Operaciones Unitarias I - UTN - Universidad Tecnológica Nacional

Operaciones Unitarias I - UTN - Universidad Tecnológica Nacional

Universidad Tecnológica Nacional
Facultad Regional Resistencia
French 414
3500- Resistencia
Chaco
TE-Fax:0362-4432928
Departamento de Ingeniería Química e-mail:
[email protected]
Res Nº641/10
CARRERA: Ingeniería Química
MATERIA: OPERACIONES UNITARIAS I
NIVEL DE IMPLEMENTACIÓN: 4to Nivel
DEPARTAMENTO: Ingeniería Química
ÁREA: Básica de la Especialidad
CARGA HORARIA: 8 hs/semana
RÉGIMEN DE CURSADO: Cuatrimestral (1er. Cuatrimestre)
RÉGIMEN DE CORRELATIVIDADES:
Para cursar:
Tener Regularizada: FENÓMENOS DE TRANSPORTE
Tener Aprobada:
FÍSICA II
ANÁLISIS MATEMÁTICO II
Para Rendir:
Tener Aprobada: FENÓMENOS DE TRANSPORTE
1. OBJETIVOS
-
-
Conocer, comprender, especificar y/o calcular equipos y sistemas
de operación física de fluidos, sólidos y de la interacción de
sólidos y líquidos.
Dimensionar y evaluar el funcionamiento de las instalaciones y
los equipos para plantas de procesos químicos industriales donde
ocurran procesos de transferencia de cantidad de movimiento.
2. PROGRAMA ANALÍTICO
UNIDAD N°1: FUNDAMENTO Y METODOLOGÍA
Definición
de
operaciones
unitarias.
Evolución
histórica.
Clasificación. Operaciones continuas y discontinuas. Sistemas de
unidades.
Dimensiones
y
fórmulas
adimensionales.
Análisis
dimensional. Grupos dimensionales.
A- DE LAS OPERACIONES DE FLUIDOS
UNIDAD N°2: TRANSPORTE Y CIRCULACIÓN DE FLUIDOS.
Ecuación de energía mecánica. Cálculo de pérdida de carga en cañerías
y accesorios: métodos gráfico y analítico. Tubos, caños: normas y
tipos de materiales. Determinación de espesor. Diámetro óptimo de
tubería. Instalación de conducciones: metálicas y plásticas.
Conexiones. Accesorios. Regulación de flujo en cañería: tipos y
selección de válvulas. Medidores de caudal. Cálculo de tiempo de
descarga. Cálculo y diseño de redes de tuberías.
1
Universidad Tecnológica Nacional
Facultad Regional Resistencia
French 414
3500- Resistencia
Chaco
TE-Fax:0362-4432928
Departamento de Ingeniería Química e-mail:
[email protected]
UNIDAD N°3: BOMBAS
Clasificación de bombas. Bombas de desplazamiento
positivo,
alternativas (reciprocantes) y rotativas. Alternativas, de acción y
de potencia, características de la descarga según si son de acción
doble o simple. De pistón, émbolo, buzo, etc. Rotativas de engranajes,
lobulares, de tornillo, rotatoria de pistón, de aletas, etc.
Características de operación de las bombas rotatorias. Bombas
centrífugas,
de
voluta,
con
difusores,
múltiples.
Detalles
constructivos más importantes: ejes, rodamientos, sellos mecánicos,
acoplamientos,
etc.
Características
de
operación
de
bombas
centrífugas. Curvas características. Puntos de operación. Regulación
de caudal. Velocidad específica. Leyes de la afinidad y semejanza.
Carga neta de succión positivas. Cavitación. Diseño de sistema de
bombeo. Acoplamiento de bombas en serie y en paralelo. Bombas
específicas. Potencia de una bomba. Selección de bombas.
UNIDAD N°4: EQUIPOS PARA EL TRANSPORTE DE GASES: VENTILADORES,
SOPLANTES, COMPRESORES.
Definición,
clasificación
y
características.
Ventiladores:
clasificación, leyes de los ventiladores, curvas características,
acoplamiento de ventiladores en serie y en paralelo. Compresores de
desplazamiento positivo: alternativos y rotativos. Eficiencia
mecánica.
Compresores
centrífugos:
flujo
axial
y
radial.
