Torre de pared húmeda

MARCO TEÓRICO

En una torre de pared húmeda, una película delgada de líquido desciende por el interior de un tubo vertical, y se pone en contacto con gas que fluye a contracorriente o a corriente paralela. Estos aparatos se utilizan para estudios teóricos de transferencia de masa, porque la superficie interracial entre las fases se puede medir fácilmente. Además, la caída de presión del gas enestas torres es probablemente menor que en otros aparatos de contacto gas-líquido, para un conjunto dado de condiciones de operación [Treybal, 1988].

Modelos para el cálculo de coeficientes de transferencia de masa

Para coeficientes de transferencia de masa en flujo laminar, en principio no se necesitan coeficientes de masa, puesto que prevalece la difusión molecular. Sin embargo, sí setiene un método uniforme para calcularlos.

El caso de la transferencia de masa de un gas a una película descendente se puede observar en la figura 1. Un líquido en una película delgada de flujo laminar, desciende en una superficie lisa vertical mientras es expuesto a un gas A, que se disuelve en el líquido. El líquido contiene una concentración uniforme de ca0 en la parte superior, y en lasuperficie del líquido, la concentración del gas disuelto es ca,i, en equilibrio con la presión de A en la fase gaseosa. El problema principal consiste en obtener el coeficiente de transferencia de masa kL, con el cual se puede calcular la cantidad de gas en disolución, luego de que el líquido recorra una distancia L [Treybal, 1988].

Luego de algunas derivaciones matemáticas, para Reynolds de películamenores a 100, se llega a la ecuación:

(1)

Y para Reynolds grandes:

(2)


Figura 1. Película descendente de líquido [Treybal, 1988].

Para el caso de flujos turbulentos, que ocurre en la mayoría de las situaciones, por lo general no es posible calcular los coeficientes de transferencia de masa, por la imposibilidad de describir matemáticamente las condiciones de flujo. Es poresta razón que se confía en datos experimentales.

Métodos para determinar experimen-talmente los coeficientes de transferencia de masa

Se han empleado muchos métodos experimentales para obtener los coeficientes de transferencia de masa. Por ejemplo, para determinar el coeficiente de masa en una esfera, Steele y Geankoplis utilizaron una esfera sólida. En el caso de gases y líquidos, otro métodoconsiste en hacer fluir varios gases a través de diversas geometrías humectadas con líquidos en evaporación [Geankoplis, 2006].

Teoría de la película laminar

Esta teoría postula que la concentración seguirá la curva punteada de la figura 2, de tal forma que la diferencia de concentración total, ca1-ca2 se atribuye a la difusión molecular dentro de una película “efectiva” de espesor zf. Conrespecto a la aplicación útil de esta teoría, la película debe ser muy delgada, para que la cantidad de soluto dentro de la película sea muy pequeña en relación con la cantidad que pasa a través de ella.


Figura 2. Teoría de película [Treybal, 1988]

La teoría predice que F y los coeficientes de transferencia de masa del tipo de las k, para diferentes solutos que están siendo transferidosbajo las mismas condiciones de flujo de fluidos, son directamente proporcionales a las D para los solutos. Es importante mencionar que esta teoría, pesar de que es sencilla, ha sido bastante desacreditada. Aún así, funciona bien cuando se trabaja con un flux de transferencia de masa elevado, el efecto de la transferencia de masa sobre la transferencia de calor, y al predecir el efecto de lavelocidad de una reacción química sobre la transferencia de masa.

Números adimensionales para correlacio-nar datos

Los datos experimentales de coeficientes de transferencia de masa, obtenidos mediante diversos tipos de fluidos, diferentes velocidades y geometrías, se correlacionan entre sí usando números adimensionales. Estos son similares a los utilizados en transferencia de calor y momento...