Fenómenos de Transporte

Fenómenos de Transporte
Ingeniería Química (Plan 1998)
Tercer Curso
Departamento: Ingeniería Química Ambiental
1. Profesorado

Pedro Ollero de Castro (Coordinador) (Dr. Ingeniero Industrial). Dirección de correo
electrónico: [email protected]. Horario de tutorías: Publicadas en la web (según año).
Localización: Planta E-1. Esquina Sur-Oeste.

Alberto Gómez Barea (Dr. Ingeniero Industrial). Dirección de correo electrónico:
[email protected]. Horario de tutorías: Publicadas en la web (según año). Localización:
Planta E-1. Esquina Sur-Oeste.
2. Objetivos
Los fenómenos de transferencia de cantidad de movimiento, calor y masa están involucrados en
los equipos de proceso de cualquier planta química. El modelado de esas unidades para su análisis
y diseño pasa necesariamente por conocer y saber utilizar las ecuaciones que gobiernan los
fenómenos de transporte citados. Así como la transferencia de cantidad de movimiento y de calor
son objeto de estudio de otras asignaturas (Mecánica de Fluidos, Transmisión de Calor) que
también se imparten en varias ramas de la Ingeniería, la Transferencia de Materia sólo se imparte
a los Ingenieros Químicos. Así pues, en esta asignatura se hace hincapié en este fenómeno de
transferencia y en sus analogías con los otros dos. En la primera parte de la asignatura, partiendo
del mecanismo básico de la difusión molecular, se tratan con detalle la transferencia de materia en
régimen laminar y turbulento, transferencia simultánea de materia, calor y cantidad de
movimientos, casos de transferencia con reacción química homogénea y heterogénea,
transferencia convectiva entre una interfase y el seno de una corriente y transferencia de materia
entre fases fluidas inmiscibles. La segunda parte de la asignatura está dedicada fundamentalmente
a cinética de reacciones heterogéneas catalíticas y no catalíticas (reacciones sólido-fluido y
reacciones fluido-fluido).
3. Requisitos Académicos
No existen requisitos que haya que cumplir para poder matricularse de la asignatura. Sin embargo
para poder afrontarla adecuadamente es muy conveniente que el alumno haya estudiado y tenga
sólidos conocimientos de Termodinámica y Cinética Química, Mecánica de Fluidos y
Transmisión de Calor.
4. Criterios de Evaluación
Al ser una asignatura extinguida el único elemento de evaluación es el examen final.
5. Tutorías
Los profesores encargados de la asignatura atenderán a los alumnos matriculados en ella en sus
horas de tutoría.
6. Programa
El programa de la asignatura tiene dos partes claramente diferenciadas: Fenómenos de Transporte
y Cinética de Reacciones Químicas.
1. Fenómenos de Transporte
1.1 Introducción a los Fenómenos de Transporte
Introducción. Tratamiento fenomenológico de los tres Fenómenos de Transporte: leyes de
velocidad. Tratamiento cinético elemental. Estimación de las propiedades de transporte.
1.2 Transferencia Molecular de Materia
Introducción. Definición de magnitudes relativas al transporte de masa. Análisis de casos de
difusión molecular de materia con y sin reacción química. Difusión molecular en sistemas
multicomponentes: ecuaciones de Stefan-Maxwell. Difusión en poros, capilares y medios porosos.
Transferencia de materia en soluciones de electrolitos.
1.3 Ecuaciones de Conservación de la Materia
Ecuaciones diferenciales de conservación de la masa. Formas especiales de las ecuaciones
diferenciales de conservación. Condiciones iniciales y de contornos usuales. Procedimiento
general de resolución de problemas de transferencia de materia por difusión molecular.
1.4 Transferencia simultánea de Materia, Calor y Cantidad de Movimiento
Introducción. Ecuaciones diferenciales de conservación de la cantidad de movimiento.
Transferencia simultánea de materia y cantidad de movimiento. Ecuación diferencial de
conservación de la energía. Transferencia simultánea de energía y materia.
1.5 Turbulencia y Transporte Turbulento
Introducción. Valores instantáneos, medios y fluctuaciones de las variables. Balances diferenciales
