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M M A A N N U U A A L L D D E E A A S S I I G G N N A A T T U U R R A A INGENIERÍA TRANSFERENCIA DE MOMENTUM Y CALOR TMC 06-36-CV
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MMAANNUUAALL DDEE AASSIIGGNNAATTUURRAA
INGENIERÍA
TRANSFERENCIA DE MOMENTUM Y
CALOR
TMC 06-36-CV
2
DIRECTORIO
Dr. Reyes Taméz Guerra Secretario de Educación Pública
Dr. Julio Rubio Oca Subsecretario de Educación Superior
Dr. Enrique Fernández Fassnacht Coordinador de Universidades Politécnicas
3
PAGINA LEGAL
Dr. Alejandro Téllez Jurado Universidad Politécnica de Pachuca Primera Edición: 2006 DR © 2005 Secretaría de Educación Pública México, D.F.
ISBN-----------------
4
ÍNDICE
Introducción.............................................................................5
Ficha Técnica...........................................................................6
Identificación de Resultados del Aprendizaje..........................8
Planeación del Aprendizaje......................................................14
Método de Evaluación.............................................................19
Instrumentos de Evaluación Diagnóstica.………………………………………....…….…21 Sumativa.………………………………………………….…22
Glosario...................................................................................26
Bibliografía .............................................................................28
5
INTRODUCCIÓN
El presente manual es una guía para la asignatura denominada TRANSPORTE DE MOMENTUM Y DE CALOR, con el fin de que se convierta en un instrumento de referencia. El comportamiento de los fluidos es importante para los procesos de ingeniería en general y constituye uno de los fundamentos para el estudio de las operaciones unitarias. El conocimiento de los fluidos es esencial, no solamente para tratar con exactitud los problemas de movimiento de fluidos a través de tuberías, bombas y otros tipos, sino también para el estudio del flujo de calor y de muchas operaciones de separación que dependen de la difusión y la transferencia de materia. Prácticamente en todas las operaciones que realiza el ingeniero interviene la producción o absorción de energía en forma de calor. Las leyes que rigen la transmisión de calor y el tipo de aparatos, cuyo fin principal es el control del flujo de calor, tienen, por tanto, una gran importancia. El objetivo de la asignatura es: “Comprender los fenómenos de transporte de momento lineal y angular y de calor para ser aplicados a procesos comunes de la ingeniería”, además, se busca capacitar al alumno para que tenga las nociones necesarias para de capacitar al estudiante en la utilización de normas empleadas en el desarrollo de dibujos técnicos de elementos mecánicos. Esta asignatura contribuye con los conocimientos y habilidades de los alumnos, para cursar la asignatura deberá haber aprobado las asignaturas de Ecuaciones Diferenciales y Balances de Materia y Energía, por otra parte, esta materia es requisito para cursar la asignatura de Transferencia de Masa que son las bases de la ingeniería de la licenciatura en INGENIERÍA EN BIOTECNOLOGÍA.
FICHA TÉCNICA
Nombre:
FICHA TÉCNICA
(Asignatura)
6
Transferencia de momentum y calor
Clave:
El estudio de los fenómenos de transporte son parte fundamental de la ingeniería, está área de estudio permite comprender los principales fenómenos de transporte de momentum y calor que ocurren durante procesos biotecnológicos y químicos, los que por consecuencia, permitirá mejorar procesos ya establecidos o proponer nuevos procesos que permitan la eficientar la producción de productos biotecnológicos.
Justificación:
Comprender los fenómenos de transporte de momento lineal y angular y de calor para ser aplicados a procesos comunes de la ingeniería.
Objetivo:
Pre requisitos: Ecuaciones Diferenciales y Balances de Materia y Energía
Capacidades Habilidades
Al finalizar las unidades de aprendizaje el alumno será capaz de diferenciar y comprender las leyes que rigen los procesos de transferencia de momentum y calor, así como aplicar este conocimiento al desarrollo de procesos biotecnológicos.
