Transferencia molecular de calor, masa y/o cantidad de movimiento

Abstract

Este texto fue diseñado para proveer un tratamiento integrado de las tres áreas del transporte: impulso, calor y masa. Las similitudes entre las leyes de flujo permiten aplicar directamente analogías en el cálculo del transporte haciendo una economía en el esfuerzo docente–discente acorde con las pedagogías intensivas. Muchas de las ecuaciones básicas son matemáticamente idénticas cuando se expresan en términos de las variables y densidades de flujo generalizadas. El texto comienza con transferencia de calor que es un fenómeno encontrado diariamente por todos y fácilmente visualizado y permite explicar por analogía la transferencia de masa y la de cantidad de movimiento, fenómenos que no son fácilmente entendidos inicialmente por los estudiantes. En el texto se trata sobre la velocidad con la que el calor y/o las especies químicas difunden a través de los materiales por el mecanismo conocido como conducción o difusión. La característica principal de ambos tipos de procesos es que tanto la difusión térmica como la difusión másica ocurren sin afectar de manera importante la configuración o el volumen del material a través del cual ocurre la difusión. Estos son modelos de transporte molecular simple. Además se incluyen otros procesos de transporte en los cuales ocurre, tanto la difusión térmica como la másica, en el interior de un material que está fluyendo. Son los procesos convectivos. Aquí se consideran solo los casos en que los flujos son esencialmente normales a los gradientes de temperatura o concentración. Así, el movimiento no afecta el proceso difusional. De ésta manera se da una introducción al concepto de los coeficientes convectivos. También se tratan situaciones de transferencia simultánea de calor y masa como el enfriamiento evaporativo, por ejemplo. Puede usarse el apéndice de coeficientes convectivos para familiarizar desde un comienzo al estudiante con los algoritmos utilizados en la determinación de dichos coeficientes lo que didácticamente da buenos resultados. El tema de estado inestable combina transferencia de calor y de masa, y adicionalmente a los métodos analíticos de separación de variables, transformada de Laplace y sustitución de variables en la solución de ecuaciones diferenciales parciales, se introduce al estudiante en el uso de métodos numéricos modernos como diferencias finitas explícitas, implícitas y mixtas, para enfrentar aquellas situaciones que, o no son analíticas, o que el uso de la solución analítica es complicado. Adicionalmente se analiza la validez o no del análisis en estado pseudoestable. Se incluye un capítulo sobre la estimación de las propiedades de transporte. Además hay Anexos sobre análisis dimensional, Funciones Bessel y Gama, la Función de error entre otros.