tranferencia de masa por conveccion

Tema 3. Transferencia de materia por convección

TEMA 3. Transferencia de materia por convección

1. Introducción

2. Coeficientes de transferencia de materia
2.1 Coeficientes individuales
2.2 Coeficientes globales

Procesos de Separación en Ingeniería Ambiental

Tema 3. Transferencia de materia por convección

1. INTRODUCCIÓN
Convección:
Mecanismo por el cual se produce latransferencia de materia
cuando los fluidos se desplazan en régimen turbulento.
Superpuesto a la difusión (en general, despreciable).
Situación habitual en la industria: se favorece el transporte de
las tres propiedades extensivas y disminuye la resistencia a la
transferencia
Fluidos en régimen laminar

NA,z

Difusión

Ley de Fick
Coef. difusión

Fluidos en régimen turbulento
No hayequivalente a Ley
de Fick

Convección

¿Ecuaciones
equivalentes?

Coeficientes difusión empíricos,
llamados coeficientes de transporte
o de transferencia de materia
Depende del sistema, punto y condiciones
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1. INTRODUCCIÓN (cont.)

Zona turbulenta: menor resistencia

Fluidos enrégimen turbulento

Subcapa laminar: mayor resistencia

La mayor parte del gradiente de concentración
se encuentra en la subcapa laminar

xA



xAo A+B
A

A
xA

xA

z=0

z=

z

Transferencia de materia en régimen
turbulento. Subcapa laminar.

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2. COEFICIENTES DETRANSFERENCIA DE MATERIA

NA,z =

DA ·c
·  yA1 - yA2  = k y ·  y A1 - y A2 
h · yB,ml

Fuerza impulsora

Densidad de flujo

NA,z = k · F I
Densidad de flujo
Coeficiente de
transferencia de materia

=

N A,z = k · F I =

Fuerza impulsora

FI
FI

1 Resistencia
k
Fuerza impulsora

Densidad de flujo

=
Resistencia

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2. COEFICIENTES DE TRANSFERENCIA DE MATERIA
2.1 Coeficientes individuales (Transferencia de materia en una fase)
. Una sola fase
. Fuerza impulsora: diferencia de
concentraciones entre la interfase y
el seno de la fase

líquido

sólido

xAi
A
xA

NA,z = kx·(xAi – xA) (mol/(m2·s))

Tabla 2
Expresiones de la densidad de flujo de materiaFuerza impulsora

NA =
Líquido

Gas

Concentración másica*

kl·(Ai - A)l

kg·(Ai - A)g

Concentración molar*

kl·(cAi - cA)l

kg·(cAi - cA)g

Presiones parciales*
Fracción molar o másica

Razón (relación) molar o másica

Coeficientes volumétricos

kP·(PAi - PA)
kx·(xAi - xA)

ky·(yAi - yA)

kX·(XAi - XA)

kY·(YAi - YA)

Superficie específica: a (m2/m3)FA
N = N A ·a 
·a=  k ·a  ·  cA,i - cA 
A
S
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(

mol
s·m

3

)

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2. COEFICIENTES DE TRANSFERENCIA DE MATERIA
2.1 Coeficientes individuales

Tabla 1
Coeficientes de transferencia de materia y superficie específica
en algunos equipos industriales
k g ·103

k 1 ·104

kmolEquipo

m/s

a
m2

s m 2 atm

(kl·a)·102
s-1

m3

Columna de relleno
Contracorriente
Paralelo

0,03 - 2
0,1 - 3

0,4 - 2
0,4 - 6

10 - 350
10 - 1700

0,04 - 7
0,04 - 102

Columna de platos
Campanas
Platos perforados

0,5 - 2
0,5 - 6

1-5
1 - 20

100 - 400
100 - 200

1 - 20
1 - 40

Columna de borboteo

0,5 - 2

1-4

50 - 600

0,5 - 24Columna de burbujeo de
relleno

0,5 - 2

1-4

50 - 300

0,5 - 12

Reactor tubular
Horizontal
Vertical

0,5 - 4
0,5 - 8

1 - 10
2-5

50 - 700
100 - 2000

0,5 - 70
2 - 100

Columna de pulverización

0,5 - 2

0,7 - 1,5

10 - 100

0,07 - 1,5

Reactor de burbujeo agitado
mecánicamente

---

0,3 - 4

100 - 2000

0,3 - 80

Hidrociclón

---

10 - 30

20...