Al finalizar las unidades de aprendizaje el alumno tendrá la habilidad de realizar balances de momentum y calor a sistemas que involucren transferencia de momentum y calor. Así mismo, tendrá la habilidad de aplicar estos balances a procesos biotecnológicos haciendo uso de las coordenadas apropiadas.
Estimación de tiempo (horas) necesario para transmitir el aprendizaje al alumno, por Unidad de Aprendizaje:
UNIDADES DE APRENDIZAJE
TEORÍA PRÁCTICA
presencial
No presencial
presencial
No presencial
VISCOSIDAD Y MECANISMO DE TRANSPORTE DE CANTIDAD DE MOVIMIENTO.
3 3 1.5 1.5
DISTRIBUCIONES DE VELOCIDAD EN FLUJO LAMINAR.
1 1 4 4
7
ECUACIONES DE VARIACIÓN PARA SISTEMAS ISOTÉRMICOS.
1.5 1.5 4.5 4.5
FORMAS DIFERENCIALES DE LAS LEYES BÁSICAS.
1.5 0.5 1 1
ANÁLISIS DIMENSIONAL Y SIMILITUD.
2 2 1 1
FLUJO VISCOSO A TRAVÉS DE TUBERÍAS.
3.5 3.5 2.5 2.5
TRANSMISIÓN DE CALOR POR CONDUCCIÓN EN ESTADO ESTACIONARIO Y NO ESTACIONARIO.
1.5 1.5 3 3
FLUJO DE CALOR EN FLUIDOS.
1.5 1.5 3 3
TRANSMISIÓN DE CALOR SIN CAMBIO DE FASE.
4 4 0.5 0.5
TRANSMISIÓN DE CALOR CON CAMBIO DE FASE.
6 6 0 0
TRANSMISIÓN DE CALOR POR RADIACIÓN.
6 6 0 0
EQUIPO PARA EL INTERCAMBIO DE CALOR.
3.5 3.5 2.5 2.5
Total de horas por cuatrimestre: 58.5 h presenciales + 58.5 h no presenciales Total de horas por semana: 6 Créditos: 8
Bibliografía:
Bird, R.B., Stewart, W.E., Lightfoot, E.N. Fenómenos de Transporte, Reverté, 2004, ISBN 968-6708-17-0. Shames, I. H., Mecánica de Fluidos, Mc Graw Hill, 1995, ISBN 958-600-246-2. McCabe, W.L., Smith, C.J., Harriot, P-. Operaciones Unitarias en Ingeniería Química, 1991, ISBN 84-481-1918-5.
IDENTIFICACIÓN DE RESULTADOS DE APRENDIZAJE
IDENTIFICACION DE RESULTADOS DE APRENDIZAJE
Unidad de Aprendizaje
Resultados de aprendizaje
Criterios de desempeño
El alumno será
competente cuando:
Evidencias (EP, ED, EC, EA)
Horas por unidad de
aprendizaje
Identifique fluidos newtonianos.
EC1: Comprender la ley que rige el movimiento del flujo entre líquidos. EC1: Identificación de fluidos newtoniados. EC1: Comparación de las características de fluidos newtonianos y no newtonianos.
Defina viscosidad
EC2: Identificación de factores fisicoquímicas que determinan la viscosidad de líquidos y gases. EC2: Comparación de las propiedades viscosas entre líquidos y gases.
VISCOSIDAD Y MECANISMO DE TRANSPORTE DE
CANTIDAD DE MOVIMIENTO.
El alumno identificará las características de los fluidos newtonianos.
Comprenda el transporte de cantidad de movimiento
EC3: Identificación de los factores que propician el movimiento en líquidos y gases.
EC3: Comprensión de los factores físicos que intervienen en el transporte de movimiento en gases
4.5
Distinga el flujo en películas descendentes.
EC4: Desarrollo de balances de problemas que involucren películas descendentes, identificación de condiciones límite.
8
9
Comprenda el flujo en tubos circulares.
EC4: Desarrollo de balances de cantidad de movimiento en sistemas cilíndricos. Determinación de condiciones límite.
