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INSTITUTO TECNOLÓGICO DE DURANGO

Transferencia de masa
en la interfase

FENÓMENOS DE TRANSPORTE 2
Dr. Carlos Francisco Cruz Fierro

Revisión 2
65259.63

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FENÓMENOS DE TRANSPORTE 2

6.1 EQUILIBRIO QUÍMICO
2
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FENÓMENOS DE TRANSPORTE 2

Sistema en Equilibrio
 Un sistema está en equilibrio si tiene:
– equilibro mecánico
• Suma de fuerzas y momentosigual a cero

– equilibrio térmico
• Temperatura uniforme, no hay transferencia de calor

– equilibrio químico
• La composición no varía, no hay reacción química neta

– equilibrio de fase
• No hay transferencia de masa entre una fase y otra

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FENÓMENOS DE TRANSPORTE 2

Criterio de Equilibrio
 Para un sistema cerrado con temperatura y presión
constantes, el sistemaevoluciona en la dirección en
que disminuya la energía libre de Gibbs

 dG T , P  0
(proceso espontáneo)

donde:
G  H  TS
H  U  PV
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FENÓMENOS DE TRANSPORTE 2

Criterio de Equilibrio
 Por lo tanto, para un sistema en equilibrio, el cambio
en la energía libre de Gibbs debe ser cero

 dG T , P  0
condición de equilibrio

 Para un sistema multifase, estoimplica que el potencial
químico de cada componente tenga el mismo valor en
cada una de las fases

i(I)  i(II)  i(III) 
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FENÓMENOS DE TRANSPORTE 2

Equilibrio Líquido-Gas
 Para un sistema con una fase líquida y una fase
gaseosa, la condición de equilibrio se expresa como:

ˆ
 i xi f i  i yi P
(fase líquida)

(fase gaseosa)

  i  coeficiente de actividad dela sustancia i en la solución

LÍQUIDO   xi  fracción mol de i en el líquido
 f  fugacidad de la sustancia i pura
 i
ˆ
 i  coeficiente de fugacidad de la sustancia i en la mezcla gaseosa

GAS   yi  fracción mol de i en el gas
 P  presión total

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FENÓMENOS DE TRANSPORTE 2

Equilibrio Líquido-Gas
Simplificaciones
 Asumir que la fugacidad del líquidopuro
es igual a su presión de vapor:

fi  Pvap ,i

 Asumir comportamiento de gas ideal:

ˆ
i  1

 La condición de equilibrio se vuelve:

 i xi Pvap ,i 
(fase líquida)

yi P
(fase gaseosa)
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FENÓMENOS DE TRANSPORTE 2

Equilibrio Líquido-Gas
Coeficiente de Actividad
 El coeficiente de actividad se relaciona con la
energía libre de Gibbs en exceso

 gE
i  f 

 RT 
 Existen varios modelos empíricos
– Margules

– NRTL

– Van Laar

– UNIQUAC

– Wilson

– UNIFAC
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FENÓMENOS DE TRANSPORTE 2

Equilibrio Líquido-Gas
Simplificación a la Ley de Raoult
 Para soluciones ideales, el coeficiente de actividad se
vuelve 1 y se obtiene la conocida Ley de Raoult:

xi Pvap ,i 
(fase líquida)

yi P
(fasegaseosa)

 Esta ecuación no es adecuada para la mayoría de los
casos pero ha sido ampliamente usada, especialmente
cuando los componentes son químicamente similares
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FENÓMENOS DE TRANSPORTE 2

Equilibrio de Fase
Un Componente
 Comenzar con un
recipiente vacío

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FENÓMENOS DE TRANSPORTE 2

Equilibrio de Fase
Un Componente
 Comenzar con un
recipientevacío
 Agregar una cierta
cantidad de un líquido

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FENÓMENOS DE TRANSPORTE 2

Equilibrio de Fase
Un Componente
 Comenzar con un
recipiente vacío
 Agregar una cierta
cantidad de un líquido

 El líquido se vaporiza

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FENÓMENOS DE TRANSPORTE 2

Equilibrio de Fase
Un Componente
 Comenzar con un
recipiente vacío
 Agregar una cierta
cantidadde un líquido

 El líquido se vaporiza
 La presión en equilibrio
se llama presión de vapor

P  Pvap
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FENÓMENOS DE TRANSPORTE 2

Equilibrio de Fase
Un Componente
 Si el recipiente ya contenía
un gas no soluble en el
líquido…

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FENÓMENOS DE TRANSPORTE 2

Equilibrio de Fase
Un Componente
 Si el recipiente ya contenía
un gas no soluble en el...