el contrario, son reversibles: siempre puede imaginarse el proceso inverso. En su Teoría Analítica del Calor, Fourier dice: “Hay una variedad de fenómenos que no se producen por fuerzas mecánicas, sino que resultan exclusivamente de la presencia y acumulación del calor.

 Variables:

 - La constante de conductividad depende del material y de la temperatura, a mayor temperatura hay mayor transferencia calorifica.

- temperatura

- Espesor de la placa o material de transferencia

 Unidades:

- ° C / cm

- °K/cm

- °C/m

- °K/m

- °F/pie

- °R/pie

 Transferencia de Masa

 la transferencia de masa es un fenomeno de transporte que se basa en el principio de la difusion como resultado de la dieferencia de concentracion de una mezcla, la transferencia de masda partiendo del principio que la sustenta ( la difucion) puede se de dos tipos , forzada o libre , en le caso de la forzada es por que se aplican fuerzas mecanicas que disminuyan los tiempos y la libre es aquella en donde la difusion se desarrolla en un tiempo no determinado, siendo un fundamento que se desarrolla muy lentamente teniendo como resultado un proceso no practico. El gradiente no debe ser indeterminado , debe ser cuantificable.

Una caracteristica importante es que no hay transferencia de masa solido- solido ni entre fases gas-gas por lo que la transferencia mas importante se efectua entre liquido -gas.

 TEORIAS PARA EXPRESAR LA TRANSFERENCIA DE MASA

1. Transferencia por cada una de las capasa o peliculas de la sustancia o material.

2. Penetracion , solo para transferencia bajo condiciones de turbulencia.

 Dentro de las operaciones con transferencia de masa mas importantes dentro de la Ingenieria de Alimentos es la Destilacion fraccionada.

Ley de fick

la difusion es directamente proporcinal con la concentracion de un componente A en un Componente B; entre mas amplio sea el gradiente de concentacion ( no finito, cuantificable) mayor sera la transferencia de masa.

La difusion es inversamente proporcional con el gradiente de trayectoria.

La ecuacion de fick tiene analogias con la ley de fourier, y trabaja igualmente con una constante la cual depende de la sustancia, de la presion y de la temperatura, en sustancias viscosas la transferencia de masa se difunde con mayor dificultad.

 Ec. D = - KdCab/ dz

Siendo K; constante de difusividad

 Unidades:

 K = pie ^2 / hora o K = cm ^2 / segundo.

 Transferencia de Cantidad de movimiento

  • Los cambios en la velocidad de un fluido origina cierto transporte de cantidad de movimiento.

  • La cantidad de movimiento es proporcional a la velocidad.

  • La fuerza por unidad de área es proporcional a la disminución de la velocidad con la distancia z.

  • Esta transferencia de cantidad de movimiento puede darse en fluidos newtoniano y no newtonianos.


Un fluido newtoniano se describió como uno en el cual el esfuerzo cortante es directamente proporcional a la velocidad de deformación, o sea la viscosidad es constante e independiente de la velocidad de deformación.

Todos los gases y la mayoría de los líquidos simples, entre ellos el aire y el agua son fluidos newtonianos.

Un fluido no newtoniano  se utiliza para clasificar todos los fluidos donde el esfuerzo cortante no es directamente proporcional a la rapidez de deformación.

Muchos fluidos de importancia industrial y biológica no obedecen esta ley y se llaman no newtonianos. Algunos de ellos son la pasta dental, plásticos fundidos y soluciones poliméricas. Existen 2 tipos de fluidos no newtonianos, los llamados líquidos tixotrópicos que se desnaturalizan bajo la acción continuada de un esfuerzo cortante y, al mezclarlos de nuevo, dan lugar a un menor esfuerzo cortante al aplicar una velocidad de cizalladura dada y las sustancias reopécticas que se comportan de manera contraria, de forma que para una velocidad de cizalladura constante el esfuerzo cortante aumenta con el tiempo. En general, las estructuras originales se recuperan con el tiempo.