Características y campos de aplicación. Instalaciones de alta
presión: equipos y accesorios. Cálculo de potencia, eficiencia.
Curvas de funcionamiento. Selección de compresores.
UNIDAD N°5: AGITACIÓN Y MEZCLA.
Definiciones y Características. Agitadores. Tipos más importantes.
Agitadores para finalidades definidas. Diseño estándar de un tanque
agitado. Funcionamiento de los agitadores según el mecanismo de los
esfuerzos (patrones de flujo, vórtice). Cálculo de la potencia. Cambio
de escala. Mezclas de materiales. Tipos de equipos. Características.
Criterios de selección.
B- DE LAS OPERACIONES CON SÓLIDOS
UNIDAD N°6: DESCRIPCIÓN DE SÓLIDOS DIVIDIDOS:
Características. Método de medidas para el tamaño de partículas.
Tamices.
Factores
de
forma.
Esfericidad.
Diámetro
medio
y
distribución. Superficie específica. Superficie específica promedio.
Presentación física de la fase sólida dividida: lecho estacionario,
lecho fluidizado. Porosidad y sus relaciones. Diámetro de poro. Ángulo
de reposo. Propiedades de los cuerpos sólidos: densidad y densidad
aparente. Dureza. Tenacidad. Fragilidad. Planos cristalinos de
rotura.
UNIDAD N°7: SEPARACIÓN POR TAMAÑO.
2
Universidad Tecnológica Nacional
Facultad Regional Resistencia
French 414
3500- Resistencia
Chaco
TE-Fax:0362-4432928
Departamento de Ingeniería Química e-mail:
[email protected]
Objeto y definiciones. Tamizado. Sistemas de tamizado (tamizado por
vía seca y húmeda). Clasificación y descripción de los principales
equipos para tamizado industriales. Diámetro de corte. Capacidad,
eficiencia y rendimiento de un tamiz (tamices ideales y reales).
Selección de tamices.
UNIDAD N°8: DESINTEGRACIÓN MECÁNICA DE LOS SÓLIDOS.
Consideraciones generales y objeto. Finalidad de la reducción de
tamaños. Teoría de trituración: Mecanismo de la reducción de tamaño.
Energía necesaria para la reducción de tamaño. Ley de Rittinger. Ley
de Bond. Ley de Kick. Métodos de operación de los equipos de reducción
de tamaño. Reducción grosera de tamaño: quebrantadores de Blake y de
Dodge. Quebrantadores giratorios. Cálculo aproximado de la capacidad
de los quebrantadores. Reducción intermedia de tamaño. Molinos de
martillo, de mazas (Bocartes), de mortero, de muela verticales, de
agujas, Trituradores de rodillo, cónico, etc. Reducción fina de
tamaños. Molinos de rodillo. Molinos de acción centrífuga. Molinos
de bolas o barras, distintos tipos, condiciones de operación. Molinos
ultrafinos. Consumo de potencia en los equipos. Estado actual de la
teoría de molienda. Operatividad, alimentación, molienda en círculo
cerrado, etc.
C- OPERACIONES COMBINADAS SOLIDÓ-FLUIDO
UNIDAD N°9: CLASIFICACIÓN DE PARTÍCULAS SÓLIDOS POR MEDIO DE FLUIDOS.
Aplicaciones de la mecánica del movimiento de partículas a través de
un
fluido:
principios
generales,
velocidad
Terminal.
Caída
obstaculizada de partículas esféricas. Sedimentación retardada.
Partículas “isodrómas o equidescentes”. Equipo de clasificación.
Cribas hidráulicas. Mesas vibradoras o sacudidoras. Elutriación.
Flotación.
UNIDAD N°10: SEDIMENTACIÓN.
Definición. Clasificación. Sedimentación continua y discontinua.
Interpretación de la sedimentación discontinua a escala laboratorio.
Utilización de la información obtenida en un sedimentación
discontinua para el cálculo de un sedimentador continuo. Sección
transversal y profundidad. Cálculo de espesadores continuos.
UNIDAD N°11: CENTRIFUGACIÓN.
Centrifugación. Definiciones generales. Teoría de la centrífuga.
Diámetro mínimo de partícula. Diámetro de corte. Flujo volumétrico
de alimentación.
