Transferencia Molecular De Masa

Transferencia molecular de masa.
El transporte molecular ocurre en los 3 estados de agregación de la materia y es el resultado de un gradiente de concentración, temperatura, presión, o de aplicación a la mezcla de un potencial eléctrico.
A la transferencia macroscópica de masa, independiente de cualquier convección que se lleve acabo dentro de un sistema, se define con el nombre de difusiónmolecular ó ordinaria 2
El transporte molecular resulta de la transferencia de moléculas individuales a través de un fluido por medio de los movimientos desordenados de las moléculas debido a su energía interna. Podemos imaginar a las moléculas desplazándose en líneas rectas con una velocidad uniforme y cambiando su dirección al rebotar con otras moléculas después de chocar. Entonces su velocidadcambia tanto en magnitud como en dirección. Las moléculas se desplazan en trayectorias desordenadas, y recorren distancias extremadamente cortas antes de chocar con otras y ser desviadas al azar. A la difusión molecular a veces se le llama también proceso de camino desordenado.2
En la figura 1 se muestra esquemáticamente el proceso de difusión molecular. Se ilustra la trayectoria desordenada que lamolécula A puede seguir al difundirse del punto (1) al (2) a través de las moléculas de B.

Diagrama esquemático del proceso de difusión molecular
El mecanismo real de transporte difiere en gran medida entre gases, líquidos y sólidos, debido a las diferencias sustanciales en la estructura molecular de estos 3 estados físicos.3
Gases: los gases contienen relativamente pocas moléculas porunidad de volumen. Cada molécula tiene pocas vecinas o cercanas con las cuales pueda interactuar y las fuerzas moleculares son relativamente débiles; las moléculas de un gas tienen la libertad de moverse a distancias considerables antes de tener colisiones con otras moléculas. El comportamiento ideal de los gases es explicado por la teoría cinética de los gases.
Líquidos: los líquidos contienen unaconcentración de moléculas mayor por unidad de volumen, de manera que cada molécula tiene varias vecinas con las cuales puede interactuar y las fuerzas intermoleculares son mayores. Como resultado, el movimiento molecular se restringe más en un líquido. La migración de moléculas desde una región hacia otra ocurre pero a una velocidad menor que en el caso de los gases. Las moléculas de un líquidovibran de un lado a otro, sufriendo con frecuencia colisiones con las moléculas vecinas.
Sólidos: En los sólidos , las moléculas se encuentran más unidas que en los líquidos; el movimiento molecular tiene mayores restricciones. En muchos sólidos, las fuerzas intermoleculares son suficientemente grandes para mantener a las moléculas en una distribución fija que se conoce como red cristalina.Ecuación general del transporte molecular
La ecuación general de transporte molecular puede obtenerse a partir de un modelo gaseoso simple (teoría cinética de los gases). La ecuación resultante derivada de este modelo puede ser aplicada para describir los procesos de transporte molecular de cantidad de movimiento, calor y de masa, en gases, líquidos y sólidos1

Y neto = I (1) Ecuación general deltransporte molecular

Y = Densidad de flujo ( flujo por unidad de área kmol / s m2)

= Velocidad promedio de las moléculas de un gas m/s .

I = Recorrido libre medio de las moléculas en m

dG / dz = incremento de la concentración en la dirección z

Según la ecuación (1), para que la densidad de flujo Y sea positiva, el gradiente dG /dz tiene que ser negativo.
Ley de Fick para la difusiónmolecular
Para el caso de la tranferencia de masa, la aplicación de la ecuación general de transporte molecular es la ley de Fick para transporte molecular exclusivamente. Por analogía ente ambas ecuaciones, el gradiente dG /dz es el gradiente de concentraciones, el término I es la difusividad de masa y el término Y neto es el flujo de masa. La rapidez con la cual un componente se transfiere de...