Mecanismos de transferencia I. Conceptos fundamentales

1.1 Fluido, flujo.

Fluido: tipo de medio continuo formado por alguna sustancia entre cuyas moléculas sólo hay una fuerza de atracción débil.

Fluido incompresible: aquellos flujos donde las variaciones en densidad son insignificantes se denominan incompresibles.

Fluido Comprensible: cuando las variaciones en densidad dentro de un flujo no se pueden despreciar, se llaman compresibles.

Flujo: movimiento de un fluido por un lugar.

Flujo laminar: movimiento de un fluido cuando éste es ordenado, estratificado, suave. En un flujo laminar el fluido se mueve en láminas paralelas sin entremezclarse y cada partícula de fluido sigue una trayectoria suave, llamada línea de corriente. En flujos laminares el mecanismo de transporte lateral es exclusivamente molecular. Se puede presentar en las duchas eléctricas vemos que tienen líneas paralelas

Flujo turbulento: movimiento de un fluido que se da en forma caótica, en que las partículas se mueven desordenadamente y las trayectorias de las partículas se encuentran formando pequeños remolinos aperiódicos.

Numero de RE: relaciona la densidad, viscosidad, velocidad y dimensión típica de un flujo en una expresión a dimensional, que interviene en numerosos problemas de dinámica de fluidos. Dicho número o combinación a dimensional aparece en muchos casos relacionado con el hecho de que el flujo pueda considerarse laminar (número de Reynolds pequeño) o turbulento (número de Reynolds grande).

Flujo estacionario: se caracteriza porque las condiciones de velocidad de escurrimiento en cualquier punto no cambian con el tiempo, o sea que permanecen constantes.

Flujo no estacionario: las propiedades de un fluido y las características mecánicas del mismo serán diferentes de un punto a otro dentro de su campo, además si las características en un punto determinado varían de un instante a otro se dice que es un flujo no permanente.

• 1.2 Reologia. Es la ciencia de la deformación y el flujo de la materia.

Tipos de Fluidos según su comportamiento Reológico .-

Newtonianos, hay proporcionalidad lineal entre el esfuerzo cortante y la velocidad de

deformación.

No newtonianos, no hay proporcionalidad lineal entre el esfuerzo cortante y la velocidad de deformación. A su vez se dividen en:

a) Independientes del tiempo:

• Sin esfuerzo umbral:

Pseudoplástico, se produce una disminución de su viscosidad, y de su esfuerzo cortante, con la velocidad de deformación.

Dilatantes, se produce un aumento de su viscosidad, y de su esfuerzo cortante, con

la velocidad de deformación.

• Con esfuerzo umbral, Plásticos, se comporta como un sólido hasta que sobrepasa un esfuerzo

cortante mínimo (esfuerzo umbral) y a partir de dicho valor se comporta como un líquido.

b) Dependientes del tiempo: • Tixotrópicos, se produce una disminución de la viscosidad al aplicar un

esfuerzo cortante y recupera su viscosidad inicial tras un tiempo de reposo. • Reopécticos, se produce un aumento de la viscosidad al aplicar un

esfuerzo cortante y recupera su viscosidad inicial tras un tiempo de reposo. 3) Viscoelásticos, se comportan como líquidos y sólidos, presentando propiedades de ambos, y con propiedades tanto viscosas como elásticas.

Algunas de la propiedades reológicas más importantes son:

Viscosidad aparente (relación entre esfuerzo de corte y velocidad de corte)

Coeficientes de esfuerzos normales

Viscosidad compleja (respuesta ante esfuerzos de corte oscilatorio)

Módulo de almacenamiento y módulo de perdidas (comportamiento viscoelástico lineal)

Funciones complejas de viscoelasticidad no lineal

Diagrama Reológico: Es la gráfica τ vs

dv/ dy , que sirve para identificar el

tipo de fluido en función de la viscosidad.

1.3 Concentración (masa, molar) Definición de concentraciones:

Existen diversas formas, las cuales se muestran en el cuadro siguiente:

Se entiende por transferencia de materia la tendencia de un componente de una mezcla a desplazarse desde una región de concentración elevada hacia otra de baja concentración. Como cada molécula lleva asociada una cierta cantidad de masa, podemos decir que existe una migración de masa de una especie desde una región del espacio hacia otra.