Rendimiento. Descripción de equipos. Cálculos.
Separación de sólidos por medio centrífugos. Separadores ciclónicos:
cálculo y diseño.
UNIDAD N°12: FLUJO DE FLUIDOS A TRAVÉS DE MEDIOS POROSOS.
3
Universidad Tecnológica Nacional
Facultad Regional Resistencia
French 414
3500- Resistencia
Chaco
TE-Fax:0362-4432928
Departamento de Ingeniería Química e-mail:
[email protected]
Consideraciones
generales.
Clasificación.
Fase
fluida
única.
Ecuaciones aplicables al flujo laminar a través de lechos porosos.
Cálculos. Dos fases fluidas. Saturación residual. Flujo de fluidos
mojantes y no mojantes. Cálculos.
UNIDAD N°13: FLUIDIZACIÓN
Definiciones.
Clasificaciones.
Fluidización
particularizada
y
continua. Fluidización de partículas sólidas y líquidas o gas.
Características. Cálculo de la caída de presión. Diseño de equipos.
Criterios para juzgar cada tipo de fluidización. Aplicaciones.
UNIDAD N°14: FILTRACIÓN.
Concepto general. Clasificación de los equipos. Medios filtrantes.
Coadyuvantes. Teoría de la filtración. Cálculo de la velocidad
operativa.
Distintas
formas
operativas.
Desarrollo
técnico
experimental para el diseño de los equipos. Teoría del lavado de
tortas. Ultrafiltraciones ósmosis inversa. Aplicaciones. Desarrollo
de membranas filtrantes. Concentraciones de soluciones por ósmosis
inversa. Comparación con otros métodos.
3. BIBLIOGRAFÍA:
1. Operaciones Unitarias en Ingeniería Química, McCabe Warren L.,
Smith Julian C., Harritot Peter, 7ta edición, Editorial McGraw
– Hill, Edición 2007. México.
2. Principios de Operaciones Unitarias, Foust Alan S., Wenzel,
Clump, Maus, Andersen. México, CECSA (Compañía Editorial
Continental), 2da edición, 10ma re impresión, 2006.
3. Procesos de Transporte y principios de separación (incluye
Operaciones Unitarias), Geankoplis Chistie John, México, Grupo
Editorial Patria, Cuarta edición, primera re impresión, 2007.
4. Chemical Engineering, Particle Technology and Separation
Processes, Volume 2, Coulson & Richardson. Oxford, Butterworth
Heinemann, Sixth Edition, 2002.
5. Chemical Engineering, Volume 1, Sixth edition. Fluid Flow, Heat
Transfer and Mass Transfer. J, M. Coulson and J. F. Richardson
with J. R. Backhurst and J. H. Marker. Butter worth –Heinemann,
Linacre House, Jordan Hill. Sixth Edition, 1999
6. Transport Phenomena And Unit Operations A Combined Approach.
Richard G. Griskey. John Wiley and Sons, Inc. 2002. New York
7. Operaciones Básicas de la Ingeniería Química, Brown Grorge
Granger, España, Editorial Marin, S.A., 1965.
8. Problemas de Ingeniería Química, Joaquín Ocon García, Gabriel
Tojo Barreuri, Editorial Aguilar, Tercera Edición. Tomo I y II.
4
Universidad Tecnológica Nacional
Facultad Regional Resistencia
French 414
3500- Resistencia
Chaco
TE-Fax:0362-4432928
Departamento de Ingeniería Química e-mail:
[email protected]
9. Mecánica de Fluidos, Robert L. Mott, Editorial Pearson, 4ta.
Edición. Diciembre 2006
10. Manual del Ingeniero Químico, Robert H. Perry, Editorial McGrawHill
11. Cañerías para Instalaciones Industriales – Válvulas, GENTILE,
Oscar Sebastián, Industec Estudio Técnico. Liniers 391. Bernal
252 – 2937 (20/10/86) 2001.
12. Hidráulicas de Tuberías. Abastecimiento de agua, redes, riego,
Juan Saldarriaga, Alfaomega Colombianas S.A. Impreso México. 1ra
edición, 2da re impresión. 2008
13. Fundamento y aplicaciones de las bombas. Breier – Santana. 1ra
edición. Nueva Librería S.R.L. Argentina. 2006.
5