Describa el flujo a través de secciones circulares.
EC4: Desarrollo de balances en sistemas cilíndricos huecos, identificación de condiciones límite.
involucran flujo laminar.
Comprenda los flujos en fluidos no miscibles.
EC4: Desarrollo de balances en sistemas que involucren dos fluidos inmiscibles. Identificación de las condiciones límite.
Deduzca la ecuación de continuidad.
EC5: Realizar balances envolventes a diferentes sistemas geométricos
Deduzca la ecuación de movimiento.
EC5: Identificar el sistema coordenado y aplicar las ecuaciones de movimiento correspondientes.
ECUACIONES DE VARIACIÓN PARA SISTEMAS ISOTÉRMICOS.
El alumno realizará balances envolventes utilizando las ecuaciones de continuidad y movimiento.
Aplique las ecuaciones de continuidad y movimiento a problemas de flujo de fluidos.
EC5: Resolver problemas de flujo estacionario involucrando las ecuaciones de continuidad y de movimiento.
6
Aplique la ley de Newton y Euler.
EC6: Deducir la ecuación de Euler a partir de la ley de Newton.
EC6: Analizar la ecuación de Euler determinando sus potenciales aplicaciones.
FORMAS DIFERENCIALES DE LAS LEYES BÁSICAS.
El alumno deducirá la ecuación de Euler y de Bernoulli.
Deduzca y aplique la ecuación de Bernoulli a problemas de flujo en tuberías.
EC6: Identificación y solución de problemas que involucren la ecuación de Bernoulli modificada.
2.5
ANÁLISIS DIMENSIONAL Y
El alumno distinguirá la
Defina número adimensional.
EC7: Definición de número adimensional.
3
10
Identifique los principales números adimensionales en el transporte de fluidos.
EC7: Agrupar números adimensionales importantes en la mecánica de fluidos.
Realice análisis dimensional.
EC7: Definir la relación entre número adimensional y similitud.
Realice escalamiento utilizando números adimensionales.
EC8: Aplicar números adimensionales a problemas de escalamiento.
SIMILITUD. importancia de los números adimensionales y su aplicación en los procesos de escalamiento.
Interprete el significado físico de los números adimensionales.
EC8: Interpretar físicamente el significados de números adimensionales.
Resuelva problemas que involucren flujos laminares y turbulentos.
EC9: Diferenciar entre flujos laminares y turbulentos. Identificar las condiciones que los definen. EC9: Resolver problemas para identificar flujos laminares y turbulentos.
Aplique la primera ley de la termodinámica en la solución de problemas de tuberías.
EC9: Deducción matemática de la ecuación de la 1ra. Ley de la termodinámica. Solución de problemas
EC10: Identificar las condiciones del flujo laminar. EC10: Resolver problemas de flujo laminar a través de tuberías. EC11: Identificación de las condiciones de entrada y salida de fluidos en tuberías circulares.
FLUJO VISCOSO A TRAVÉS DE TUBERÍAS.
El alumno resolverá problemas de flujo de fluidos en diferentes sistemas de tuberías.
Resuelva problemas relacionados con el flujo laminar en tuberías.
EC11: Determinación de las condiciones que definen el flujo turbulento de fluidos viscosos.
6
11
EC12: Identificación de las pérdidas de altura en sistemas de tuberías.
Resuelva problemas utilizando la ecuación de Bernoulli modificada
EC12: Identificar las condiciones para determinar flujos laminares y turbulentos.
Identifique pérdidas menores en problemas que involucren tuberías.
EC13: Identificación de pérdidas menores en sistemas de tuberías mediante el uso de tablas. EC13: Utilización de tablas para definir los valores de pérdidas menores en accesorios en sistemas de tuberías. EC14: Aplicación de la ley de Fourier a problemas de transmisión de calor sencillos. EC14: Identificar las condiciones de transmisión de calor en estado estacionario y resolver problemas que impliquen tales condiciones.
TRANSMISIÓN DE CALOR POR CONDUCCIÓN EN ESTADO ESTACIONARIO Y NO ESTACIONARIO.
