Ingenieria

Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Rosario Cátedra de Ing. De las Reacciones

UNIDAD Nº 2: Transferencia de Materia 2012

Ing. Roque Masciarelli - Ing Silvia Stancich - Ing. Stoppani Fernando

Ingeniería de las reacciones

INTRODUCCIÓN
Los fenómenos de transporte tienen lugar en aquellos procesos, conocidos como procesos de transferencia, en los que se establece elmovimiento de una propiedad (masa, momento o energía) en una o varias direcciones bajo la acción de una fuerza impulsora. Al movimiento de una propiedad se le llama flujo. Los fenómenos de transferencia de masa son comunes en la naturaleza e importantes en todas las ramas de la ingeniería. Algunos ejemplos en los procesos industriales son: la remoción de materiales contaminantes de las corrientes dedescarga 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 las reacciones químicas catalizadas y biológicas, etc.

CLASIFICACIÓN GENERAL DE LA TRANSFERENCIA DE MASA
La experiencia nos demuestra que cuando abrimos un frasco de perfume o de cualquier otro liquido volátil,podemos olerlo rápidamente en un recinto cerrado. Decimos que las moléculas del líquido después de evaporarse se difunden por el aire. El mecanismo de transferencia de masa, depende de la dinámica del sistema en que se lleva a cabo. Hay dos modos de transferencia de masa:

1. 2.

Convectiva: La masa puede transferirse debido al movimiento global del fluido. Puede ocurrir que el movimiento seefectúe en régimen laminar o turbulento. Molecular o difusión ordinaria: La difusión molecular (o transporte molecular) puede definirse como la transferencia (o desplazamiento) de moléculas individuales a través de un fluido por medio de los desplazamientos individuales y desordenados de las moléculas, debido a una diferencia de concentraciones. La difusión puede ocurrir en sistemas de fluidosestancados o en fluidos que se están moviendo. Puesto que las moléculas se desplazan en trayectorias al azar, la difusión molecular a veces se llama también proceso con trayectoria aleatoria. En la figura se muestra

esquemáticamente el proceso de difusión molecular. Se ilustra la trayectoria desordenada que la molécula A puede seguir al difundirse del punto (1) al (2) a través de las moléculas de B.Si hay un número mayor de moléculas de A cerca del punto (1) con respecto al punto (2), entonces, y puesto que las moléculas se difunden de manera desordenada, en ambas direcciones, habrá más moléculas de A

difundiéndose de (1) a (2) que de (2) a (1).

1

Ingeniería de las reacciones

Usualmente, ambos mecanismos (convección y difusión) actúan simultáneamente. Sin embargo, uno puede sercuantitativamente dominante y por lo tanto, para el análisis de un problema en particular, es necesario considerar solo a dicho mecanismo. Considérese otro ejemplo, en el que se añade una gota de tinta azul a una taza de agua. Las moléculas de la tinta se difundirán con lentitud en todas las partes del agua por difusión molecular. Para incrementar esta velocidad de mezclado de la tinta, se puedeagitar el líquido por medios mecánicos, como una cuchara, con lo cual se verifica una transferencia convectiva y difusiva de masa. Aunque la causa habitual de difusión es un gradiente de concentración, la difusión también puede ser originada por un gradiente de presión, por un gradiente de temperatura o por la aplicación de una fuerza externa como en el caso de una centrifuga. La difusión molecularinducida por un gradiente de presión (no presión parcial) recibe el nombre de difusión por presión, la inducida por la temperatura es la difusión térmica o efecto Soret, y la debida a un campo externo (tales como gravitacional, eléctricos o magnéticos) es la difusión forzada. Las tres son muy poco frecuentes en la ingeniería química, y aquí solamente se considerara la difusión bajo un gradiente...