Fenomenos de transporte

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TRANSFERENCIA DE MASA

La transferencia de masa es un fenómeno semejante a la transferencia de calor, donde existe también un gradiente, una resistencia, un coeficiente de transferencia y un flujo. En este caso se trata de llegar al equilibrio de concentraciones, mientras que en la transferencia de calor se busca el equilibrio de temperaturas.

En el proceso de transferencia de masa sepresenta una difusión molecular y también una difusión debida al movimiento convectivo. La ley de Fick, conocida también como la ley de la difusión, describe el movimiento o flujo másico de un componente proporcional al gradiente de concentración:

(1)

Donde JA es el flujo másico por unidad de área y tiempo (kgmol/s-m2), D es el coeficiente de difusión (m2/s), dCA es el gradiente deconcentración de A (kmol/m3) en función de la distancia z (m).

En el caso de considerar también el movimiento convectivo, para hallar el flujo másico se emplea la siguiente expresión:

(2)

donde NA es el flujo másico que considera la difusión molecular (JA) más el movimiento convectivo generado por el movimiento de todos los componentes presentes en la mezcla. Tratándose de unamezcla binaria, la expresión (2) se puede escribir como:

(3)

La expresión (3) se emplea en casos donde se tienen dos componentes, uno difundiéndose a través del otro, en este caso NA, es el flujo másico de A que se difunde a través de B, DAB es el coeficiente de difusión o difusividad másica de A en B y NB es el flujo másico de B.

Este fenómeno se puede dar en diferentes estadosde la materia: gases, líquidos o sólidos; en los siguientes casos:
▪ difusión de un gas en otro gas (ejemplo: acetona en aire, etanol en aire, vapor de agua en aire, amoniaco en aire, etc.)
▪ difusión de un gas en un líquido (ejemplo: CO2 en agua, O2 en agua)
▪ difusión de un soluto en un líquido (ejemplo: sacarosa en agua, proteínasen agua)
▪ difusión de un gas o líquido en un sólido (ejemplo: vapor de agua en polietileno, O2 en polietileno; agua en alimento)
▪ difusión de un soluto en un sólido (ejemplo: NaCl en carnes, en pepinillos, o sacarosa en manzana, en fresas, etc.)

El Coeficiente de Difusión o Difusividad másica

Se denota por la letra D y en algunos casos, cuando setrabaja con componentes puros, lleva los suscritos DAB, lo que significa Difusividad de A en B. Sus unidades son semejantes a las de la difusividad térmica (m2/s o cm2/s) y en algunos casos se puede presentar una dependencia de D con respecto a la concentración. Para simplificar los problemas de difusión muchas veces se acepta que D es independiente de las concentraciones, aunque en la realidad nosea siempre cierto. Además el valor D depende de la temperatura y en el caso de gases de la presión. En la Difusión a través de sólidos porosos se emplea el término Difusividad efectiva (Def) para englobar la difusión por los espacios vacíos que se presentan en el sólido, ya que la trayectoria real de difusión varía según la tortuosidad de los canales que existen en el sólido.

La magnitud dela difusividad másica para líquidos o gases en sólidos, es menor que la difusividad para gases en líquidos. Estas diferencias son debidas a la movilidad de las moléculas. En sólidos las difusividades están en el rango de 10-9 a 10-6 cm2/s; en líquidos de 10-6 a 10-5 cm2/s y en gases de 5x10-1 a 10-1 cm2/s.

TRANSFERENCIA DE MASA EN ESTADO ESTACIONARIO

De forma semejante a la transferencia decalor, en transferencia de masa se puede estudiar el fenómeno en estado estacionario o no trasiente, donde se considera que la concentración no varía en función del tiempo, es decir:

[pic] (4)

Así mismo se considera que el flujo másico NA (kmol/s) es constante.

Siendo NA = NA x A

Donde A es el área (m2) transversal a la difusión.

Difusión en Gases

En el caso de los...
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