  • Puesto que los fluidos no Newtonianos no tienen un único valor de la viscosidad independiente del esfuerzo cortante, no puede utilizarse la ecuación para el número de Reynolds. La definición del número de Reynolds para tales fluidos es algo arbitraria; una definición ampliamente utilizada para fluidos de la ley de la potencia es



Para el número de Reynolds crítico correspondiente a la transición a flujo turbulento, se ha propuesto la siguiente ecuación que está de acuerdo con las observaciones de que la iniciación de la turbulencia ocurre para números de Reynolds superiores a 2100 con fluidos seudoplásticos (n <
1). Para un fluido newtoniano este fluye hacia arriba en estado estable en el interior de un conducto circular largo de longitud L.




La densidad ρ del fluido se asume constante, o sea que hablamos de un fluido incompresible. En estas condiciones se dice que el flujo está completamente desarrollado, indicando que la velocidad vz es sólo función de r, no cambiando con z. Adicionalmente suponemos que el fluido está en flujo laminar. Esto significa que una partícula trazadora colocada en una posición cualquiera, radial y angularmente hablando, permanece en la misma posición radial y angular a medida que avanza axialmente con el fluido. Para un fluido newtoniano fluyendo en un conducto circular el flujo laminar existe, para valores del número de Reynolds inferiores a 2100. El número de Reynolds es una cantidad adimensional definida, para el caso de conductos circulares por la expresión Re = ρvd/μ.

  1. ANALOGÍAS ENTRE LOS TRES FENÓMENOS DE TRANSPORTE.



Hasta ahora se han usado los mismos modelos básicos para desarrollar las siguientes leyes de flujo (ecuaciones constitutivas o expresiones fenomenológicas) para el transporte de energía, masa y cantidad de movimiento:

En cada caso las ecuaciones toman la forma:
Densidad de Flujo = (Propiedad de Transporte)x(Gradiente de Potencial)
Donde k, DAB y μ se llaman las propiedades de transporte moleculares, y T, cA y vx son los potenciales.

Aunque estas ecuaciones son similares ellas no son completamente análogas debido a que las propiedades de transporte tienen unidades diferentes. Notando que las dimensiones de la difusividad másica son [longitud al cuadrado/tiempo], podemos definir difusividades para calor y cantidad de movimiento como
Difusividad térmica


Donde Cp es la presión calorífica a presión constante


Difusividad de cantidad de movimiento



Llamada tambien viscosidad cinematica.
Suponiendo que Cp y ρ son constantes, reescribimos las leyes de flujo como:


Notemos que (ρCPT) tiene unidades de energía por unidad de volumen o concentración de energía por analogía con cA (moles de A por unidad de volumen) o ρA (masa de A por unidad de volumen). Además ρvx tiene dimensiones de cantidad de movimiento por unidad de volumen y puede interpretarse como concentración de cantidad de movimiento. Aquí las leyes de flujo están escritas en la forma difusional:
Flujo = Difusividad x Gradiente de Concentración.
Como las difusividades poseen las mismas dimensiones, su relación nos dará cantidades adimensionales:

Número de Prandtl: Pr = ν/α

Número de Schmidt: Sc = ν/DAB

Número de Lewis: Le = α/DAB = Sc/Pr.

Estas cantidades aparecen en situaciones donde hay transporte simultáneo de calor e impulso; masa e impulso; o calor y masa respectivamente.

Equipos utilizados para efectuar dichas operaciones


Son infinitas las posibilidades de la existencia de equipos en donde estas operaciones unitarias de fenómenos de transporte puedan presentarse, sin embargo, los equipos que se han desarrollado, y en los que mas comúnmente se presentan estas trasferencias se presentan a continuación.



Bibliografia:

  • P, Frank, Fundamentos de transferencia de calor,pearson, 1996.

  • Corbin, Jose, Transferencia de calor en Ingenieria de Alimentos: formulación y resolución de problemas,2006

  • Grajales, Ramiro, FENÓMENOS DE TRANFERENCIA.2003

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