Transferencia de Momento Lineal
Estatica de fluidos
Se refiere al estudio de
los fluidos en reposo por ejemplo: El tanque de gas.
¿Qué es un
fluido?
Es una
sustancia capaz de fluir y que no resiste en forma permanente la distorsión.
Un
fluido en equilibrio carece de esfuerzos cortantes
Esfuerzo Cortante
El esfuerzo cortante hace
que el fluido se deforme.
Viscosidad
La viscosidad puede ser considerada como la pegajosidad interna de un fluido.
Presión de fluidos estáticos
Se considera como
la fuerza superficial que ejerce un fluido por unidad de area de las paredes
del recipiente que lo contiene.
Relación entre la presión
Absoluta, Atmosférica y Manométrica.
Las presiones absoluta,
manométrica y de vacío son todas cantidades positivas y están interrelacionadas
Pman = Pabs - Patm
Pvac = Patm -Pabs
Valoración de la presión en Fluidos
Estáticos
Como la suma de las fuerzas
debe ser igual a cero en todo fluido, se puede satisfacer la Ley de Newton
aplicándola a un cuerpo libre arbitrario de fluido de tamaño diferencial, con
el cual se puede obtener una expresión para la Variación de Presión en Fluidos
Estático.
Esta ecuación es de aplicación directa para fluidos incomprensibles.
Ecuación para la variación de la presión con la elevación de un gas isotérmico.
Para fluidos comprensibles en los
cuales las densidades en los cuales la densidad depende de la altura y el
gradiente de longitud es relativamente grande, se tiene:
Aplicaciones de la estática de
fluidos
Es importante medir la presión
para saber el control de la presión con la que se esta trabajando.
En la plantas químicas y de
otro tipo de procesos industriales con frecuencia es importante medir y
controlar la presión en un recipiente o proceso, o el nivel de el liquido en un
recipiente.
Considerando que el valor de h para el mercurio es de
0,47m determine cual seria la medida que reflejaría el manómetro de la
siguiente figura, es decir, el valor de la presión manométrica del aire esta
en:
1) Objeto:
Determinar la medida del manómetro de caratula (P. man)
2) Esquema:
h= 0,47
3) Cálculos:
4) Conclusión:
La medida del manómetro de caratula debería
ser de 65Kpa.
Esta ecuación nos indica la
posición de la interface liquido –
liquido en el separador depende de la relación de las densidades de los dos
líquidos y de las alturas de las líneas de desborde, y es independiente de las
velocidades de flujo de los líquidos.
El tamaño del decantador se establece por el
tiempo requerido para la separación, que a su vez depende de la diferencia
entre las densidades de los dos líquidos y de la viscosidad de la fase
continua. Con tal de que el líquido sea limpio y no se formen emulsiones, el
tiempo de separación se estima a partir de la ecuación empírica.
t=tiempo de separación, h
pA, pB = densidades de los
líquidos A y B, kg/m^3
u=viscosidad de la fase
continua, cP
Pi = presión en la interface líquido – líquido
PB= presión en la superficie libre
correspondiente al líquido ligero en rB
PA= presión en la superficie libre
correspondiente al líquido pesado en rA
Despejamos ri se obtiene
1) Objeto:
• Determinar las
dimensiones del tanque
• Determinar
la altura de desborde del acido
2) Esquema:
3) Cálculos:
Concepto:
Curvas de
rendimiento típicas para una familia de bombas centrífugas de igual diámetro de
carcasa, pero distintos diámetros de rotor, es decir a mayor rotor mayor
eficiencia.
1. Objeto
Calcular cual
será la mínima cantidad de electricidad para operar. Hacer la comparación y
analizar los resultados.
2. Esquema
4) Conclusión:
La mínima cantidad de electricidad para operar es de 3,2 Hp y la máxima es de 8,25 Hp
- Objeto
Determinar el caudal de operaciones
2. Esquema
3. Cálculos
- Conclusión:
DINAMICA DE FLUIDOS COMPRESIBLES
Aplicaciones
VENTILADORES
Ø Los ventiladores no se desarrollan en mayor velocidad.
Ø
Son
equipos no muy fuertes y estos pueden desplazar grandes volúmenes depende del
ventilador.
Ø La eficiencia de este equipo es de 70%, la
ecuación es la misma que la bomba.
Ø Al aumentar presión también aumenta
temperatura.
SOPLADORES
Ø
Los
sopladores de fluido a mayor velocidad.
Ø
Aparatos rotatorios de alta velocidad Y desarrollan una presión máxima cerca 2 atm.
COMPRESORES
Ø
Nos permite llegar a mayor presión.
Ø Los compresores son el corazón de un sistema de refrigeración.
La bomba desplaza líquidos y los ventiladores, sopladores y
compresores desplazan gases.
Ejercicio 1
Determinar el volumen molar estándar a condiciones normales de 1 atm de presión y a 0°C de temperatura.
Determinar el volumen molar estándar a condiciones normales de 1 atm de presión y 32 °F de temperatura.
