Rotametro

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CAPÍTULO

TRANSFERENCIA DE MASA
asta este punto, se ha restringido la atención a problemas de transferencia de calor en los que no intervino transferencia de masa. Sin embargo, ésta interviene en muchos problemas significativos de transferencia de calor que se encuentran en la realidad. Por ejemplo, alrededor de un tercio de la pérdida decalor de una persona en reposo se debe a la evaporación. Resulta que la transferencia de masa es análoga a la transferencia de calor en muchos aspectos y existe una cercana semejanza entre las relaciones de ambas. En este capítulo, se discuten los mecanismos de la transferencia de masa y se desarrollan relaciones para la razón de esa transferencia, para situaciones que se encuentran de manera común enla práctica. Debe distinguirse entre la transferencia de masa y el movimiento de masas de fluido (o flujo de fluidos) que se presenta en un nivel macroscópico conforme un fluido se transporta de un lugar a otro. La transferencia de masa requiere la presencia de dos regiones con composiciones químicas diferentes y se refiere al movimiento de especies químicas desde una región de alta concentraciónhacia una de concentración menor. La fuerza impulsora primaria para el flujo de fluidos es la diferencia de presión, en tanto que, para la transferencia de masa, es la diferencia de concentración. Se empieza este capítulo con el señalamiento de numerosas analogías entre la transferencia de masa y la de calor, y son trazados paralelos entre ellas. A continuación, se discuten las condiciones defrontera asociadas con la transferencia de masa y la difusión unidimensional, estacionaria y transitoria, y se sigue con una discusión de la transferencia de masa en un medio en movimiento. Por último, se considera la transferencia de masa por convección y la transferencia simultánea de calor y de masa.
OBJETIVOS Cuando el lector termine de estudiar este capítulo, debe ser capaz de:
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14CONTENIDO 14-1 14-2 14-3 14-4 14-5 Introducción 774 Analogía entre la transferencia de masa y la de calor 775 Difusión de masa 777 Condiciones de frontera 783 Difusión estacionaria de masa a través de una pared 788 14-6 Migración del vapor de agua en los edificios 792 14-7 Difusión transitoria de masa 796 14-8 Difusión en un medio en movimiento 799 14-9 Convección de masa 810 14-10 Transferenciasimultánea de calor y de masa 819 Resumen 825 Bibliografía y lecturas sugeridas 827 Problemas 828

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Comprender el gradiente de concentración y el mecanismo físico de la transferencia de masa Reconocer la analogía entre la transferencia de calor y la de masa Describir la concentración en un lugar en términos de masa o molares y relacionar la razón de la difusión con el gradiente deconcentración por medio de la ley de Fick Calcular la razón de la difusión de masa a través de una capa simple en condiciones estacionarias Predecir la migración del vapor de agua en los edificios Efectuar un análisis de la difusión transitoria de masa en medios grandes Calcular la transferencia de masa por convección, y Analizar la transferencia simultánea de calor y de masa.
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774 TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA

14-1

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INTRODUCCIÓN

Agua

Agua salina

Salt a) Antes b) Después

FIGURA 14-1
Siempre que existe diferencia de concentración de una cantidad física en un medio, la naturaleza tiende a igualar las cosas al forzar un flujo desde la región de alta concentración hacia la de baja.

Es común observar quesiempre que existe una falta de equilibrio de un producto en un medio, la naturaleza tiende a redistribuirlo hasta que se establece un “equilibrio” o “igualdad”. Con frecuencia, a esta tendencia se le menciona como la fuerza impulsora, mecanismo que se encuentra detrás de muchos fenómenos de transporte que ocurren en forma natural. Si se define la cantidad de un producto por unidad de volumen...