LEY DE NEWTON DE LA VISCOSIDAD

Muchas veces se nos complica entender la ley de newton de la viscosidad, esto como parte de la materia de fenómenos de transporte que se estudia en la ingeniería química.

En este post ofrezco mi interpretación así como información tomada de nuestra biblia de los fenómenos de transporte el libro Bird.

Consideremos que tenemos un fluido por ejemplo, agua,al cual lo tenemos contenido dentro de dos grandes láminas planas , paralelas ,  por ejemplo alguna lámina de aluminio.El área de estas láminas la llamaremos A.

Estas dos láminas están separadas por una distancia muy pequeña a la cual llamaremos Y, Por lo que si imaginamos este diagrama sería algo más o menos así:

Supongamos que inicialmente este sistema esta inicialmente en reposo(no se mueve) pero al cabo de un tiempo el cual lo denotaremos como t=0, la lámina inferior comienza a moverse con velocidad constante V , en dirección del eje X( o sea hacia la derecha) .

A medida que transcurre el tiempo el fluido gana cantidad de movimiento y finalmente se establece un perfil de velocidad en régimen estacionario.Esto significa que la velocidad comienza a distribuirse en todo el sistema.

Una vez alcanzado dicho estado estacionario de movimiento, es preciso aplicar una fuerza constante F, para conservar el movimiento de la lámina inferior, esta fuerza viene dada por la siguiente expresión :

Es decir la fuerza pro unidad de área es proporcional a la disminución de la velocidad con la distancia Y.

La constante de proporcionalidad  µ es la viscosidad del fluido.Es conveniente expresar F/A como el esfuerzo cortante :

Ya que se ejerce en la dirección de X sobre la superficie del fluido,situada en una distancia constante Y,y en el componente X del vector de velocidad del fluido.

Es decir la fuerza de cizalla(también conocido como esfuerzo cortante) por unidad de área es proporcional al gradiente negativo de la velocidad local.

En las inmediaciones de la superficie que se mueve,donde Y=0, el fluido adquiere cierta cantidad de movimiento, en la dirección del eje X. Este fluido comunica a su vez parte de su cantidad de movimiento a la capa adyacente del líquido, dando lugar a que el fluido se mantenga en movimiento en la dirección X.

Por tanto hay una trasmisión de cantidad de movimiento X a través del fluido en la dirección Y y por consiguiente  surge un nuevo termino: 

El cual se interpreta como la densidad de flujo viscoso de cantidad de movimiento X en la dirección Y.

Se deduce que la densidad de flujo viscoso de cantidad de movimiento  sigue la dirección del gradiente negativo de velocidades.La cantidad de movimiento va cuesta abajo: desciende de una región de velocidad alta a otra región de velocidad baja.

Donde el termino 

se le conoce como la velocidad de deformación.

VISCOSIDAD Y MECANISMOS DEL TRANSPORTE DE CANTIDAD DE MOVIMIENTO

Un poco de fenómenos de transporte, definiciones  simples de :

Viscosidad :Es la propiedad física que caracteriza la resistencia al flujo de los fluidos.La viscosidad varia con la temperatura.

Esfuerzo: Aquella fuerza que puede deformar o romper un objeto.

Esfuerzo cortante:  Se conoce como el que resulta de aplicar dos fuerzas paralelamente a una superficie y en un sentido contrario de esta forma se puede dividir a un objeto en dos partes, cotidianamente se aplican esfuerzos sobre papel , ejercidos mediante tijeras , no siempre se pretende seccionar o cortar , pero el esfierzo cortante si tiende a deformar el objeto sobre el cual se aplica.

Ley de Newton de la viscosidad: El esfuerzo cortante o fuerza de cizalla por unidad de área es proporcional al gradiente negativo de la velocidad local o la disminucion de la velocidad V con la distancia Y. 

Los fluidos que cumplen con esta ley se llaman Fluidos Newtonianos.

Velocidad de deformación: Mide el cambio de deformación respecto al tiempo, para situaciones uniaxiales es la derivada temporal de la deformación longitudinal ,mientras que para situaciones tridimensionales se representa por un tensor de segundo grado.

Al desarrollarse por unidad de tensión de  corte es constante, es decir para un determinado valor del esfuerzo cortante el fluido experimentara una velocidad de deformación constante, cuya magnitud depende intrínsecamente del tipo de fluido.

ACERCA DE LOS PROYECTOS QUE EL INGENIERO QUÍMICO REALIZA.

Un proyecto es un conjunto de acciones que se planifica a fin de conseguir una meta previamente establecida para lo que se cuenta con una cierta cantidad de recursos.

