Transferencia de Materia

Introducción
Los fenómenos de transporte tienen lugar en aquellos procesos, conocidos como procesos de transferencia, en los que se establece el movimiento de una propiedad (masa o energía) en una o varias direcciones bajo la acción de una fuerza impulsora. Al movimiento de una propiedad se le llama flujo.
Los procesos de transferencia de masa son importantes ya que la mayoría de los procesosquímicos requieren de la purificación inicial de las materias primas o de la separación final de productos y subproductos. Para esto en general, se utilizan las operaciones de transferencia de masa.
En muchos casos, es necesario conocer la velocidad de transporte de masa a fin de diseñar o analizar el equipo industrial para operaciones unitarias, en la determinación de la eficiencia de etapa, quedebe conocerse para determinar el número de etapas reales que se necesita para una separación dada.
Algunos de los ejemplos del papel que juega la transferencia de masa en los procesos industriales son: la remoción de materiales contaminantes de las corrientes de descarga de los gases y aguas contaminadas, la difusión de neutrones dentro de los reactores nucleares, la difusión de sustancias alinterior de poros de carbón activado, la rapidez de las reacciones químicas catalizadas y biológicas así como el acondicionamiento del aire, etc.
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 manerasiguiente: si por ejemplo existe una fase gaseosa y la otra líquida y el componente que se va a transferir se encuentra al principio solamente en 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 seráproporcional a la concentración del componente en la fase gaseosa. Sin embargo, con la presencia del componente en la fase líquida, ocurre también 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 líquidadisminuye, mientras que la de transferencia de la fase líquida a la gaseosa aumenta. En algún momento, ambas velocidades se igualan y se establece un equilibrio 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 lascondiciones de concentraciones en equilibrio en cada fase, que se puede expresar, según sea el caso, como (x – x’) o (y – y’) y puede tomar diferentes valores según sean las formas de expresar dichas concentraciones.
Los ejemplos donde se manifiesta la transferencia de masa más utilizados son: absorción, desorción, rectificación, secado, lixiviación, extracción y adsorción.
Absorción
El componente, queestá en fase gaseosa formando una mezcla con otros gases, pasa a la fase líquida en la cual es más soluble. Se manifiesta la transferencia de masa de la fase gaseosa a la fase líquida. En este proceso, cuando las concentraciones del componente a transferir son pequeñas en la solución inicial, el equilibrio se describe a través de la ley de Henry.
Desorción
Esta operación es contraria a laanterior. El componente es despojado de una corriente líquida donde forma una mezcla y pasa a la fase gaseosa.
Destilación o Rectificación:
Consiste en la separación de mezclas líquidas homogéneas mediante el múltiple intercambio de los componentes entre las fases líquida y gaseosa. En esta operación los componentes pesados de la fase gaseosa pasan a la fase líquida, mientras que los componentes más...