Portafolio P-1
OPERACIONES UNITARIAS
Se llama operación unitaria a cualquier proceso físico de transformación donde puede existir un intercambio de energía del tipo físico , de una materia prima en otro producto de características diferentes.
Se entiende que los procesos de transformación en general y las operaciones unitarias, en lo particular, tienen como objetivo el modificar las condiciones de una determinada cantidad de materia en forma más útil a nuestros fines.
Esta transformación puede realizarse de distintas formas:
El concepto de operación unitaria es el siguiente: mediante el estudio sistemático de estas operaciones en sí mismas —operaciones que evidentemente constituyen la trama de la industria y las líneas de producción— se unifica y simplifica el tratamiento de todos los procesos.
Por ejemplo, en la mayoría de los procesos es preciso mover los sólidos y los fluidos; transferir calor u otras formas de energía de una sustancia a otra, y realizar operaciones como:
➤ Destilación
➤ Secado
TRANSFERENCIA DE MOMENTO LINEAL
En mecánica de fluido se refiere al movimiento del impulso o cantidad de movimiento (masa y la viscosidad) a través de un fluido. Este concepto es crucial para entender cómo se transmiten las fuerzas y se desarrollan los flujos dentro del fluido. Se aplica tanto a líquidos como gases y es fundamental en el diseño y análisis de sistemas de ingeniería, como tuberías entre otras cosas.
Un fluido es una sustancia que se deforma continuamente bajo la acción de una fuerza tangencial, sin importar cuan pequeña sea esta fuerza. Esto implica que los fluidos no tienen una forma fija, sino que adoptan la forma del recipiente que los contiene. Los fluidos incluyen tanto líquidos como gases.
Tipos de fluidos
*Fluidos compresibles (gaseoso)
*Fluido incomprensible
¿Presión en los fluidos estáticos?
La presión en los fluidos estáticos es una medida de la fuerza ejercida por el fluido por una unidad de área sobre una superficie sumergida en el fluido. En un fluido en reposo, la presión en cualquier punto se distribuye uniformemente en todas las direcciones.
El manómetro es un instrumento de medición utilizado para determinar la presión de un fluido en un sistema cerrado. Este dispositivo es común en una amplia variedad de aplicaciones industriales, automotrices y domésticas. Funciona detectando la presión y mostrando el valor en una escala graduada.
El decantador continuo por gravedad es un tipo de equipo utilizado para separar líquidos y sólidos de manera continua en procesos industriales. Funciona aprovechando la diferencia de densidad entre las fases liquidas y solidez para lograr una separación efectiva mediante la acción de la gravedad.
- Material de trabajo 1 (Transferencia de momento)
- Transferencia de Momento lineal ejercicios en clases
DINÁMICA DE FLUIDOS
La cinemática de fluidos es el estudio que explica cómo fluyen los fluidos y cómo describir su movimiento, sin necesariamente considerar las fuerzas y momentos que lo causan.
¿Qué ecuaciones podemos encontrar en dinámica de fluidos?
Conservación de la masa:
Esta expresa la ley de la conservación de la masa, donde aquella no se crea ni se destruye, solo se transforma.
Ecuación de Bernoulli:
La aplicación del principio de conservación de la energía al flujo laminar sin fricción conduce a una relación muy útil entre presión y velocidad de flujo en un fluido.
Ecuación de la energía mecánica:
En este caso, más que "una" ecuación podemos encontrar distintas expresiones que demuestran el traslado de energía a actividades mecánicas a través de equipos.
BOMBAS.
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| bomba centrífuga |
Tipos de bombas según su fuente de alimentación.
Hay muchas posibilidades de alimentar con energía este tipo de instalaciones, desde la bomba manual para sacar agua de los pozos, hasta aquellos sistemas que utilizan electricidad, combustible, vapor de agua incluso gas natural. Sin embargo, los más usados son los que mencionamos a continuación:
- Electrobombas . Estas bombas están conectadas a la corriente hasta que consiguen captar la energía suficiente para funcionar. En este modelo encontramos las periféricas y centrífugas.
Bomba periférica. Estas bombas se utilizan para usos domésticos, elevan el agua a más de 30 metros de altura, dándole presión al agua.
Bomba centrífuga. Estas bombas tienen doble uso, el doméstico y agrícola. Extraen agua en gran cantidad y en poco tiempo. Son las más usadas a nivel mundial, ya que logran sacar agua en poco tiempo.
- Motobombas Gracias a que poseen un motor a combustible, pueden funcionar incluso sin estar conectadas a la corriente. Extraen caudal y presión a partes iguales, y la manera de funcionar depende del tipo de la capacidad del motor. Su uso está recomendado para el llenado de tanques y trasladar agua a lugares remotos. Pudiendo también, alimentar de energía a una casa cuando esta se queda sin luz.
Ejercicios en clases:
DINÁMICA DE FLUIDOS: COMPRESIBLES
Ecuación general de los gases ideales:
Partiendo de la ecuación de estado
- ventiladores
- sopladores
- compresor
La bomba de vacío es un equipo mecánico diseñado para extraer gases o líquidos del interior de recipientes o sistemas, mediante el trasiego de los gases/fluidos que contienen.
Este flujo genera una diferencia de presión medida con relación a la presión atmosférica o con referencia a un punto de trabajo concreto.