promediados de materia, energía y cantidad de movimiento. Teorías sobre la turbulencia:
difusividad turbulenta de Boussinesq y longitud de mezcla de Prandtl.
1.6 Transporte Convectivo de Materia
Introducción. Coeficiente de transferencia de masa. Modelo de la capa límite: análisis exacto en
régimen laminar. Análisis aproximado de la capa límite de concentración.
1.7 Modelos de Transferencia Convectiva de Materia
Introducción. Modelos sobre los coeficientes de transporte de materia: modelo de la película de
Lewis y Whitman. Modelo de la penetración de Higbie y Danckwerts. Efecto del transporte
másico sobre los coeficientes de transferencia
1.8 Analogías entre los tres Fenómenos de Transporte
Introducción. Relaciones básicas. Analogía de Reynolds. Analogía de Prandtl-Taylor. Analogía de
Karman. Analogía de Chilton-Colburn. Correlaciones empíricas para el cálculo de coeficientes de
transporte.
1.9 Transferencia de Materia entre fases. Coeficientes Globales.
Introducción. Teoría o modelo de la doble película. Coeficientes globales de transporte. Número
de unidades de transporte y altura de la unidad transporte. Estudio de la operación básica de
Absorción.
2. Cinética de Reacciones Químicas
2.1 Cinética de Reacciones Homogéneas
Introducción a la Ingeniería de las Reacciones Químicas. Ecuaciones cinéticas. Reacciones
elementales. Reacciones no elementales: mecanismos de reacción. Determinación de la ecuación
cinética a partir del mecanismo. Reglas para la deducción del mecanismo.
2.2 Cinética de Reacciones Heterogéneas
Introducción. Tipos de reacciones heterogéneas. Reactores para reacciones heterogéneas. Cinética
intrínseca y cinética global.
2.3 Fenómenos superficiales en Reacciones Catalíticas Heterogéneas
Introducción. Catálisis. Proceso global de reacción. Fenómenos superficiales de adsorción,
reacción química y desorción. Modelo de Langmuir-Hinshelwood. Interpretación de la cinética.
2.4 Cinética de Reacciones Catalíticas Heterogéneas
Introducción. Transporte inter e intrafásico de materia y calor. Ecuación cinética de velocidad
global. Difusión intrafásica y reacción química: módulo de Thiele y factor de efectividad.
Efectividad intrafásica no isoterma. Factor de efectividad global inter-intrafásico
2.5 Cinética de Reacciones Sólido-Fluido no Catalícas
Introducción. Modelos cinéticos para reacciones sólido-fluido no catalíticos. El Modelo de Núcleo
sin Reaccionar. Interpretación de datos experimentales. Modelo de grano y modelo estructural.
2.6 Cinética de Reacciones Heterogéneas Fluido-Fluido
Introducción. Ecuación de velocidad global. Difusión y reacción química en líquidos: teoría de la
película y teoría de Danckwerts. Regímenes de reacción. Selección de absorbedores gas-líquido.
2.7 Cinética de Reacciones Electroquímicas
Introducción. Fundamentos termodinámicos de las reacciones electroquímicas. Reactores
electrolíticos. Eficiencia energética y balance de energía. Cinética de electrodo y efectos
difusionales.
7. Bibliografía

Apuntes de Fenómenos de Transporte. P. Ollero y A. Gómez (Publicaciones ETSI)

Apuntes de Cinética Química. P. Ollero y A. Gómez (Publicaciones ETSI )

Ingeniería Química 2. Fenómenos de Transporte. E. Costa Alambra

Transport Phenomena 2nd Edition. Bird, R., Stewart, W. & Ligthfoot,E. (2001). Ed. John
Wiley & Sons.

Computational transport phenomena : numerical methods for the solution of transport
problems. Schiesser, W. E.&Silebi,C.A. ( 1997) , Ed. Cambridge University.

Fundamentos de transferencia de cantidad de movimiento, calor y masa. J. Welty et al.
Limusa-Noriega

Elementos de ingeniería de las reacciones químicas. S. Fogler. Pearson Education.
Disponible material diverso en: http://www.engin.umich.edu/~cre/

Chemical Reactor Design, Optimization, and Scale-up. Nauman, E. Bruce. 2002;
McGraw-Hill.
Disponible
texto
completo
desde
la
ESI:
http://www.knovel.com/Knovel2/Toc.jsp?BookID=606.
8. Prácticas
Esta asignatura no tiene prácticas.