DESCRIPCIÓN Y CONTEXTUALIZACIÓN DEL CURSO:
En el curso de MECÁNICA DE FLUIDOS se estudia el movimiento de los fluidos (líquidos y gases), así como las fuerzas que originan su estado de reposo o movimiento, partiendo de los principios físicos fundamentales y resolviendo problemas del campo real realizando cálculos manuales y su correspondiente simulación utilizando softwares como ASPEN HYSYS, ASPEN PLUS, PHYTON Y PIPE FLOW EXPERT. En el contexto de ingeniería mecánica – Química – Industrial se hace énfasis de la importancia de los fluidos en relación con el diseño y análisis de diversos sistemas, tales como: procesos industriales, lubricación, generación de energía, sistemas de distribución por tuberías (gas, agua, petróleo), sistemas de transporte (aéreo, terrestre, marítimo), sistemas de ventilación, etc.
CONTRIBUCIÓN DEL CURSO AL PERFIL PROFESIONAL:
Este curso contribuye al perfil profesional de ingeniería mecánica, química, industrial, alimentos, técnicos industriales, petroleros, ingenieros en gas petróleo y energías, y ramas afines, en que el profesional será capaz de identificar y proponer alternativas de solución a problemas reales de mecánica de fluidos, con base en los parámetros, variables y ecuaciones gobernantes de dicha disciplina, para el mejoramiento de la eficiencia de procesos industriales en campo aplicativo real.
OBJETIVO GENERAL DEL CURSO:
Mejorar en el profesional de ingeniería las competencias que requiere para modelar y resolver las ecuaciones gobernantes que describen el comportamiento de los fluidos en reposo y en movimiento, en estado estacionario o transitorio. Se espera que, al finalizar el curso, el participante sea capaz de proponer soluciones a problemas aplicados de la mecánica de fluidos.
MÓDULO 1: INTRODUCCIÓN AL DISEÑO Y SIMULACIÓN DE PROCESOS ASISTIDO POR COMPUTADORA
1. Introducción
- Diseño de procesos
- Pasos principales del diseño de una planta química
- Descripción general de los simuladores de procesos más conocidos
2. Descripción general de simulación de procesos con Aspen Hysys
- Limitaciones de los simuladores
- Información mínima requerida antes de simular
3. Bases y entorno de propiedades de simulación en Aspen Plus
- Administrador de bases de la simulación (SBM)
- Opciones disponibles en el Panel de navegación
4. Modelos termodinámicos y criterios de selección
- Modelos generales más utilizados en simulación
- Ecuaciones de estado
- Modelos de coeficientes de Actividad
- Criterio N°1: Uso de la temperatura reducida
- Criterio N°2: Methods Assistant (según tipo de mezcla, sistemas y proceso)
- Criterio N°3: Methods Assistant (según el tipo de compuestos y las condiciones operativas)
5. Cálculo de propiedades de fluidos
- Aspen Properties
- Herramienta ANALYSIS
- User – Defined Component Wizard
- Determinación de Curvas de punto de Ebullición.
- Propiedades criticas de compuestos puros y mezclas
- Construcción de diagramas de equilibrio PT, PV, PH, PS, TV, TH y TS
- Estimación de propiedades físicas, termodinámicas y de transporte de compuestos puros y mezclas
6. Equilibrio líquido - vapor
- Introducción a la destilación
- Diagramas de Equilibrio Isobaro, Isotérmico y de composiciones.
- Ley de Raoult
- Evaporación Instantánea
- Balance de materia y energía en destilación en el equilibrio.