El alumno deducirá la Ley de Fourier e identificará su uso en la conducción de calor.
Aplique los principios y la ecuación de conducción de calor para la solución de problemas.
EC14: Aplicación de la ecuación de conducción de calor para resolver problemas de flujo unidimensional.
4.5
EC15: Establecimiento de una base adecuada para el tratamiento de calor desde y hacia fluidos en movimiento. EC15: Aplicación de balances cuantitativos a problemas de transmisión de calor.
FLUJO DE CALOR EN FLUIDOS.
El alumno realizará balances de calor a diversos sistemas geométricos.
Aplique balances para la solución de problemas en condiciones reales y con coeficientes de transmisión de calor.
EC15: Realización de cálculos de transmisión de calor basados en condiciones físicas y coeficientes de transmisión de calor.
4.5
EC16: Estudio de la transmisión de calor por medio de convección en sistemas de flujo laminar.
TRANSMISIÓN DE CALOR DE FLUIDOS SIN CAMBIOS DE FASE.
El alumno analizará las condiciones necesarias para la transmisión de calor por convección forzada y natural.
Comprenda la transmisión de calor por convección forzada en condiciones de flujo laminar y turbulento.
EC16: Estudio y aplicación de la transmisión de calor por convección forzada a través de tuberías.
4.5
12
Deduzca la utilidad de los metales líquidos en procesos de transferencia de calor.
EC16: Determinación de la utilidad de metales líquidos en procesos de transferencia de calor.
EC16: Estudio del mecanismo del flujo de calor en el exterior de tubos por convección forzada.
Analice las condiciones de transferencia de calor por convección natural.
EC16: Comprensión de las condiciones para que se presente el fenómeno de la convección. EC17: Determinación de la importancia de la condensación de vapores sobre superficies tubulares en procesos industriales.
TRANSMISIÓN DE CALOR EN FLUIDOS CON CAMBIO DE
FASE.
El alumno analizará la transmisión de calor sin que haya cambio de fase.
Determine los principales fenómenos de transmisión de calor sin cambio de fase.
EC17: Estudio de la transmisión de calor a líquidos en ebullición en operaciones básicas de evaporación y destilación.
6
EC18: Estudio de los diferentes tipos de radiación.
EC18: Determinación de las características fisicoquímicas de materiales para absorber calor a partir de radiación. EC18: Identificación de las condiciones necesarias para la radiación entre superficies.
TRANSMISIÓN DE CALOR POR
RADIACIÓN.
El alumno identificará las condiciones para que se presente transmisión de calor por radiación.
Identifique las principales condiciones para que haya transmisión de calor por radiación. EC18: Identificación de
materiales de interés industrial con capacidad de absorber parcialmente radiación.
6
EC19: Identificación de los principales tipos de cambiadores de calor y sus aplicaciones a nivel industrial. EC19: Determinación de las principales características de los dispositivos para licuar vapores.
EQUIPO PARA INTERCAMBIO
DE CALOR.
El alumno distinguirá los principales equipos industriales donde se realiza la transferencia de calor.
Identifique los principales equipos utilizados a nivel industrial que involucren la transferencia de calor.
EC19: Identificación de equipos evaporadores más comunes a nivel industrial.
6
13
EC19: Estudio del uso de superficies ampliadas para la optimización de procesos de intercambio de calor. EC19: Identificación de las ecuaciones que describen la transferencia de calor en tanques agitados. EC19: Identificación de los principales fenómenos físicos que intervienen en la transmisión de calor en lechos rellenos.
PLANEACIÓN DEL APRENDIZAJE
PLANEACIÓN DEL APRENDIZAJE
Total de horas
Espacio educativo
Teóricas Prácticas Resultado de aprendizaje
Criterios de desempeño Evidencias
Instrumento de
evaluación
Técnica de aprendizaje
Aula Lab. otros HP HNP HP HNP Identifique fluidos
newtonianos. EC1
Defina viscosidad EC2 El alumno
identificará las características de
los fluidos newtonianos.
