Difusion

Difusión
Fenómeno por el cual las moléculas o iones de una sustancia se mezclan con las de alguna otra. Se debe a la perpetua agitación que anima a las moléculas de que están compuestos todos los cuerpos.
En este artículo se tratará la difusión desde el punto de vista de la mecánica de fluidos.
Utilizando las siguientes ecuaciones:
dq/dt = Ñ * Nc = Ñ * (kÑT) = kÑ2TDonde T es la temperatura absoluta y k es una constante.
¶Ci/¶t + Ñ * (vCi) = Ñ * (Diw * ÑCi) + Si
Donde C es la concentración de masa, v es el vector velocidad, D es el coeficiente de difusión y S es el término fuente – sumidero.
De estas ecuaciones se parametriza la difusión molecular de calor y de masa mediante la difusividad térmica (a = k/rcp) y el coeficiente de difusión (D ),ambos con dimensiones de L2/t. De estas estructuras dimensionales se nota que la difusión pura es un proceso de transporte que consume mucho tiempo, debido a que puede inferir que la escala de longitud para difusión en un periodo de tiempo dado, To, es proporcional a (D To)1/2 mientras que la correspondiente escala temporal de difusión para una distancia Lo es proporcional Lo2/D . Como ejemplo, elcoeficiente de difusión típico para el cloro o el oxígeno en agua es del orden de 10-5 cm/s. Por consiguiente, la escala temporal de difusión es del orden de 109 segundos o aproximadamente 32 años. Claramente la difusión molecular es un agente de transporte muy lento pero persistente.

DIFUSIÓN MOLECULAR PERMANENTE
Las ecuaciones de difusión para calor y masa, eliminando los términos deadvección-convección, haciendo que los términos de fuente y sumidero sean cero son las siguientes:
¶T/¶t = aÑ2T = a(¶2T/¶x2 + ¶2T/¶y2 + ¶2T/z2)
¶C/¶t = D Ñ2C = D (¶2C/¶x2 + ¶2C/¶y2 + ¶2C/¶z2)
Si las condiciones de transporte de calor y de masa son uniformes en un plano yz, perpendicular a la dirección x, entonces una forma unidimensional se identifica como:
¶T/¶t = µ ¶2T/¶x2
¶C/¶t = D ¶2C/¶x2
Lacircunstancia posible más simple es la difusión de estado permanente unidimensional en la cual todas las derivadas temporales son cero.
Difusión de masa: concentración baja
Antes de proceder a la solución de la difusión unidimensional de estado permanente, es necesario recordar que una mezcla de especies de masa involucra por lo menos dos componentes y se conoce como una mezcla binaria. En loslíquidos, pero no en los gases, las moléculas están muy juntas. Por consiguiente, las difusividades en los líquidos usualmente son una función de la concentración de las especie que se está difundiendo y típicamente son de 104 a 105 más pecunias que la de los gases. Sin embargo, debido a la mayor concentración de las especies en los líquidos, los flujos en líquidos y gases tienen una magnitudparecida.
Para dar inicio a la descripción de la difusión de masa de estado permanente se requerirán suposiciones plausibles acerca de la importancia de la advección como agente de transporte. El término de transporte de cuerpo para el flujo puede ser muy pequeño bajo una cierta variedad de circunstancias. La primera es cuando cada especie tiene una velocidad de advección finita pero los flujos soniguales y opuestos. El flujo advectivo resultante neto es cero, y éste es el caso de difusión contraria. El segundo es cuando una de las especies se supone como una sustancia en reposo, por lo que la otra especie permanece en el término de transporte de cuerpo. Esta suposición de baja concentración unida con el hecho de que una especie está en reposo, da como resultado la siguiente ecuación deflujo permanente:
NAz = - D AB ¶CA/¶z = - D AB ((CA2 – CA1)/(z2 – z1))
Consecuentemente, la difusión de baja concentración de una especie en un medio estancado da como resultado perfiles de concentración lineales con un flujo constante.

Difusión con una reacción química
Dentro de un volumen de control que contiene la mezcla pueden ocurrir diferentes reacciones químicas mientras sucede la...