Fenómenos de transporte
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DEL ESTADO DE MÉXICO
Facultad de Ciencias
Dr. Rafael Chávez Romero
Semestre 2025 B
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Unidad temática 1.
Fenómenos de transporte.
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Fenómenos de Transporte, Diapositivas de Ingeniería de Procesos
introducción y como es que se relaciona los fenómenos de Transporte con la vida cotidiana
Tipo: Diapositivas
2024/2025
1 / 55
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Fenómenos de transporte
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DEL ESTADO DE MÉXICO
Facultad de Ciencias
Dr. Rafael Chávez Romero
Semestre 2025 B
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Unidad temática 1.
Fenómenos de transporte.
Fenómenos de transporte. Objetivo: Distinguir los conceptos relacionados con las fuerzas químicas y mecánicas que se presentan en los fluidos, utilizando fundamentos matemáticos y fenomenológicos para entender como influyen las características de los fluidos en la optimización de biorreactores y en técnicas de purificación y análisis. Temas: 1.1 Perspectiva biotecnológica de fenómenos de transporte. 1.1.1 Fenómenos de intercambio de masa, energía y momento. 1.1.2 Definición de fluido y descripción de tipos de fluidos 1.1.3 Transporte molecular y convectivo 1.1.4 Escalas de estudio de los fenómenos de transporte 1.2 Ley de Newton: viscosidad 1.2.1 Viscosidad 1.2.2 Tipos de fluidos 1.2.4 Descripción molecular de la viscosidad 1.2.5 Descripción termodinámica de la viscosidad 1.3 Reología de fluidos 1.3.1 Velocidad de deformación. 1.3.2 Esfuerzo de cizalla. 1.3.3 Ecuaciones de estado reológicas
Fenómenos de transporte
Estado gaseoso permite una descripción cuantitativa sencilla de la materia.
- Masa
- Volumen
- Presión
- Temperatura Generalidades
Unidad Temática 1. Fenómenos de transporte
Generalidades
Fenómenos de transporte
1.1 Perspectiva biotecnológica de fenómenos de transporte. 1.1.1 Fenómenos de intercambio de masa, energía y momento. Transferencia de masa: Es el movimiento neto de masa desde una ubicación a otra, lo que generalmente significa flujo, fase, fracción o componente. La transferencia de masa ocurre en muchos procesos, como la absorción, evaporación, secado, precipitación, filtración por membrana y destilación. Transferencia de calor: Fenómeno físico que consiste en el traspaso de energía calórica de un medio a otro. Esto ocurre cuando dos sistemas que se encuentran a distintas temperaturas se ponen en contacto, permitiendo el flujo de la energía del punto de mayor temperatura al de menor, hasta alcanzar un equilibrio térmico, en el que se igualan las temperaturas. Transferencia de momento: Proceso mediante el cual el impulso (o momentum) se transmite de un objeto a otro, generalmente mediante fuerzas de contacto o interacción a distancia, como en el caso de la gravedad. Se estudia en la dinámica de fluidos y mecánica de cuerpos sólidos, donde se estudia cómo las fuerzas afectan el movimiento. Es importante para entender el flujo de líquidos y gases, y las interacciones entre partículas a nivel microscópico.
En ausencia de reacciones químicas, los principales tipos de fenómenos de transporte son:
- Conducción eléctrica
- Conducción térmica
- Viscosidad
- Difusión
Fenómenos de transporte
1.1 Perspectiva biotecnológica de fenómenos de transporte. 1.1.1 Fenómenos de intercambio de masa, energía y momento.
Fenómenos de transporte
1.1 Perspectiva biotecnológica de fenómenos de transporte. 1.1.1 Fenómenos de intercambio de masa, energía y momento.
Fenómenos de transporte
1.1 Perspectiva biotecnológica de fenómenos de transporte. 1.1.1 Fenómenos de intercambio de masa, energía y momento. Reservorio de medio de cultivo fresco Aire o gas estéril Regulador de flujo Espacio gaseoso Recipiente de cultivo. Medio de cultivo Rebosadero Efluente que contiene células microbianas.
Descripción de fluido - Lagrange
- Considera elementos infinitesimales de
volumen. Partículas fluidas.
- Se describe siguiendo el movimiento de
cada una de esas partículas.