Comprenda el transporte de cantidad de movimiento
EC3
Distinga el flujo en películas
descendentes. Comprenda el flujo en tubos
circulares. Describa el flujo a través de secciones
circulares.
El alumno realizará balances
envolventes a sistemas que
involucran flujo laminar.
Comprenda los flujos en fluidos
no miscibles.
EC4
Deduzca la ecuación de continuidad. Deduzca la ecuación de movimiento.
El alumno realizará balances
envolventes utilizando las ecuaciones de continuidad y movimiento. Aplique las
EC5
Cuestionario y
solución de ejercicios
Exposición, lluvia de
ideas, solución de ejercicios en clase, lectura y
tarea.
X X 5.5 5.5 10 10
ecuaciones de continuidad y movimiento a
problemas de flujo de fluidos.
Aplique la ley de Newton y Euler.
El alumno deducirá la
ecuación de Euler y de Bernoulli.
Deduzca y aplique la
ecuación de Bernoulli a
problemas de flujo en tuberías.
EC6
Defina número adimensional. Identifique los
principales números
adimensionales en el transporte de
fluidos. Realice análisis
dimensional.
EC7
Realice escalamiento
utilizando números
adimensionales.
El alumno distinguirá la
importancia de los números
adimensionales y su aplicación en los procesos de escalamiento.
Interprete el significado físico de los números adimensionales.
EC8
Resuelva problemas que
involucren flujos laminares y turbulentos.
El alumno resolverá
problemas de flujo de fluidos en
diferentes sistemas de tuberías. Aplique la
primera ley de la termodinámica en
la solución de
EC9
Cuestionario y
solución de ejercicios
Exposición, lluvia de
ideas, solución de ejercicios en clase, lectura y
tarea
X X 7 7 4.5 4.5
problemas de
tuberías. Resuelva
problemas relacionados con
el flujo laminar en tuberías.
EC10
Resuelva problemas
utilizando la ecuación de Bernoulli
modificada. Identifique
pérdidas menores en problemas que
involucren tuberías.
EC11
El alumno deducirá la Ley de
Fourier e identificará su uso en la conducción
de calor.
Aplique los principios y la
ecuación de conducción de calor para la solución de problemas.
EC12
El alumno realizará balances de calor a diversos
sistemas geométricos.
Aplique balances para la solución de
problemas en condiciones reales y con coeficientes de transmisión de
calor.
Comprenda la transmisión de
calor por convección forzada en
condiciones de flujo laminar y
turbulento.
EC13
El alumno analizará las condiciones
necesarias para la transmisión de
calor por convección
forzada y natural. Deduzca la
utilidad de los EC14
Cuestionario y
solución de ejercicios
Exposición, lluvia de
ideas, solución de ejercicios en clase, lectura y
tarea
X X 7 7 6.5 6.5
metales líquidos en procesos de
transferencia de calor.
Analice las condiciones de
transferencia de calor por
convección natural.
El alumno analizará la
transmisión de calor sin que haya
cambio de fase.
Determine los principales
fenómenos de transmisión de
calor sin cambio de fase.
El alumno identificará las
condiciones para que se presente transmisión de
calor por radiación.
Identifique las principales
condiciones para que haya
transmisión de calor por radiación.
EC15
El alumno distinguirá los
principales equipos
industriales donde se realiza la
transferencia de calor.
Identifique los principales
equipos utilizados a nivel industrial que involucren la transferencia de
calor.
Comprenda la transmisión de
calor por convección forzada en
condiciones de flujo laminar y
turbulento.
EC16
El alumno analizará las condiciones
necesarias para la transmisión de
calor por convección
forzada y natural. Deduzca la utilidad de los
Cuestionario y
solución de ejercicios
Exposición, lluvia de
ideas, solución de ejercicios en clase, lectura y
tarea
X X 21.5 21.5 2.5 2.5
metales líquidos en procesos de
transferencia de calor.
El alumno analizará la
transmisión de calor sin que
haya cambio de fase.
