termodinamica

FUNDAMENTOS DE LA TRANSFERENCIA DE MASA
Las operaciones de transferencia de masa tienen una gran importancia desde el punto
de vista químico industrial, ya que es muy difícil encontrar un proceso químico que no
requiera previamente la purificación de la materia prima o un producto intermedio, o
simplemente separar el o los productos finales del proceso de sus subproductos. Las
mismas casisiempre van acompañadas de operaciones de transferencia de calor y del
movimiento o flujo de fluidos.
Las operaciones de transferencia de masa están presentes en la producción de
fertilizantes, la industria azucarera, la producción de ácidos sulfúrico y clorhídrico, las
refinerías de petróleo, etc.
Estas operaciones se caracterizan por la transferencia, a escala molecular, de una
sustancia através de otra. Las leyes fundamentales que las rigen y los equipos
principales que se utilizan para las mismas serán objeto de estudio de este módulo.
GENERALIDADES
¿Qué se entiende por transferencia de masa?
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 laconcentración 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 coloración
del 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 desaparecepaulatinamente,
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 la zona 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.Equilibrio
La transferencia de masa tiene un límite, que se conoce como equilibrio entre las fases
El equilibrio se alcanza cuando no existe fuerza directriz y la transferencia neta cesa.
Desde el punto de vista físico este equilibrio se produce de la manera siguiente: si por
ejemplo existe una fase gaseosa y la otra líquida y el componente que se va a transferir
se encuentra al principio solamenteen la fase gaseosa, con una concentración y,
mientras que la concentración en la fase líquida es x = 0, al ponerse en contacto ambas
fases, las moléculas del componente comenzarán a pasar de la fase gaseosa a la fase
líquida con una velocidad que será proporcional a la concentración del componente en
la fase gaseosa. Sin embargo, con la presencia del componente en la fase líquida,
ocurretambién el paso de las moléculas en sentido inverso, o sea hacia la fase
gaseosa, con velocidad proporcional a la concentración del componente en la fase
líquida.
A medida que transcurre el tiempo, la velocidad de transferencia de la fase gaseosa a la
líquida disminuye, mientras que la de transferencia de la fase líquida a la gaseosa
aumenta. En algún momento, ambas velocidades se igualan y seestablece un equilibrio
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dinámico ente las fases y no existirá una transferencia visible del componente de una
fase a otra, o sea el resultado neto es nulo. La diferencia de concentraciones entre las
fases (x–y) no es la fuerza motriz, sino el alejamiento de las condiciones de
concentraciones en equilibrio en cada fase, que se puede expresar, según sea el caso,
como (x – x*) o (y – y*) ypuede tomar diferentes valores según sean las formas de
expresar dichas concentraciones.
Con el equilibrio se alcanza cierta dependencia entre las concentraciones límites
o equilibradas del componente a transferir entre las fases. Esto ocurre a una
temperatura y presión dadas
.
y

El diagrama anterior representa gráficamente esta
dependencia, que se denomina línea de equilibrio del...