- Se asignan coordenadas (x,y,z) a cada
partícula fluida. Y su posición se
específica en función del tiempo.
Fenómenos de transporte
1.1 Perspectiva biotecnológica de fenómenos de transporte. 1.1.2 Definición de fluido y descripción de tipos de fluidos
Descripción de fluido - Euler
- Lo que interesa es saber qué está ocurriendo en un cierto punto del espacio y en un cierto instante de tiempo. En lugar de pensar en lo que le ocurre a una determinada partícula fluida.
- Se debe especificar la densidad y la velocidad del fluido en cada punto del espacio y en cada instante de tiempo.
- Se describe el movimiento del fluido especificando densidad y el vector de velocidad, en el punto (x,y,z) y en el instante t.
- Cualquier magnitud física (presión) que utilicemos para describir el estado del fluido tendrá un valor en cada punto del espacio.
Fenómenos de transporte
1.1 Perspectiva biotecnológica de fenómenos de transporte. 1.1.2 Definición de fluido y descripción de tipos de fluidos
Fenómenos de transporte
1.1 Perspectiva biotecnológica de fenómenos de transporte. 1.1.3 Transporte molecular y convectivo Transporte molecular: Es la transferencia de una propiedad física debida al comportamiento de las moléculas en un sistema. Transporte advectivo: Es la transferencia de una propiedad física atribuible únicamente al movimiento global de un fluido, que “acarrea” consigo dicha propiedad. El transporte advectivo es por lo tanto directamente proporcional a la velocidad del fluido. Transporte convectivo: También requiere un fluido en movimiento pero involucra una interfase. En la mayoría de los casos es una combinación del transporte molecular con el transporte advectivo. A diferencia del transporte advectivo, normalmente no es proporcional a la velocidad del fluido.
Fenómenos de transporte
1.1 Perspectiva biotecnológica de fenómenos de transporte. 1.1.3 Transporte molecular y convectivo Mecanismos de transferencia de momentum convección Transporte viscoso (viscous transport): Cuando una capa de fluido en movimiento ejerce una fuerza sobre otra capa de fluido que se mueva a diferente velocidad, transfiriéndole parte de su momentum. EJEMPLO: Fluido entre dos placas inicialmente en reposo, se pone en movimiento la placa superior, y eventualmente las capas de fluido que se encuentran más abajo se ponen en movimiento. El momentum que tienen ahora lo recibieron de las capas de más arriba, que a su vez lo recibieron de la placa en movimiento. Arrastre (drag): Es cuando parte del momentum de un fluido se transfiere por convección a un objeto, convirtiéndose en una fuerza que actúa sobre el objeto en la misma dirección del movimiento del fluido. EJEMPLO: El viento ejerce una fuerza sobre una persona, que la empuja en la dirección en la que sopla. Sustentación (lift): Como en el caso del arrastre, el momentum del fluido se transfiere a un objeto, pero ejerce una fuerza perpendicular a la dirección del movimiento del fluido. EJEMPLO: La fuerza ejercida por el aire sobre las alas de un avión, para mantenerlo suspendidos en el aire. El movimiento relativo del avión y el aire es horizontal, pero la fuerza es vertical.
Fenómenos de transporte
1.1 Perspectiva biotecnológica de fenómenos de transporte. 1.1.3 Transporte molecular y convectivo Mecanismos de transferencia de masa
- Difusión (diffusion): El movimiento aleatorio de las moléculas hace que cambien de lugar constantemente. Esto hace que las moléculas de una sustancia tiendan a pasar de una región de mayor concentración a una de menor concentración. EJEMPLO: Una gota de tinta en agua, al paso del tiempo se ve más extendida porque se ha difundido.
- Convección (convection): Es la transferencia de masa en una interfase que involucra un fluido en movimiento y es el resultado combinado de la difusión y la advección. En ocasiones se le denomina “convección de masa” para distinguirla de la transferencia de calor por convección. EJEMPLO: La ropa se seca más rápido cuando sopla viento, porque el movimiento del aire se lleva el vapor de agua.
- Macroscópico
- Microscópico
- Molecular
Fenómenos de transporte
1.1 Perspectiva biotecnológica de fenómenos de transporte. 1.1.3 Transporte molecular y convectivo