Determine los principales
fenómenos de transmisión de
calor sin cambio de fase.
EC17
El alumno identificará las
condiciones para que se presente transmisión de
calor por radiación
Identifique las principales
condiciones para que haya
transmisión de calor por radiación
EC18
El alumno distinguirá los
principales equipos
industriales donde se realiza la transferencia
de calor.
Identifique los principales
equipos utilizados a nivel
industrial que involucren la
transferencia de calor.
EC19
MÉTODO DE EVALUACIÓN
MÉTODO DE EVALUACIÓN
EVALUACIÓN Unidades de aprendizaje
Resultados de
aprendizaje Enfoque: (DG)Diagnóstica, (FO)
Formativa, (SU) Sumativa
Técnica Instrumento Total de horas
VISCOSIDAD Y MECANISMO DE TRANSPORTE DE
CANTIDAD DE MOVIMIENTO.
El alumno identificará las características de
los fluidos newtonianos.
DISTRIBUCIONES DE VELOCIDAD
EN FLUJO LAMINAR.
El alumno realizará balances envolventes
a sistemas que involucran flujo
laminar. ECUACIONES DE
VARIACIÓN PARA SISTEMAS ISOTÉRMICOS.
El alumno realizará balances envolventes
utilizando las ecuaciones de continuidad y movimiento.
DG SU
Documental Cuestionario
y problemario
11
FORMAS DIFERENCIALES DE LAS LEYES
BÁSICAS.
El alumno deducirá la ecuación de Euler y
de Bernoulli.
ANÁLISIS DIMENSIONAL Y
SIMILITUD.
El alumno distinguirá la importancia de los
números adimensionales y su
aplicación en los procesos de
escalamiento. FLUJO VISCOSO
A TRAVÉS DE TUBERÍAS.
El alumno resolverá problemas de flujo de fluidos en diferentes sistemas de tuberías.
Documental Cuestionario
y problemario
11.5 SU
TRANSMISIÓN DE CALOR POR CONDUCCIÓN
EN ESTADO ESTACIONARIO
Y NO ESTACIONARIO.
El alumno deducirá la Ley de Fourier e
identificará su uso en la conducción de
calor SU
Cuestionario y
problemario Documental 13.5
MÉTODO DE EVALUACIÓN
MÉTODO DE EVALUACIÓN
EVALUACIÓN Unidades de aprendizaje
Resultados de
aprendizaje Enfoque: (DG)Diagnóstica, (FO)
Formativa, (SU) Sumativa
Técnica Instrumento Total de horas
FLUJO DE CALOR EN FLUIDOS.
El alumno realizará balances de calor a diversos sistemas
geométricos. TRANSMISIÓN DE CALOR DE FLUIDOS SIN CAMBIOS DE
FASE.
El alumno analizará las condiciones
necesarias para la transmisión de calor
por convección forzada y natural.
TRANSMISIÓN DE CALOR EN FLUIDOS CON CAMBIO DE
FASE.
El alumno analizará la transmisión de calor sin que haya cambio
de fase.
TRANSMISIÓN DE CALOR POR
RADIACIÓN.
El alumno identificará las condiciones para
que se presente transmisión de calor
por radiación
Cuestionario y
problemario SU Problemario 18
EQUIPO PARA INTERCAMBIO
DE CALOR.
El alumno distinguirá los principales
equipos industriales donde se realiza la
transferencia de calor.
INSTRUMENTOS DE EVALUACIÓN DIAGNÓSTICA
UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE PACHUCA
Alumno (a):___________________________________________ Calif.:_____ INSTRUCCIONES: Lea cuidadosamente cada pregunta. Sea objetivo en sus respuestas.
1. ¿Qué es la viscosidad?.
2. ¿Cómo varía la viscosidad con la temperatura y presión?.
3. ¿Qué es el número de Reynolds?¿Cuáles son sus dimensiones?.
4. ¿En qué ley física se basa la ecuación de movimiento?
5. ¿Para que puede ser utilizado el análisis dimensional?
