Coeficientes de transferencia de masa

INTRODUCCIÓN

Los fenómenos de transporte tienen lugar en aquellos procesos, conocidos como procesos de transferencia, en los que se establece el movimiento de una propiedad  (masa, momentum o energía) en una o varias direcciones bajo la acción de una fuerza impulsora. Al movimiento de una propiedad se le llama flujo.

Los procesos de transferencia de masa son importantes ya que la mayoría delos procesos químicos requieren de la purificación inicial de las materias primas o de la separación final de productos y subproductos.

Para esto en general, se utilizan las operaciones de transferencia de masa, con frecuencia, el costo principal de un proceso deriva de las separaciones (Transferencia de masa). Los costos por separación o purificación dependen directamente de la relaciónentre la concentración inicial y final de las sustancias separadas; sí esta relación es elevada, también serán los costos de producción.

En muchos casos, es necesario conocer la velocidad de transporte de masa a fin de diseñar o analizar el equipo industrial para operaciones unitarias, en la determinación de la eficiencia de etapa, que debe conocerse para determinar el número de etapas reales quese necesita para una separación dada.

Algunos de los ejemplos del papel que juega la transferencia de masa en los procesos industriales son: la remoción de materiales contaminantes de las corrientes de descarga de los gases y aguas contaminadas, la difusión de neutrones dentro de los reactores nucleares, la difusión de sustancias al interior de poros de carbón activado, la rapidez de lasreacciones químicas catalizadas y biológicas así como el acondicionamiento del aire, etc.

En la industria farmacéutica también ocurren procesos de transferencia de masa tal como la disolución de un fármaco, la transferencia de nutrientes y medicamento a la sangre, etc.
La ley de Fick es el modelo matemático que describe la transferencia molecular de masa, en sistemas o procesos donde puede ocurrirsolo difusión o bien difusión más convección. En este trabajo, una idea central será el cálculo de los coeficientes de transferencia de masa para diferentes sistemas (estados de agregación de la materia ).

TRANSFERENCIA DE MASA EN UNA INTERFASE
Interfase: Es el lugar en el que dos sistemas (o subsistemas) se juntan e interactúan entre ellos. También corresponde a la frontera entre dos fases.Entre las tres fases (gas, líquido y sólido), existen tres tipos de interfaces: gas-líquido, gas-sólido, líquido-líquido, líquido-sólido y sólido-sólido. En este último tipo, la transferencia de alguna sustancia es de escaso interés.
Muchas operaciones de transferencia de masa consisten en la transferencia de materia entre dos fases. Estas fases pueden ser: una corriente de gas que hace contactocon un líquido, dos corrientes de gases no miscibles o un fluido circulando alrededor de un sólido.
EQUILIBRIO
Se ha demostrado que la transferencia de masa por medio de mecanismos molecular o convectiva depende directamente del gradiente de concentración de la especie en difusión en una sola fase. Cuando se establece el equilibrio, los valores del gradiente de concentración y, a su vez de larapidez neta de difusión, se hacen cero en la fase. La transferencia entre dos fases también requiere de un alejamiento del equilibrio entre las concentraciones promedio o global, en cada una de las fases. Como la desviación del equilibrio nos da el gradiente de concentración en una fase, es necesario tomar en cuenta los equilibrios interfase para poder describir la transferencia de interfase.
Esconveniente estudiar las características de equilibrio de un sistema particular y después generalizar los resultados para otros sistemas. Consideremos un sistema de dos fases que incluye un gas en contacto con un líquido.
Para poder estudiar mejor las características, permitiremos que la composición del sistema inicial incluya aire y amoniaco en la fase gaseosa y solamente agua en la fase...