Un proyecto tiene las siguientes fases:

La planificación : es el periodo en el que se establecen los objetivos y el modo en como se llevaron a cabo las acciones para lograr cumplirlos, se establecen los roles de cada integrante , así como todo lo relacionado con los recursos con los que se dispone y la manera en que estos son utilizados.

La ejecución : se realizan las acciones y tareas planeadas y representa la ejecución misma del proyecto .

Entrega o puesta en marcha: se debe cumplir en tiempo y forma que se estipuló en la fase de planificación,se concreta con la entrega de la obra al cliente.

La ingeniería de proyectos...

Permite el paso de la concepción técnica inicial a una realidad física industrial , optimiza la realización del proyecto en menor tiempo, al menor  costo , con la mayor calidad y aprovechamiento de recursos.

Representa un buen estudio de mercado hasta la propuesta final para empezar la construcción y finalmente la puesta en servicio comprende un plan básico de diseño a través de un estudio económico que es el que finalmente muestra la viabilidad del proyecto.

Un proyecto es siempre multidisciplinario ya que intervienen profesionistas de diversas índoles que contribuyen a formar el trabajo.

El desarrollo de la ingeniería está constituido por:

a) El desarrollo de la idea

b) Recopilación de datos  

c) Análisis y evolución preliminar de alternativas (Es de alto riesgo porque se requiere de un buen juicio)

d) Estudio económico 

e) Conclusiones y recomendaciones

La administración de proyectos: Constituye una  herramienta muy poderosa en los negocios ya que permite focalizar las acciones y estrategias de las organizaciones contribuyendo a la maximización de sus beneficios optimizando sus recursos.

Cada proyecto tiene un ciclo de vida: definición, planeación, ejecución y entrega. 

PROCESOS CONTINUOS Y DISCONTINUOS

Ciertos productos obtenidos en cantidades pequeñas (farmacéuticos,colorantes y otros) se fabrican discontinua mente, cierto día pueden producir una tonelada de un producto y días después producir otro producto completamente diferente al primero.Estos sistemas ofrecen una gran flexibilidad,especialmente cuando este tipo de fabricas tienen una gama de productos amplia,cada uno de ellos producido en una escala "pequeña".

una ventaja de la operación discontinua es que el costo de capital es a menudo menor que para el correspondiente proceso continuo.Por esta razón este sistema es adecuado para nuevos procesos que se encuentran en una etapa de desarrollo.Las razones por las que los procesos continuos se adoptan, finalmente en la mayoría de la industria química de gran escala son principalmente:

• Disminución del costo de trabajo( es decir menor "mano de obra") en el crudo lenguaje de la administración.,a causa de la eliminación de ciertas operaciones ,tales como el repetido llenado y vaciado de recipientes discontinuos.
• Facilidad de control automático.Reduce el costo de trabajo ,aunque generalemente requiere un considerable gasto de inversión.
• Mayor constancia en las condiciones de reacción y por tanto mayor constancia en la calidad del producto.

Finalizando,algunos procesos que no son claramente continuos ni discontinuos , se denominan "semi-discontinuos" o "semi-continuos".

Inercia rotacional

INERCIA ROTACIONAL

Se refiere a cuando un objeto esta girando o rotando al rededor de un eje, este objeto tendera a permanecer rotando en ese mismo eje, a menos que una influencia externa,detenga su movimiento rotatorio.La propiedad de un objeto de resistirse algún cambio  en su estado de movimiento rotacional se denomina INERCIA ROTACIONAL o MOMENTO DE INERCIA.

En palabras más claras, cuando un objeto esta girando, seguira girando, a menos que se aplique algún tipo de fuerza o obstáculo a ese movimiento y esta propiedad es la inercia rotacional.

Esta inercia depende de la masa del objeto que esta rotando y de la distribución de esta masa en el objeto, con respecto al eje de rotación.

En esta imagen , la linea punteada es el eje sobre el cual gira la esfera.

Datos curiosos de los fluidos super críticos...

Un fluido super critico, es decir  un compuesto en un estado  por encima de su punto crítico, combina algunas propiedades de los líquidos y de los gases.

Estos fluidos sirven para reemplazar  el vacio que han dejado los disolventes como el tricloroetileno y el cloruro de metileno ahora que se han  limitado severamente las emisiones permitidas y el contacto con estas sustancias ; la descafeinización del cafe , la eliminación del colesterol de la yema de huevo con CO, la produccion de extracto de vainilla y la destruccion de compuestos orgánicos indeseables  son todos ejemplos de procesos que se realizan empleando agua super critica.

Se ha demostrado que la oxidación con agua super crítica  destruye el 99.99999% de todos los principales  agentes tóxicos en las reservas de armas químicas.

Punto crítico y triple.

Bibliografía:

Himmelblau, Principios básicos  y cálculos en ingeniería química.