Compresores y Sopladores.
¿Qué es un compresor?
Es una máquina que ha sido diseñada para recoger el aire de su entorno exterior para luego comprimirlo y expulsarlo con mayor potencia. El aire comprimido se libera a través de alta presión, por lo que su energía se puede usar para darle asistencia a otras herramientas neumáticas, limpiar superficies o inflar.
En el caso de los compresores de aire comprimido industriales, su uso alcanza muchos tipos de operaciones, son usados en los sistemas de elevación y refrigeración que son utilizados en distintos ámbitos como talleres, laboratorios, clínicas dentales, empresas de construcción, parques recreativos. . . . . . . . . . . . . . . . , la industria del cine y hasta en trabajos relacionados específicamente con la industria petrolera.
¿Qué es un soplador?
Un soplador de aire es una máquina turbo con la capacidad de impulsar grandes cantidades de aire de manera permanente con una velocidad más rápida que los ventiladores. A pesar de generar grandes cantidades de aire, su presión es relativamente baja.
El soplador de aire es utilizado en distintas industrias para enfriar, calentar y ventilar los espacios de producción que requieren de condiciones ambientales específicas para el desarrollo óptimo de su producción.
Su principio de funcionamiento en la aspiración del aire por el lado de succión del equipo. Los rotores y los impulsores giran. Luego, el aire se presuriza y se libera. Este proceso es llevado según la composición técnica del equipo.
Ejercicios en clases:
Agitación y mezcla de líquidos.
Explicar las operaciones de mezcla para
transferencia de oxigeno a traves de sus variables
fisicoquímicas para su aplicación en bioprocesos o en
biorreactores.
AGITACIÓN: La agitación en todo proceso tanto químico como biológico es fundamental, una buena agitación favorece una óptima distribución de reactivos y de temperatura además de favorecer la transferencia de oxígeno.
En líquidos el mezclado, es dependiente de la temperatura y de la viscosidad que a su vez, influyen directamente en la absorción de oxígeno del aire al líquido.
Podemos decir que la agitación y como consecuencia el mezclado, son operaciones fundamentales en un bioproceso, entre algunos beneficios de la agitación y mezclado podemos decir que:
- Mejora la disponibilidad de nutrientes en el medio de producción.
- Mantenga constante la concentración de oxígeno en los reactores.
- Disminuye el efecto de la concentración de reactivos y productos sobre el metabolismo de microorganismos al evitar zonas de concentración.
- Mejora la transferencia de calor propiciando una temperatura homogénea en todo el biorreactor.
La del tipo de agitador y su dimensionamiento es el resultado del análisis de un cierto número de parámetros relacionados con cada proceso:
- Flujo axial de rotores.
- Rotores de flujo radial.
- Rotores de flujo mixto.
- Rotores para dispersión y emulsión.
- Geometría del tanque (Dimensiones, tipo de montaje).
- Velocidad de rotación (relacionada con la intensidad de agitación).
- Intensidad de agitación (relacionada con la velocidad de rotación).
- Condiciones físicas impuestas por el proceso (presión y temperatura).
TRANSFERENCIA DE CALOR
La transferencia de calor es un proceso fundamental en la física y la ingeniería, donde el calor se mueve de una región a otra debido a una diferencia de temperatura. Existen tres mecanismos principales de transferencia de calor: conducción, convección y radiación.
La conducción es la transferencia de calor a través de un material sólido o entre materiales en contacto directo. Ocurre cuando las moléculas de una región caliente de un material vibran y transfieren energía a las moléculas adyacentes más frías. La conducción se puede describir mediante la ley de Fourier.
La convección es la transferencia de calor a través de un fluido (líquido o gas) en movimiento. Puede ser natural (debido a diferencias de densidad causadas por variaciones de temperatura) o forzada (cuando el fluido es movido por medios externos como ventiladores o bombas). La convección se describe mediante la ley de enfriamiento de Newton:
La radiación es la transferencia de calor mediante ondas electromagnéticas, sin necesidad de un medio material. Todos los cuerpos emiten radiación térmica, y la cantidad de energía radiada aumenta con la temperatura.
La ley de Stefan-Boltzmann describe la potencia radiada por un cuerpo negro: \[ P = \sigma AT^4 \]
donde
- \( \sigma \) es la constante de Stefan-Boltzmann (\(5.67 \times 10^ {-8} \, \text{W/m}^2\text{K}^4\)),
- \( A \) es el área de la superficie,
- \( T \) es la temperatura absoluta del cuerpo en kelvin .
- Conducción: La transferencia de calor a través de una pared, el enfriamiento de componentes electrónicos.
- Convección: Sistemas de calefacción y refrigeración, intercambiadores de calor en plantas industriales.
- Radiación: La radiación solar calentando la Tierra, la disipación de calor en el espacio.
Material: Diferentes materiales tienen diferentes conductividades térmicas.
Superficie: La rugosidad y la forma de una superficie pueden influir en la transferencia de calor.
Temperatura: La diferencia de temperatura entre dos cuerpos afecta la tasa de transferencia de calor.
Movimiento del fluido: La convección, la velocidad y la turbulencia del fluido pueden aumentar la transferencia de calor.
Comprender estos principios es esencial para diseñar sistemas eficientes en ingeniería térmica, tales como refrigeradores, calentadores, motores y muchos otros dispositivos.
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