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EVALUACIÓN DIAGNÓSTICA OPERACIONES UNITARIAS I Ing. M.Sc. Liliana Acurio Arcos


Propiedades extensivas  Depende de la extensión o del tamaño del

sistema.

Masa, Longitud, Volumen, Energía  Podemos

determinar si una propiedad es extensiva o no simplemente duplicando el tamaño del sistema. Si el valor de la propiedad se duplica, se trata de una propiedad extensiva.


Propiedades intensivas  Las propiedades intensivas no dependen del

tamaño del sistema

Temperatura, Presión, Densidad, Viscosidad  Para un sistema homogéneo, a menudo se

puede obtener una propiedad intensiva dividiendo una propiedad extensiva por otra.

m  V


Definiciones básicas  Presión: Se define como la cantidad de fuerza

que se ejerce sobre una unidad de área de una sustancia, o de una superficie. Se enuncia por medio de la ecuación:

F ma kg m F 2 N s


Definiciones básicas Densidad: Es la cantidad de masa por unidad de volumen de una sustancia. Se denota con la letra griega ρ (rho).

m  V Peso Específico: Es la cantidad de peso por unidad de volumen de una sustancia. Se denota con la letra griega γ (gamma).

w   V

Donde: V = volumen de la sustancia w = peso de la sustancia Las unidades en el SI [N/m3] y [lb/pie3] en el Sistema Tradicional de Estados Unidos.


Definiciones básicas Gravedad específica. Se la puede definir de dos maneras:  La gravedad específica es la razón de la densidad

de una sustancia a la densidad del agua a 4 C.

s sg  w a 4 C

 La gravedad específica es la razón del peso

específico de una sustancia al peso específico del agua a 4 C.

sg 

s

w a 4C


Definiciones básicas Manómetros

P   h


Definiciones básicas Flujo volumétrico. Es el volumen de un fluido que circula en una sección por unidad de tiempo.

Q  A v Flujo másico. Es la masa de fluido que circula en una sección por unidad de tiempo. Se calcula:

M  Q  Flujo en peso. Es el peso del fluido que circula en una sección por unidad de tiempo.

W  Q


Definiciones básicas Ecuación de continuidad.

La cantidad de fluido que circula a través de cualquier sección en cierta cantidad de tiempo es constante. Esto se conoce como fluido estable.

M1  M 2

1 A1v1  2 A2v2


Definiciones básicas CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA En un sistema de flujo se localiza: la elevación z, la velocidad v y presión P. El elemento de fluido posee las siguientes formas de energía:  Energía potencial. Debido a su elevación.

EP  wz  Energía cinética. Debido a su velocidad.

wv 2 EC  2g  Energía de presión. Debido a la cantidad de trabajo necesario para

mover el fluido a través de cierta sección contra la presión P

EF 

wP


Definiciones básicas Si no hay energía que se agregue o pierda en el fluido entre las secciones 1 y 2, entonces el principio de conservación de la energía requiere que:

2

2

wv wP wv wP wz1  1  1  wz2  2  2 2g  2g  2

2

v1 P1 v2 P2 z1    z2   2g  2g 


Definiciones básicas NOMENCLATURA DE LAS PÉRDIDAS Y GANANCIAS DE ENERGÍA Las pérdidas y ganancias de energía en un sistema se contabilizan en términos de energía por unidad de peso del fluido que circula. Esto también se conoce como carga (h).  hA =Energía que se agrega al fluido con un dispositivo

mecánico, como una bomba; es frecuente que se le denomine carga total sobre la bomba.  hR =Energía que se remueve del fluido por medio de un

dispositivo mecánico, como un motor de fluido.  hL =Pérdidas de energía del sistema por la fricción en las

tuberías, o pérdidas menores por válvulas y otros accesorios.


Definiciones básicas ECUACIÓN DE DARCY Un componente de la pérdida de energía es la fricción en el fluido que circula. Para el caso del flujo en tuberías y tubos, la fricción es proporcional a la carga de velocidad del flujo y a la relación de la longitud al diámetro de la corriente. Esto se expresa matemáticamente con la ecuación de Darcy: 2

L v hL  f   D 2g Donde: hL = pérdida de energía debido a la fricción [N×m/N; m; lb×pie/lb ó pies] L = longitud de la corriente del flujo [m ó pies] D = diámetros de la tubería [m ó pies] v = velocidad promedio del flujo [m/s ó pies/s] f = factor de fricción (adimensional)


Definiciones básicas  NÚMERO DE REYNOLDS

NR 

vD

1

 v D  

1

m kg m s NR  v  D      m  3   s m kg


Definiciones bĂĄsicas ď‚— Flujo laminar


Definiciones básicas ECUACIÓN DE DARCY 2

L v hL  f   D 2g • Para flujo laminar

64 f  NR


Definiciones bรกsicas


Definiciones básicas ECUACIÓN DE DARCY • Para flujo turbulento


Definiciones básicas Entonces, la ecuación se convierte en:

P1

2

2

v1 P2 v2  z1   hA  hR  hL   z2   2g  2g


La magnitud de las pérdidas de energía que produce la fricción del fluido, las válvulas y los accesorios, es directamente proporcional a la carga de velocidad del fluido. Esto se expresa así:

 v2  hL  K    2g  El término K es el coeficiente de resistencia.