LIQUIDO COMPRIMIDO Y SATURADO

A vece se dificulta entender estos dos conceptos, a continuación les explico breve mente;¿A que se refiere la termodinámica cuando nos habla de estas cosas?...

Cuando se habla de LIQUIDO COMPRIMIDO, no es otra cosa que el estado puro  de liquido o sea cuando por ejemplo el agua, no está a punto de evaporarse, en cambio si ingresamos algo de calor a esta agua hipotética hasta llegar a su punto de ebullición en este momento está agua será LIQUIDO SATURADO o liquido a punto de evaporarse también puede ser que esté apunto de ocurrir un cambio de fase de liquido a vapor.

En pocas palabras cuando el agua se encuentra en un estado en el que no se prevean cambios de fase sera un estado comprimido, en cambio si el agua esta a punto de cambiar de fase, será un estado de saturación.

Vapor saturado y Vapor sobre calentado

De la misma manera y en pocas palabras el vapor saturado es el que está apunto de condensarse y el vapor sobrecalentado es aquel con una temperatura mayor a la temperatura de saturación, o un vapor que no está a punto de condensar.

El vapor húmedo ó mezcla saturada  de líquido-vapor contiene las mismas cantidades de liquido y de vapor es decir un 50,50 estas dos fases coexisten en equilibrio.




A continuación les enseño una grafiquita que hice, donde se muestra la curva azul que es la linea de liquido saturado a su izquierda tenemos la región de liquido comprimido, debajo de toda la campana, tenemos la región de saturación donde coexisten las dos fases, liquido y  vapor , después tenemos la linea verde , de vapor saturado y a su derecha la región del vapor sobre calentado.





Bibliografía;  CENGEL YUNUS A. Termodinámica Sexta Edición, McGraw Hill.

¿QUÉ ES UN GRUPO FUNCIONAL?

Hablando un poco de química orgánica,un concepto que manejamos mucho es el de grupo funcional pero a veces es difícil entenderlo; aquí les dejo una buena definición:

Es una distribución espacial de átomos en una molécula orgánica(molécula que contiene carbono) a la cual se debe el comportamiento químico característico, del compuesto.

PROPIEDADES DE LAS DISOLUCIONES

Características de una disolución:

-Es una mezcla de homogénea , aceleran y posibilitan las reacciones, no dispersan el haz de luz(efecto Tyndall), una sola fase, transparentes.

-La adición de un soluto a un solvente aumenta su punto de ebullición y disminuye su punto de congelación.

-La adición de un soluto disminuye la presión de vapor de ester , haciéndolo más volátil.

La solubilidad real de un soluto en un disolvente dado, depende de 3 factores; propiedades del soluto y del solvente,  temperatura  y  presión.

“Los compuestos iónicos son solubles en agua o en disolventes polares”

“Los compuestos covalente son solubles en disolventes no polares”

A continuación les presento algunas diferencias entre solución,suspensión,coloide y emulsión.

	FORMA	EFECTO TYNDAL	NUMERO DE FASES	COLOR QUE LUCEN	EJEMPLO
SOLUCIÓN	Homogénea	No dispersa el haz de luz	Una sola fase	Transparente	Agua con sal
COLOIDE	Heterogénea	Dispersa la luz.	Más de una fase	Opaca	Gelatina, Neblina.
SUSPENSIÓN	Heterogénea		Más de una fase	Opaca	Antiácidos
EMULSIÓN	Parcialmente Homogénea.	Dispersa la luz .	Dos líquidos inmiscibles	Generalmente blanco	Mantequilla Mayonesa.

BIBLIOGRAFÍA:

Capitulo 14 Soluciones y coloides , Química,William S.Seese,Quinta edición,,Editorial Phh Prentice Hall.

DATOS CURIOSOS

1. La solubilidad de un gas en un líquido disminuye cuando aumenta la temperatura, se sabe que los peces se alejan de la orilla de un lago conforme el día se torna más caluroso.

 Lo que no sabían es que el sol calienta el agua que está cerca de la orilla, esta temperatura disminuye la solubilidad del oxigeno en ella, el pez para obtener un mejor suministro de agua se mueve hacia aguas más profundas y frias.

LOS COMIENZOS EN IQ

Saludos navegantes y curiosos les informo que este pequeño espacio cibernético será como muchos otros un medio de divulgación científica , en especifico hablando de los importantes conceptos que como estudiantes de ingeniería química podemos necesitar.

Pretendo contarles lo placentero que es para mi estudiar esta carrera,les ofreceré algunos consejos que puedan ayudarles en este camino largo y rudo, pero fenomenal.

Me encantara conocer sus opiniones, dudas, problemas, contribuciones o algún consejo que gusten compartirme así que bienvenidos!!!