- Ambiente de simulación ASPEN PLUS
7. Ciclos de Potencia - Refrigeración - Calefacción
- Descripción de los procesos y subsistemas
- Microturbina de combustión interna CAPSTONE C30 MTCI
- Sistema de refrigeración por absorción ARS
- Integración del ARS a la MTCI
- Características de los componentes de la MTCI (Tasa de energía de entrada, eficiencia eléctrica, disponibilidad de calor para recuperación)
- Rendimiento energético de sistemas CCHP (Calculo de Tasa de energía primaria, COP, electricidad producida, eficiencia eléctrica, entrada de potencia, eficiencia CHP)
MÓDULO 2: NATURALEZA DE LOS FLUIDOS
1. Conceptos Fundamentales
- Presión
- Peso y Masa
- Sistemas de unidades
- Compresibilidad de fluidos
- Densidad
- Peso especifico
- Gravedad especifica
- Relación entre la densidad y peso específico
2. Viscosidad de los fluidos
- Viscosidad dinámica
- Viscosidad cinemática
- Fluidos NEWTONIANOS y no NEWTONIANOS
3. Medición de presión
- Presión absoluta
- Presión manométrica
- Relación entre la presión y la Elevación
MÓDULO 3: FLUIDOS INCOMPRESIBLES
1. Introducción
2. Principios físicos en la mecánica de fluidos
- Ecuación de continuidad
- Conservación de energía – fundamentos de la ecuación de Bernoulli
- Restricciones de la ecuación de Bernoulli
- Teorema de Torricelli
- Chorro vertical de Fluidos
- Flujo debido a la disminución de la carga
- Ecuación General del Balance de Energía Mecánica
- Potencia que requieren las Bombas
- Potencia transmitida al Fluido
- Eficiencia mecánica de las bombas
- Potencia suministrada a Motores de Fluidos u turbinas
3. Régimen de flujo
- Numero de Reynolds
- Ecuación de Darcy
- Perdida de Fricción en el Flujo Laminar
- Perdida de Fricción en el flujo turbulento
- Coeficiente de Resistencia
- Expansión súbita y Gradual
- Perdida en la salida
- Contracción súbita y Gradual
- Coeficiente de resistencia para válvulas y acoplamientos de tuberías
- Ecuación general para el cálculo de las pérdidas totales por fricción en tuberías
4. Selección y aplicación de dispositivos mecánicos de aumento de energía (bombas)
- Factores a considerar al seleccionar una bomba para una aplicación en particular
- Parámetros a considerar después de seleccionar la bomba.
- Tipos de bombas
- Leyes de afinidad para bombas centrifugas
- Instalación de bombas.
- Carga neta de Succión Positiva disponible y requerida
5. EJEMPLOS DE APLICACIÓN (Diseño y simulación de sistemas reales con bombas, tuberías y accesorios)
- Incrementando el diseño de sistemas de transporte
- Generación de curvas de rendimiento y operación de dispositivos mecánicos de aumento de presión
- Unidades De Cambio De Presión Y Tuberías En ASPEN PLUS (PUMP, COMPR, MCOMPR, VALVE, PIPE Y PIPELINE)
- Tuberías E Hidráulica En ASPEN HYSYS (MIXER, TEE, PIPE SEGMENT, GAS PIPE, ASPEN HYDRAULICS, OLGA LINK, PETROLEUM EXPERTS GAP, PIPESIM LINK EXTENSION, PIPESIM NET UNIT y HEADER)
- Equipos Rotativos En ASPEN HYSYS (PUMP, CONTROL VALVE, RELIEF VALVE, COMPRESSOR y EXPANDER)
- Equipos Disponibles En PIPE FLOW EXPERT (CHANGE FLUID, ADD TANK, ADD DEMAND (PRESSURE), ADD JOIN POINT, ADD PIPES, ADD FITTINGS, ADD COMPONENT PRESSURE LOSS, ADD CONTROL VALVE, ADD PUMP y ADD DEMAND (FLOW))
MÓDULO 4: FLUJO COMPRESIBLE EN TUBERÍAS
1. Introducción
2. Principios físicos fundamentales
- Numero de MACH (Tipos de flujo)
- Suposiciones para el estudio de flujo compresible.
- Deducción de Ecuación de continuidad para flujo compresible
- Balance de energía Total
- Balance de Energía Mecánica para flujo compresible
- Velocidad del Sonido
- Ecuaciones de Estado de los Gases perfectos y Reales.
- Velocidad Acústica y Numero de MACH para un gas Ideal
- Ejemplos de aplicación (ASPEN HYSYS, ASPEN PLUS y PIPE FLOW).
3. Procesos en flujo de fluidos compresibles
- Expansión ISENTROPICA – ADIABÁTICO – ISOTÉRMICO.
- Flujo adiabático con Fricción.
