Transferencia De Masa

TRANSFERENCIA DE MASA CONVECTIVO
INTRODUCCIÓN

La transferencia convectiva de materia presente en la evaporación de agua libre o ligada durante el secado de sólidos, utilizando aire húmedo como medio para transferir calor y transportar la humedad liberada desde el sólido, es el mecanismo que fundamenta este fenómeno de evaporación, cuantificado a través del proceso de saturación adiabáticadel aire húmedo a su paso a través de la carga.
Las propiedades difusionales del aire; particularmente su viscosidad cinemática, la difusividad térmica y la difusividad molecular del vapor de agua en el aire, son determinantes en la forma como se desarrollen las capas límites entre la superficie y el fluido. De la misma forma, la analogía entre estos tres fenómenos difusionales permite relacionarde manera simultánea la transferencia de cantidad de movimiento, el transporte de calor por convección y la transferencia convectiva de materia, determinando los respectivos coeficientes convectivos y finalmente la tasa de evaporación por tres formas distinta pero relacionadas entre sí.

Esta analogía se confirma al observar los coeficientes experimentales de las correlaciones de
Nusselt parala transferencia de calor que, según Incropera y De Witt (1996) y Kast et al. (1974), son los mismos que se utilizan en las correlaciones de Sherwood para la transferencia de materia desde donde además, según Kast et al. (1974), Krischer y Kast (1978) y Kayihan (1983), derivan relaciones simplificadas entre coeficientes convectivos, en función de la temperatura superficial del sólido
Cuando laevaporación ocurre bajo la acción de un proceso de saturación adiabática, se debe cumplir además que; la tasa de evaporación debe ser la misma evaluada a través de: la transferencia de calor aire-superficie, por el incremento de la humedad específica del aire y por transferencia convectiva de materia, teniendo presente que el estado del aire a la salida del proceso relaciona su temperatura, humedadespecífica y presión de vapor con la entalpía del aire húmedo, cuyo valores constante en todo el proceso, lo que obliga a una resolución simultánea de las tres ecuaciones de evaporación para encontrar el estado del aire a la salida y, posteriormente, la tasa de evaporación.
El procedimiento antes descrito, para evaluar la tasa de evaporación en procesos de secado, entrega resultadossatisfactorios cuando se opera con aire seco, aire con bajos contenidos de humedad específica o altas diferencias sicrométricas, en donde los errores presentados en el cálculo de la tasa de evaporación por transferencia de calor respecto de las calculadas por transferencia convectiva de materia pueden llegar a valores máximos de 11.4% a 17%.
En cambio, cuando los equipos operan con un alto porcentaje derecirculación interna de aire
y la condición de entrada del aire en el proceso presenta una alta humedad específica o una baja diferencia sicrométrica los errores antes señalados pueden alcanzar valores cercanos a 100%, esto es para temperatura bulbo seco 130ºC y bulbo húmedo 70ºC, situación que impide determinar la condición de equilibrio del proceso de secado y el estado del aire a la salida delsecador.
La significativa diferencia de los resultados en las tasas de evaporación obtenida por ambos métodos, se debe principalmente al hecho que el coeficiente convectivo de materia se evalúa en función de: el coeficiente convectivo de calor, las propiedades físicas del fluido y la temperatura del producto, dejando sin efecto los potenciales de transferencia de calor y masa como son; latemperatura del aire, su diferencia sicrométrica y sus correspondientes presiones de vapor.

En el presente documento se propone una correlación matemática que permita calcular el coeficiente convectivo de materia en función del coeficiente convectivo de calor, la diferencias icrométrica y la temperatura de bulbo húmedo. Esta correlación se obtiene a partir de una evaluación teórica de la evaporación...