Ejercicio 2
Para extraer de la chimenea de una caldera gas
en reposo a una presión de 29,0 in. de Hg y una temperatura de 200 ºF y
descargarlo a una presión de 30,1 in. de Hg y una velocidad de 150 ft/s se
utiliza un ventilador centrífugo (extractor). Calcule la potencia necesaria
para mover 10000 ft3/min std del gas, utilizando condiciones
estándar de 29,92 in. de Hg y 32 ºF. La eficiencia del extractor es de 65% y el
peso molecular del gas es de 31.3.
Objeto:
Determinar la potencia del ventilador
Conclusión:
63,53Hp es la potencia que debe tener el
ventilador
Sopladores y
Compresores
 |
El compresor reciprocante son los compresores que se utilizan
con pistones.
Bomba
de Vacío
Saca aire de un determinado recipiente con una determinada
presión.
|
Ejercicio 3
Un compresor reciprocante de
triple etapa comprime 180 ft3/min std de metano desde 14 hasta 900
lbf/in.2 abs. La temperatura a la entrada es de 80 °F. Para
el intervalo de temperatura que cabe esperar las propiedades medias del metano
son:
a) ¿Cuál es la potencia de freno si la eficiencia mecánica
es de 80%?
b) ¿Cuál es la temperatura de descarga en la primera
etapa?
c) Si la temperatura del agua de enfriamiento
se eleva a 20 °F (11.1 °C), ¿cuánta agua se necesita en los enfriadores entre las
capas y el enfriador final para que el gas comprimido deje el enfriador a 80 °F (26.7 °C)? Suponga que la chaqueta de enfriamiento es
suficiente para absorber el calor de fricción.
Objeto:
a) Determinar la potencia a
la fuerza.
b) Determinar la temperatura
de la salida de la primera etapa.
c) Determinar el flujo másico
del refrigerante (agua).
Esquema:
Conclusión:
8791 lb/h es la cantidad de agua que va a entrar al refrigerante
● Tanques de agitación
Los tanques que se
agitación por lo general son de forma cilíndrica y consta con un eje vertical.
Los agitadores constan de deflectores para para reducir el movimiento
tangencial.
● Impulsores
(agitadores)
Se dividen en dos clases.
Flujo axial, son los que generan corriente paralela al eje
del impulsor
Flujo radial, son los que generan corrientes en dirección
radial o tangencial.
Hélices (propulsor), es un impulsor de flujo axial y alta
velocidad que se utiliza para líquidos de baja viscosidad
Turbinas, Empujan al líquido en forma radial y
tangencial, casi sin movimiento vertical al agitador.
Diseño “estándar” de turbina
Son normas o guías
que se utilizan para tener una uniformidad en la industria
consumo de potencia y correlación de potencia
la potencia necesaria se estima a partir
del producto del flujo q generado por el impulsor y la energía cinética por unidad de volumen de fluido.
Número de potencia Np.
Reynolds Re
Efecto de la anchura y la holgura sobre el consumo de potencia de
turbinas de seis palas de 45°10,42 Tabla. 9.1
4. Conclusión
La potencia requerida será de
3,93 Kw
Ejemplo 2
El sistema de agitación del ejemplo anterior se utiliza para mezclar un compuesto de látex de caucho que tiene una viscosidad de 120 Pa s y una densidad de 1120 kg/m3. ¿Cuál será la potencia requerida?
1. Objeto.
Determinar la potencia
2. Ejemplo anterior
3. Cálculos.
Mezcla de líquidos miscibles
Es un proceso relativamente corto en propulsores (hélices), turbinas o impulsor de alta eficiencia, normalmente colocados en el centro, en enormes tanques de almacenamiento y tratamiento de desechos por propulsores de entrada lateral o mezcladores de chorro.
Mezcla en tanques de proceso
En el tanque de
proceso se produce una corriente alta de viscosidad y se mezcla con rapidez en
las partes cerca al impulsor por su alta turbulencia.
Mezcla en tanques de proceso, Tiempos de mezclado en tanques agitados. Las líneas discontinuas son para tanques sin deflectores; la línea continua es para tanques con placas deflectores.
Un tanque con
agitado de 6 ft (1.83 m) de diámetro contiene una turbina de seis palas rectas
de 2 ft (0.61 m) de diámetro, situada a un diámetro del impulsor por encima del
fondo del tanque, y que gira a 80 rpm. Se ha propuesto este tanque para
neutralizar una solución acuosa diluida de NaOH a 70 °F con una cantidad estequiométricamente
equivalente de ácido nítrico concentrado (HNO3). La altura final del líquido en
el tanque ha de ser de 6 ft (1.83 m). Suponiendo que todo el ácido se añade al
tanque de una vez, ¿Cuánto tiempo se requiere para que la neutralización sea
completa?
● Considere que el tanque tiene deflectores. También realice los cálculos para un tanque sin deflectores.
1. Objeto
Determinar el tiempo
requerido para la neutralización.
2. Esquema
4. Conclusión
El tiempo para que
se estabilice por completo es de 28,57 s
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