Chemical Engineering Fluid Mechanics – Ron Darby – 2nd Edition

Los objetivos de este libro son dos: (1) para el estudiante, mostrar cómo los principios fundamentales que subyacen al comportamiento de los fluidos (con énfasis en los balances macroscópicos unidimensionales) se pueden aplicar de manera organizada y sistemática a la solución de problemas prácticos. problemas de ingeniería, y (2) para el ingeniero en ejercicio, para proporcionar una referencia rápida de información actual y métodos básicos para el análisis de una variedad de problemas encontrados en situaciones prácticas de ingeniería.

Escrito por Ron Darby, este libro se distingue por su enfoque riguroso y su capacidad para conectar los principios fundamentales de la mecánica de fluidos con las aplicaciones prácticas y el diseño de equipos en la industria de procesos. Su propósito es ofrecer una comprensión profunda de los fenómenos de transporte de la cantidad de movimiento, que es un pilar de la ingeniería química, y dotar al lector de las herramientas analíticas necesarias para resolver problemas complejos que involucran el flujo de fluidos. La obra va más allá de un simple libro de texto, sirviendo como una guía integral para el diseño y la optimización de sistemas de fluidos.

Su alcance y cobertura incluye flujos internos de fluidos incompresibles newtonianos y no newtonianos, flujos compresibles adiabáticos e isotérmicos (hasta condiciones sónicas o de asfixia), flujos bifásicos (gas-líquido, sólido-líquido y gas-sólido), flujos externos ( ej., arrastre) y flujo en medios porosos. Las aplicaciones incluyen análisis dimensional y aumento de escala, sistemas de tuberías con accesorios para fluidos newtonianos y no newtonianos (para fuerza impulsora desconocida, tasa de flujo desconocida, diámetro desconocido o el diámetro más económico), flujos de tubería comprimible hasta flujo obstruido, medición de flujo y control, bombas, compresores, métodos de separación de partículas y fluidos (p. ej., centrífugo, sedimentación, filtración), columnas empacadas, lechos fluidizados, sedimentación, transporte de sólidos en suspensión y flujo neumático, y flujos gas-líquido bifásicos congelados y flash.

El tratamiento es desde el punto de vista del ingeniero de procesos, que se preocupa por la operación, el rendimiento, el dimensionamiento y la selección del equipo, a diferencia de los detalles del diseño mecánico o los detalles de los patrones de flujo en tales situaciones. Para el estudiante, este es un texto básico para un curso de primer nivel en mecánica de fluidos de ingeniería de procesos, que enfatiza la aplicación sistemática de principios fundamentales (por ejemplo, balance macroscópico de masa, energía y cantidad de movimiento y economía) para el análisis de una variedad de problemas de fluidos de carácter práctico.

Los métodos de análisis de muchas de estas operaciones se han tomado de la literatura técnica reciente y no han estado disponibles previamente en los libros de texto. Este libro incluye numerosos problemas que ilustran estas aplicaciones al final de cada capítulo. Para el ingeniero en ejercicio, este libro sirve como una referencia útil para las ecuaciones de trabajo que gobiernan muchas aplicaciones de interés práctico, así como una fuente de principios básicos necesarios para analizar otros sistemas de fluidos que no se cubren explícitamente en el libro.

Sin embargo, el objetivo aquí no es proporcionar un conjunto de recetas sin sentido para la aplicación de memoria, sino demostrar un enfoque organizado para el análisis de problemas que comienza con principios básicos y termina con resultados de aplicabilidad muy práctica. Mecánica de fluidos de ingeniería química se basa en notas que compilé y revisé continuamente mientras impartía el curso de mecánica de fluidos de nivel junior para estudiantes de ingeniería química en la Universidad de Texas A&M durante los últimos 30 años. Ha sido mi experiencia que, cuando se les presenta un nuevo tema, los estudiantes aprenden mejor comenzando con casos especiales simples con los que pueden relacionarse fácilmente físicamente, y luego progresando hacia formulaciones más generalizadas y problemas más complejos.

Esa es la filosofía adoptada en este libro. Sin duda será criticado por algunos, ya que es contrario al procedimiento habitual seguido por la mayoría de los libros de texto, en los que los principios básicos se presentan primero en la forma más general y matemática (por ejemplo, el teorema de la divergencia, el teorema del transporte de Reynolds, las ecuaciones de Navier Stokes , etc.), y los casos especiales se derivan de estos. Esotéricamente, es muy atractivo progresar de lo general a lo específico, y no al revés. Sin embargo, después de haber enseñado desde ambas perspectivas, observo que la mayoría de los estudiantes principiantes no obtienen una apreciación o comprensión de las expresiones vectoriales teóricas muy generales y matemáticamente complejas hasta que han obtenido una cierta sensación física de cómo se comportan los fluidos y las leyes. que gobiernan su comportamiento, en situaciones especiales con las que pueden relacionarse fácilmente. También entienden y aprecian mucho mejor los principios si ven cómo se pueden aplicar al análisis de situaciones prácticas y útiles, con resultados que realmente funcionan en la práctica.

Es por eso que las generalizaciones vectoriales multidimensionales de las leyes básicas de conservación se han evitado en favor del componente más simple y la forma unidimensional de estas leyes. También es importante mantener una perspectiva equilibrada entre la información fundamental, o teórica, y la empírica, ya que el ingeniero en ejercicio debe usar ambas para ser eficaz. Se ha dicho que todas las herramientas de las matemáticas y la física en el mundo no son suficientes para calcular cuánta agua fluirá en un momento dado de un grifo de cocina cuando se abre. Sin embargo, mediante la formulación adecuada y la utilización de ciertas observaciones experimentales, este es un problema de rutina para el ingeniero.