Transferencia de momentum, calor y masa computacional

Pontificia Universidad Católica de Chile

Transferencia de momentum, calor y masa computacional

Instructor: Felipe Huerta Pérez

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There are 7 modules in this course

En este MOOC el estudiante desarrollará competencias de computación científica y métodos numéricos para resolver problemas de transferencia de momentum, calor y masa. En concreto, el estudiante creará y utilizará códigos Python para encontrar la solución numérica a ecuaciones diferenciales ordinarias y ecuaciones diferenciales parciales.

En fenómenos de transporte, estas ecuaciones provienen de problemas a los valores iniciales (PVI), problemas a los valores de contorno (PVC) y problemas a los valores iniciales y de contorno (PVIC). Las competencias a desarrollar en este curso son necesarias para modelar y simular realistamente intercambiadores de calor, estanques de almacenamiento, equipos de separación, motores, celdas de combustible, dispersión de contaminantes y transmisión de enfermedades infecciosas. Con las competencias desarrolladas en el curso, el estudiante será capaz de diseñar y optimizar sistemas ingenieriles para maximizar su seguridad, efectividad y eficiencia.

¡Bienvenidos y bienvenidas! Muchos fenómenos cotidianos e industriales están gobernados por ecuaciones de conservación de calor, masa y momentum. Estas ecuaciones son modelos matemáticos que se derivan de balances microscópicos y macroscópicos. En la mayoría de las aplicaciones importantes de interés ingenieril, estos modelos no tienen una solución analítica. En este curso, aprenderán a resolver computacionalmente las ecuaciones diferenciales resultantes de los balances de calor, masa y momentum utilizando métodos numéricos. Esto permitirá analizar el diseño y la operación de equipos y sistemas de interés ingenieril y científico.

What's included

1 video

En este módulo, se conocerán las ecuaciones fundamentales de fenómenos de transporte, aplicaciones de interés ingenieril y conceptos de programación para emplearlos en este tipo de problemas.

What's included

5 videos6 readings3 assignments

5 videosTotal 58 minutes

Ecuaciones de conservación de momentum, energía y masa15 minutesPreview module
Derivación de un perfil de velocidad utilizando las ecuaciones de conservación8 minutes
Perfil de velocidad para flujo laminar en estado estacionario de un fluido Newtoniano en una tubería circular9 minutes
Gráficos de perfiles de velocidad y esfuerzos cortantes utilizando Python14 minutes
Gráficar perfiles de velocidad 2-D11 minutes

6 readingsTotal 80 minutes

Documentos y Jupyter Notebooks Módulo 110 minutes
Formulario Fenómenos de Transporte10 minutes
Perfil de velocidad para flujo laminar en tubería circular utilizando balances diferenciales10 minutes
Instalación de Python30 minutes
Arreglos en NumPy10 minutes
Arreglos de Numpy y gráficos de Matplotlib10 minutes

3 assignmentsTotal 195 minutes

Trabajo Práctico 1120 minutes
Módulo 145 minutes
Cuestionario formativo 130 minutes

En este módulo tratará los balances macroscópicos y sus aplicaciones. También se hablará sobre los problemas a los valores iniciales los cuales nos dan las condiciones necesarias para poder resolver este tipo de balances.

What's included

4 videos5 readings3 assignments

4 videosTotal 38 minutes

Balances macroscópicos6 minutesPreview module
Método numérico directo para la resolución de un problema de extracción líquido-líquido en estado estacionario8 minutes
Resolución numérica de sistemas de ecuaciones diferenciales ordinarias9 minutes
Implementación del método solve_ivp de Python para la resolución de problemas a los valores iniciales.14 minutes

5 readingsTotal 50 minutes

Documentos y Jupyter Notebooks Módulo 210 minutes
Álgebra lineal y sistemas de ecuaciones lineales en Python10 minutes
Ejemplo de eliminación Gaussiana "a mano"10 minutes
Método de Euler: ejemplo y análisis de error10 minutes
Buenas prácticas de programación10 minutes

3 assignmentsTotal 195 minutes

Trabajo Práctico 2120 minutes
Módulo 245 minutes
Formativo Módulo 230 minutes

En este módulo, se conocerán distintos tipos de resoluciones de problemas a los valores de contorno, tales como el método de diferencias finitas y método de punto fijo.

What's included

4 videos2 readings3 assignments

4 videosTotal 45 minutes

El método de diferencias finitas8 minutesPreview module
Discretización de la ecuación de conservación de energía para enfriamiento convectivo8 minutes
Enfriamiento de un fluido por convección natural10 minutes
Resolución de problema no lineal de enfriamiento por convección y radiación17 minutes

2 readingsTotal 30 minutes

Documentos y Jupyter Notebooks Módulo 310 minutes
Aplicaciones avanzadas del método de diferencias finitas20 minutes

3 assignmentsTotal 195 minutes

Trabajo Práctico 3120 minutes
Módulo 345 minutes
Formativo Módulo 330 minutes

En este módulo, se conocerán métodos de resolución a los problemas a los valores iniciales y a los problemas a los valores de contorno, las cuales originan ecuaciones diferenciales parciales.

What's included

4 videos2 readings3 assignments

4 videosTotal 49 minutes

Problema a los valores iniciales y de contorno9 minutesPreview module
Solución numérica de problemas a los valores iniciales y de contorno11 minutes
Imprementación computacional del método FTCS para resolver el enfriamiento convectivo unidimensional no estacionario de una barra14 minutes
Cálculo de cantidades de interes ingenieril durante el enfriamiento convectivo unidimensional no estacionario de una barra13 minutes

2 readingsTotal 20 minutes

Documentos y Jupyter Notebooks Módulo 410 minutes
Análisis de estabilidad de Von Neumann para el esquema FTCS10 minutes

3 assignmentsTotal 225 minutes

Trabajo Práctico 4150 minutes
Módulo 445 minutes
Formativo Módulo 430 minutes

En este módulo se conocerá el método de sobre relajación sucesiva, el cuál nos permite resolver balances microscópicos multidimensionales.

What's included

4 videos3 readings3 assignments

4 videosTotal 62 minutes

Transferencia de masa bidimensional en estado estacionario12 minutesPreview module
El método de sobre-relajación sucesiva para ecuaciones elípticas15 minutes
Difusión en dos dimensiones17 minutes
Implementación de condiciones de borde no homogéneas - Método SOR17 minutes

3 readingsTotal 30 minutes

Documentos y Jupyter Notebooks Módulo 510 minutes
Aplicaciones del método SOR10 minutes
Difusión 2-D en estado no estacionario10 minutes

3 assignmentsTotal 195 minutes

Trabajo Práctico 5120 minutes
Módulo 545 minutes
Formativo Módulo 530 minutes

Les queremos agradecer el habernos acompañado en el curso. Esperamos que los contenidos abordados sean un real aporte en tu carrera profesional /laboral.