6. ¿Qué es un flujo laminar?¿uno turbulento?
7. ¿Cuántos tipos de transmisión de calor existen?
8. Indique equipos donde intervenga el intercambio de calor?
INSTRUMENTOS DE EVALUACIÓN SUMATIVA
UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE PACHUCA Alumno(a):____________________________________________ Calif.:_____ Instrucciones: resuelva los problemas solicitados. Se permite el uso de calculadora, tablas y cuaderno de notas.
1. Un lote de 100 kg de madera húmeda con 11 % en peso de humedad, se seca hasta reducir el contenido de agua a 6.38 kg/ 1.0 kg de madera seca. ¿Cuál es el peso de madera seca y la cantidad de agua que se elimina?
2. Un material sólido que contiene 15% en peso de humedad se seca hasta
reducirlo a 7% en peso por medio de una corriente de aire caliente mezclada con aire de recirculación del secador. La corriente de aire no recirculado contiene 0.01 kg de agua/kg de aire seco, el aire de recirculación tiene 0.1 kg de agua/kg de aire seco y el aire mezclado contiene 0.03 kg de agua/kg de aire seco. Para la alimentación de 100 kg de sólidos/h al secador, calcule los kilogramos de aire seco/h de aire nuevo, los kilogramos de aire seco/h del aire de recirculación y los kg/h de producto seco.
INSTRUMENTOS DE EVALUACIÓN SUMATIVA
UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE PACHUCA Alumno (a):________________________________________________ Calif.:_______ Instrucciones: Resuelva lo que se le solicita. Sea claro y ordenado en el desarrollo del problema.
1. Encuentre le valor de τzx y de Vz del siguiente problema: Tiene dos paredes verticales separadas por una distancia R. Una de ellas se mueve a una velocidad z. Calcule la velocidad de transmisión de movimiento yVz del sistema. Suponiendo que se agua el fluido que fluye a través del sistema, calcule el valor de τzx y de Vz. ¿Cuándo se tiene el valor de Vmax? Datos de interés: μ = 1 cp δ = 1 g/cm R = 1.5 cm L = 65 cm p = 1 atm
INSTRUMENTOS DE EVALUACIÓN SUMATIVA
ALUMNO (A):_________________________________________________ Calif.:______ Instrucciones: Resuelva los siguientes problemas, sea ordenado en su desarrollo, indique el resultado obtenido subrayándolo o encerrándolo en un círculo.
1. A través de una tubería flexible fluye gasolina con una temperatura de 20°C desde la bomba hasta el tanque de combustible de un carro. Si fluyen 3 L/s y la tubería tiene un diámetro interno de 60 mm, ¿cuál es el número de Reynolds? .
ν = 0.000123 x 10-4 ft2/s 2. A través de una tubería fluye agua con un caudal de 5 L/s. Si se miden las siguientes
presiones manométricas,
p1 = 12 kPa, p2 = 11.5 kPa, p3 = 10.3 kPa
¿cuales son las perdidas de altura entre 1 y 2 y entre 1 y 3? ρ = 2.045 lb/ft3
Para ver esta película, debedisponer de QuickTime™ y de
un descompresor TIFF (sin compri
UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE PACHUCA
1.5 km
mir).0.890 km
1.345 km
INSTRUMENTOS DE EVALUACIÓN SUMATIVA
UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE PACHUCA
ALUMNO(A):________________________________________________Calif.:______ Instrucciones: Resuelva los siguientes problemas, sea ordenado en su desarrollo, indique el resultado obtenido subrayándolo o encerrándolo en un círculo.
