Transferencia molecular de calor, masa y cantidad de movimiento

TRANSFERENCIA MOLECULAR DE CALOR, MASA Y/O CANTIDAD DE MOVIMIENTO

RAMIRO BETANCOURT GRAJALES
Ingeniero Químico Universidad Industrial de Santander Especialista en Petroquímica Instituto del Petróleo de Bucarest Profesor Asociado Universidad Nacional de Colombia

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA SEDE MANIZALES

INTRODUCCION Las Industrias Químicas existían mucho antes de que la profesiónde Ingeniero Químico fuera reconocida. La tecnología de cada industria se miraba como una rama especial del conocimiento, y las personas que realizaban el trabajo que hoy hace el Ingeniero Químico eran entrenadas como Químicos, Ingenieros Mecánicos y Técnicos. Los primeros cursos de Ingeniería Química se orientaron al estudio de la tecnología industrial. Estos cursos se modificaron rápidamentecon la introducción del concepto de Operación Unitaria. Estos surgieron de la observación de la similitud en los cambios físicos que ocurrían en industrias químicas bastante diferentes. Así, se reconoció que la evaporación de un líquido desde una solución seguía los mismos principios independientemente de si el proceso era fabricar azúcar o un fertilizante. De esta manera la evaporación seconvirtió en una de las primeras operaciones unitarias en reconocerse. Muchas otras etapas alcanzaron el grado de operación unitaria, tales fueron: flujo de fluidos, transferencia de calor, humidificación, secado, destilación, absorción gaseosa, extracción, molienda y tamizado, cristalización, filtración, mezclado, etc. Cuando se comprendieron mejor las operaciones unitarias, se evidenció que no eranentes diferentes. La filtración era claramente un caso de flujo de fluidos, la evaporación una forma de transferencia de calor, la extracción y la absorción gaseosa involucraban transferencia de masa. El secado y la destilación se reconocieron como operaciones en las cuales, tanto la transferencia de masa como la de calor presentaban importancia. Se puede entonces considerar las operacionesunitarias como casos especiales o combinaciones de transferencia de calor, transferencia de masa y flujo de fluidos. Los ingenieros se refieren a estos tres últimos eventos como Fenómenos de Transporte y son la base de las operaciones unitarias. Fenómenos de transporte, es pues el nombre colectivo que se da al estudio sistemático e integrado de tres áreas clásicas de la ciencia de la Ingeniería: (1)Transporte de Energía o Calor, (2) Transporte de Masa o Difusión, y (3) Transporte de Cantidad de Movimiento o Impulso (Momentum en Ingles), o Dinámica de Fluidos. Si las características físicas de un problema conducen a relaciones matemáticas (ecuaciones diferenciales, leyes de flujo y condiciones límite) similares para transferencia de calor y transferencia de masa, se dice que hay una analogíaentre los problemas de calor y masa. Intercambiando cantidades análogas (tales como difusividades) podemos usar la solución conocida de un problema en transferencia de calor para obtener la solución de un problema en transferencia de masa o al contrario. Lo mismo puede hacerse si hablamos de transporte de impulso y calor o transporte de impulso y masa. El uso de analogías hace el proceso deaprendizaje más sencillo y debido a estas similitudes podemos estudiar tres temas (transferencia de calor y de masa y dinámica de fluidos) como si fuesen uno. En la práctica posibilita tomar medidas experimentales en un sistema (digamos calor) para obtener información sobre otro (masa o impulso). El estudio de los fenómenos de transporte se ha realizado tradicionalmente comenzando por el transporte decantidad de movimiento, luego el transporte de energía y finalmente el transporte de masa. Para cada proceso de transporte, tópicos como el transporte molecular,

los balances en límites planos o curvos y el transporte multidimensional se discuten en forma tal que las similitudes y analogías entre los procesos de transporte pueden inferirse. Se derivan entonces las ecuaciones diferenciales...