- Ecuaciones de Propiedad para Flujo Adiabático
4. Diseño y simulación de sistemas de flujo compresible reales
- Ejemplos de aplicación (ASPEN HYSYS, ASPEN PLUS y PIPE FLOW)
5. Sistemas de compresión
- Tipos y operación de Compresores
- Componentes principales de compresores
- Ecuaciones para sopladores y compresores
- Compresión Adiabática
- Compresión isotérmica
- Compresión politrópica
- Ecuación de la Potencia
- Efecto del peso molecular del gas en el rendimiento de compresores centrífugos
- Ejemplos de aplicación (ASPEN HYSYS, ASPEN PLUS y PIPE FLOW)
- Parámetros de Simulación Real
MÓDULO 5: TEMAS AVANZADOS DE MECÁNICA FLUIDOS
1. Análisis hidraulico de flujo de tubería en Aspen Hysys (ASPEN HYDRAULICS)
- Modelado de tuberías
- Ecuaciones diferenciales generales De NAVIER STOKE
- Modelos de tuberías en ASPEN HYSYS (Flujo monofásico y multifasico)
- Modelado de REDES de tuberías
- Patrones de Flujo en tuberías horizontales, verticales he inclinadas
- Correlaciones de flujo de tuberías para la determinación de la caída de presión
- Formación de Hidratos he inhibición en tuberías
- Flujo multifasico en Baterías de Producción
2. Diseño e instalación de válvulas de control
- Elemento de control final
- Acción de falla de una válvula de control
- Fabricantes de Válvulas de Control
- Especificaciones para estimar una válvula de control
- Coeficiente de una válvula de control : Tamaño de una válvula de control
- Válvula con Característica de abertura rápida
- Válvula de característica lineal
- Válvula con característica de igual porcentaje.
- Ubicación de las válvulas de control
- Instalación de válvulas de control
3. Dimensionamiento de tuberías (cálculo del tamaño óptimo) Line Sizing
4. Análisis dinámico de control de sobrepresiones para sistemas de compresión centrífugos
- Simulación dinámica (fundamentos teóricos)
- Rango de estudio de la Simulación dinámica
- Clasificación de modelos matemáticos:
- Modelos distribuidos: ECUACIONES DE VARIACIÓN
- Modelos agrupados (Sistemas Lineales y no Lineales)
- Ecuaciones de conservación
- Herramientas para la simulación dinámica
- Procedimiento guiado por pasos para el éxito en la ejecución de la simulación dinámica en ASPEN HYSYS.
- ¿Qué es SURGE y porque es un problema?
- Resultado de la sobretensión en máquinas rotativas
- Fenómenos transitorios en un sistema de compresión centrifugo
- Selección de escenarios de sobretensión de compresores en ASPEN HYSYS y programación de eventos (Event Scheduler)
- Curvas de sobretensión
- Prevención de sobretensiones
5. Diseño, simulación y operación de recipientes a presión reales
- Equilibrio vapor líquido y análisis de columnas de destilación
- Diagramas de equilibrio isobaro e isotérmico
- Ley de RAOULT
- Diseño y operación de columnas de una sola etapa – Evaporación Instantánea (Balances de Materia y Entalpia)
- Diseño y Simulación de Separadores Reales
- Correlaciones para modelo real en ASPEN HYSYS
MÓDULO 6: FLUJO DE FLUIDOS ALREDEDOR DE CUERPOS SUMERGIDOS
1. Introducción
- Conceptos fundamentales
- Coeficientes de rozamiento
2. Flujo a través de lechos sólidos
- Ecuaciones generales
- Volumen total
- Relación área superficial – volumen de partículas en esferas
- Ecuación de Kozeny - Carman
- Ecuación de Ergun
3. Movimiento de partículas a través de fluidos
- Mecánica del movimiento de partículas
- Ecuación para el movimiento unidimensional de una partícula a través de un fluido.
- Velocidad terminal
- Coeficiente de rozamiento
- Movimiento de partículas esféricas
4. Sedimentación
5. Fluidización
- Condiciones para la fluidización
- Velocidad mínima de fluidización
- Tipos de fluidización
- Expansión de lechos fluidizados
- Aplicaciones de la fluidización
7. AGITACIÓN Y MEZCLA
1. INTRODUCCIÓN
- Ejemplos De Aplicación Industriales
2. IMPULSORES O AGITADORES
- Modelo De Flujo Axial, Tanque Con Placas Deflectoras,
- Modelo De Flujo Radial, Con Placas Deflectoras
- Modelo De Flujo Tangencial, Sin Placas Deflectoras
- Agitadores Para Líquidos De Viscosidad Moderada
3. NUMERO DE FLUJO
- Vectores De Velocidad Para La Punta De Un Impulsor Tipo Turbina
4. CONSUMO DE POTENCIA
- Correlaciones Potencia
- Correlaciones De Potencia (Energía) Para Impulsores Específicos
- Cálculo Del Consumo De Potencia
5. MEZCLA Y MEZCLADO
- Mezcla De Líquidos Miscibles
- Tiempos De Mezclado En Tanques Agitados
6. ESCALAMIENTO DE SISTEMAS DE AGITACIÓN
7. EJEMPLOS DE APLICACIÓN