transferencia de masa


TRANSFERENCIA DE MASA

1. CONCEPTO:

La transferencia de masa es la tendencia de uno o más componentes de una mezcla a transportarse desde una zona de alta concentración del o de los componentes a otra zona donde la concentración es menor.
Por ejemplo, si se echa un cristal de sulfato cúprico en agua el cristal se disolverá, alrededor de la superficie del cristal la coloracióndel agua toma un color azul, que es más intenso mientras más cerca se esté de dicha superficie.
A medida que transcurre el tiempo, se observa como la coloración de las zonas alejadas se vuelve más azul, mientras que el cristal desaparece paulatinamente, hasta que si se deja el tiempo suficiente, toda el agua muestra un tono de azul uniforme. El sulfato viaja de una zona donde la concentración es más alta a lazona de menor concentración.
Dicha tendencia permite la disolución del sulfato cúprico en el agua. La diferencia de concentración es la que constituye la fuerza motriz (o directora) de la transferencia de masa.
1.1 CLASIFICACION GENERAL DE LA TRANSFERENCIA DE MASA:
El mecanismo de transferencia de masa, depende de la dinámica del sistema en que se lleva acabo.

Existen dos tipos detransferencia de masa:
a) MOLECULAR:
La masa puede transferirse por medio del movimiento molecular fortuito en los fluidos (movimiento individual de las moléculas), debido a una diferencia de concentraciones. La difusión molecular puede ocurrir en sistemas de fluidos estancados o en fluidos que se están moviendo.
b) CONVECTIVA:
La masa puede transferirse debido al movimiento global del fluido. Puedeocurrir que el movimiento se efectúe en régimen laminar o turbulento. El flujo turbulento resulta del movimiento de grandes grupos de moléculas y es influenciado por las características dinámicas del flujo. Tales como densidad, viscosidad, etc. La transferencia de materia por convección puede ser mayor al aumentar el área disponible para la transferencia de materia, si se aumenta la diferencia deconcentración entre el seno del fluido y la interface, o si se aumenta el coeficiente de transferencia de materia.

Usualmente, ambos mecanismos actúan simultáneamente. Sin embargo, uno puede ser cuantitativamente dominante y por lo tanto, para el análisis de un problema en particular, es necesario considerar solo a dicho mecanismo. La transferencia de masa en sólidos porosos, líquidos y gasessigue el mismo principio, descrito por la ley de Fick.
2. LEY DE FICK:
El proceso de transferencia molecular de masa, al igual que la transferencia de calor y de momento están caracterizados por el mismo tipo general de ecuación.

De manera análoga a como se definió la viscosidad μ en fluidos newtonianos como el factor de proporcionalidad entre el flujo de cantidad de movimiento (τ) y elgradiente de velocidad (ley de Newton) y la conductividad térmica k como el factor de proporcionalidad entre el flujo de calor y el gradiente de temperatura (ley de Fourier) se ha determinado que existe un factor de proporcionalidad entre el flujo de materia molecular o difusivo y el gradiente de concentración. Este factor de proporcionalidad se denomina difusividad y la expresión para sistemas binariosviene dada por la denominada primera ley de Fick.

En esta ecuación la velocidad de transferencia de masa depende de una fuerza impulsora (diferencia de concentración) sobre una resistencia, que indica la dificultad de las moléculas para transferirse en el medio. Esta resistencia se expresa como una constante de proporcionalidad entre la velocidad de transferencia y la diferencia deconcentraciones denominado: "Difusividad de masa". Un valor elevado de este parámetro significa que las moléculas se difunden fácilmente en el medio.

A continuación la ecuación que rige la transferencia, también denominada Ley de difusión de Fick.

J = N/a = - D * (dC/dy)

Donde J es el flujo másico del componente A, N la velocidad de transferencia de materia del componente A, a el área a través...