Definiciones básicas POTENCIA QUE REQUIEREN LAS BOMBAS La potencia se define como la rapidez a que se realiza un trabajo. En mecánica de fluidos se considera que la potencia es la rapidez con que se transfiere la energía. La unidad es el watt [W], que es equivalente a 1,0 [N×m/s] ó 1,0 joule [J/s]. La potencia se calcula:

PA  hA  W PA  hA    Q Donde: PA = potencia que se agrega al fluido γ = peso específico del fluido que circula a través de la bomba Q = flujo volumétrico del fluido


Tipos de fluidos


ViscosĂ­metros


CONSERVACIÓN DE LA MATERIA


Sistema ď‚— Es una regiĂłn determinada del espacio o una

cantidad finita de materia delimitada por una frontera, que puede ser real, como por ejemplo, las paredes de un depĂłsito, o puede ser una superficie imaginaria que contiene el sistema.


Sistema abierto o cerrado ď‚— En un sistema cerrado, la frontera del mismo es

impermeable al flujo de materia. No intercambia materia con los alrededores, aunque si puede intercambiar calor y trabajo.


Sistema abierto o cerrado ď‚— En un sistema abierto, puede haber un flujo de

calor y de materia hacia o desde el sistema a travĂŠs de la frontera del mismo.


Sistema aislado ď‚— Cuando el sistema no intercambia materia, calor

o trabajo con sus alrededores, se le denomina sistema aislado.


Sistema móvil  Es necesario tener en cuenta que las fronteras

de un sistema no tiene porqué ser rígidas. Pueden ser flexibles y contraerse o expandirse durante el proceso.  Un ejemplo es un sistema formado por un pistón.


Principio de la conservaciĂłn de la materia ď‚— La materia ni se crea ni se destruye. Sin

embargo, su composiciĂłn puede ser alterada de una forma u otra. ď‚— Cuando no tienen lugar reacciones quĂ­micas, la

composiciĂłn del sistema asĂ­ como la masa permanecen constantes en un sistema cerrado. Materia que entra al sistema

Materia que sale al sistema

đ?’Žđ?’†đ?’?đ?’•đ?’“đ?’‚đ?’…đ?’‚ − đ?’Žđ?’”đ?’‚đ?’?đ?’Šđ?’…đ?’‚

Materia que se acumula dentro del sistema

��������� = ��


Balance total

Masa de m/o fresca

𝑚𝑓𝑟𝑒𝑠𝑐𝑎 𝑥𝑤 𝑥𝑝 𝑥𝑐 𝑥𝑎

Agua evaporada 𝑚𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑥𝑤

DESHIDRATACIÓN

Masa de m/o seca

𝑚𝑠𝑒𝑐𝑎 𝑥𝑤 𝑥𝑝 𝑥𝑐 𝑥𝑎

𝑚𝑓𝑟𝑒𝑠𝑐𝑎 = 𝑚𝑠𝑒𝑐𝑎 + 𝑚𝑎𝑔𝑢𝑎


Balances parciales

Masa de m/o fresca

𝑚𝑓𝑟𝑒𝑠𝑐𝑎 𝑥𝑤 𝑥𝑝 𝑥𝑐 𝑥𝑎

Agua evaporada 𝑚𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑥𝑤

DESHIDRATACIÓN

Masa de m/o seca

𝑚𝑠𝑒𝑐𝑎 𝑥𝑤 𝑥𝑝 𝑥𝑐 𝑥𝑎

𝑚𝑓𝑟𝑒𝑠𝑐𝑎 𝑥𝑤 = 𝑚𝑠𝑒𝑐𝑎 𝑥𝑤 + 𝑚𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑥𝑤


TERMODINÁMICA


Transferencia de Calor CONDUCCIÓN  Es la transferencia de energía de las partículas más energéticas de una sustancia hacia las adyacentes, menos energéticas, como resultado de la interacción entre ellas.


Transferencia de Calor CONVECCIÓN  Es el modo de transferencia de calor entre una superficie sólida y el líquido o gas adyacente que están en movimiento, y comprende los efectos combinados de la conducción y del movimiento del fluido.


Transferencia de Calor RADIACIÓN  Es la energía emitida por la materia en forma de ondas electromagnéticas (fotones – corpúsculos luminosos que propagan radiaciones luminosas emitidas por toda fuente de luz), como resultado de los cambios en las configuraciones electrónicas de los átomos o moléculas.


Leyes de la Termodinámica PRIMERA LEY  Se requiere que la razón de la transferencia de energía hacia un sistema sea igual a la razón de incremento de la energía de ese sistema


Leyes de la Termodinámica SEGUNDA LEY  Se requiere que el calor se transfiera en la dirección de la temperatura decreciente


REQUISITOS  El requisito básico para la transferencia de calor es la diferencia de temperatura (fuerza impulsora).  La velocidad de la transferencia de calor en cierta dirección depende de la magnitud del gradiente de temperatura (la diferencia de temperatura por unidad de longitud)

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