1. La pared de un horno consta de 200 mm de un ladrillo refractario, 100 mm de ladrillo Sil-o-ce1 y 6 mm de chapa de acero. La superficie del refractario en contacto con el fuego está a 1150 “C, y la superficie exterior del acero está a 30 “C. Un preciso balance de calor aplicado al horno indica que la perdida de calor desde la pared es de 300 W/m2. Se sabe que existen delgadas capas de aire entre las superficies del ladrillo y el acero iA cuántos milímetros de ladrillo Sil-o-ce1 equivalen estas capas de aire? Las conductividades caloríficas son:
1.52 W/m ºC para el ladrillo refractario k = 0.138 W/m ºC para el ladrillo Sil-o-cel
45 W/m ªC para el acero
2. Por una tuberia de 25 mm de diámetro interior circula glicerina a razón de 500 kg/h. Entra en una sección caliente de 3 m de longitud cuya pared está a la temperatura uniforme de 115 “C. La temperatura de la glicerina a la entrada es de 15 “C. Si el perfil de velocidad es parabólico, ¿cuál será la temperatura de la glicerina a la salida de la sección caliente? ¿Cuál sería la temperatura a la salida si el flujo fuese en pistón? ¿Qué longitud tendría que tener la sección caliente para calentar la glicerina hasta 115 “C?.
3. Un tubo de cobre de 1 ¼ de pulg 14 BWG y 10 pies de longitud se utiliza para
condensar alcohol n-propílico a la presión atmosférica. El agua de refrigeración que circula por el interior del tubo mantiene la superficie metálica a una temperatura esencialmente constante de 25 “C. (a) ¿Qué flujo de vapor, en libras por hora, condensará si el tubo es vertical? (b) ¿Cuánto condensará si el tubo es horizontal?.
4. En dirección perpendicular a una bancada de tubos, que tiene 10 tubos y 10 espacios
de anchura y 10 hileras de profundidad, circula aire con una velocidad de 2,4 m3/s (medido a 0 “C y 1 atm). La longitud de cada tubo es de 3 m. Los tubos están situados en disposición triangular, con una distancia entre centros de los tubos de 75 mm. Se desea calentar el aire desde 20 hasta 40 “C a la presión atmosférica. ¿Qué presión del vapor de agua debe utilizarse? Los tubos están formados por tubería de acero de 25 mm de diámetro exterior.
GLOSARIO
C Conducción: Forma de transferencia de calor mediante la vibración de moléculas que están en contacto entre si. Conductividad calorífica: Es una propiedad de la material en indica la capacidad de transporte de calor de una sustancia. Convección: transporte de calor en un volumen y una mezcla de elemntos macroscópicos de porciones calientes y frías de un gas o un líquido. D Densidad de flujo de calor: Es la velocidad de transmission de calor por unidad de area. Divergencia: Es el producto punto entre el vector de velocidad másica y el operador nabla. E Ecuación de continuidad: Describe la variación de la densidad para un punto fijo como consecuencia de las variaciones del vector de velocidad másica. Emisividad: es la relación entre el poder emisor total W de un cuerpo y el de un cuerpo negro a la misma temperatura. Emisividad monocromática: Es la relación entre el poder emisor monocromático y el de un cuerpo negro a la misma longitud de onda. Estado estacionario: Son las condiciones en cada uno de los puntos de una corriente que no varian con el tiempo. F Fluido newtoniano: Son los fluidos que cumplen con la ley de Newton de la viscosidad. Flujo contracorriente: Son dos fluidos que entran por diferentes extremos de un combiador de calor y circulan a través de la unidad en sentidos opuestos. R Radiación: Es la transferencia de energía a través del espacio por medio de ondas electromagnéticas. V Viscosidad: Es la fuerza que se opone al movimiento natural de
los líquidos, y esta fuerza se define como la fuerza por unidad de área que es proporcional a la disminución de la velocidad con la distancia. Viscosidad cinemática: Es la relación existente entre la viscosidad y la densidad de un líquido.
BIBLIOGRAFÍA
Bird, R.B., Stewart, W.E., Lightfoot, E.N. Fenómenos de Transporte, Reverté, 2004, ISBN 968-6708-17-0.
Shames, I. H., Mecánica de Fluidos, Mc Graw Hill, 1995, ISBN 958-600-246-
2.
McCabe, W.L., Smith, C.J., Harriot, P-. Operaciones Unitarias en Ingeniería Química, 1991, ISBN 84-481-1918-5.