Densidades de flujo de la materia

Las densidades de flujo de materia son 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.

En la tabla siguiente se resume la notación empleada más corrientemente.-

• 1.4 Calor El calor y la temperatura tienen relación entre sí, pero para entender

dicha asociación hay que estar familiarizados con el concepto de energía

cinética de los objetos.

Energía cinética

La energía cinética fue descubierta por primera vez por el Conde de Rumford.

quien notó que se producía calor en el agujero del barril de un cañón. Dedujo

que esto se debía al movimiento que tenía lugar en el objeto. De todo esto

dedujo también que cada vez que una fuerza actúa sobre un cuerpo y hace que

éste se mueva, se está trabajando con energía: la energía cinética.

Temperatura La temperatura es básicamente la

medición de la energía cinética media

de las moléculas. Esto significa que

la temperatura de algo será más baja si

la energía cinética media de las moléculas

es baja; mientras que será alta

si la energía cinética es alta.

Calor Es la energía que se transfiere entre

los cuerpos u objetos debido a la

variación de la temperatura (es

importante aclarar que los cuerpos no

tienen calor, sino energía térmica).

Temperatura Calor

La diferencia entre el calor y la temperatura , también viene dada porque en el caso de la temperatura, ésta depende de la masa que tenga la sustancia.

El calor puede ser descrito como la cantidad de energía térmica contenida en un objeto. La medición del calor se realiza en Joule o Julio (J).

El calor puede ser transferido de un objeto a otro por tres medios diferentes: conducción, radiación y convección.

El objeto con la temperatura más alta tiende a ser el que transfiere el calor al otro objeto con la temperatura más baja; este último es que el recibe la transferencia. 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.

Mecanismos para transferencia de calor

La conducción es el 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. El aire es un mal conductor del calor. Los objetos malos conductores como el aire o plásticos se llaman aislantes.

La conducción de calor sólo ocurre si hay diferencias de temperatura entre dos partes del medio conductor.

1.5 Mecanismos de transferencia. En la ingeniería, la física y la química, el estudio de los fenómenos de

transporte se refiere al intercambio de masa, energía y momento entre los

sistemas observados y estudiados.

El transporte de masa, energía y momento puede verse afectada por la

presencia de fuentes externas:

Un olor se disipa más lentamente cuando permanece presente la fuente del olor.

La velocidad de enfriamiento de un sólido que está llevando a cabo de calor depende de si se aplica una fuente de calor.

La fuerza gravitatoria que actúa sobre una gota de lluvia contrarresta el arrastre impartida por el aire circundante.

• Relación entre transferencia de calor, masa y movimiento.

Similitudes entre los fenómenos Un principio importante en el estudio de los fenómenos de transporte es analogía

entre fenómenos. Difusión Hay algunas similitudes notables en las ecuaciones para el impulso, la energía, y la transferencia de masa que todo puede ser transportado por difusión, como se ilustra por los siguientes ejemplos: Masa: la difusión y la disipación de los olores en el aire es un ejemplo de difusión

de masa. Energía: la conducción de calor en un material sólido es un ejemplo de la difusión

del calor. Momento: la resistencia experimentada por una gota de lluvia que cae en la

atmósfera es un ejemplo de difusión impulso. Las ecuaciones de transferencia molecular de la ley de Newton para la dinámica de fluidos, la ley de Fourier para el calor, y la ley de Fick para la masa son muy similares. Uno puede convertir de un coeficiente de transferencia a otro con el fin de comparar los tres fenómenos de transporte diferentes.

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• Bibliografía:

http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/conceptosbasicosmfluidos/reologia/reologia.html

http://www.monografias.com/trabajos15/mecanica-fluidos/mecanica-fluidos.shtml

http://es.slideshare.net/valeryareyesvilchez/reologa-de-lquidos-viscosos

http://www.mopasa.com/site/tmp/tipos%20de%20fluidos%20seg%C3%BAn%20su%20comportamiento%20reol%C3%B3gico.pdf

http://www.monografias.com/trabajos96/mecanismos-transporte/mecanismos-

transporte.shtml

http://diferenciaentre.info/diferencia-entre-calor-y-temperatura/

http://old.dgeo.udec.cl/~juaninzunza/docencia/fisica/cap14.pdf http://campodocs.com/articulos-de-todos-los-temas/article_35688.html