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Seufert García Jasmín.
Ing. Química. ITM, 2014.
RESUMEN UNIDAD V
TRANSFERENCIA DE MASA
Para empezar a explicar esta unidad, tenemos que definir: ¿qué es la transferencia de masa?
Además de necesitar ciertos conceptos básicos para poder comprender el tema a plenitud.
Transferencia de Masa
Transferencia de un constituyente de una región de
alta concentración a una de baja concentración.
Conceptos Básicos
Aplicaciones Industriales
Fracción
Molar Fracción
Másica
Concentración
Molar
Concentración
Másica
Destilación, Extracción líquido-
líquido, Secado, Absorción,
Adsorción y Humidificación.
Cantidad de masa del componente i por
unidad de volumen de
solución.
Cantidad de moles del componente i por
unidad de volumen de
solución.
Fracción de una sustancia con respecto a la
masa
total.
Concentración molar de una sustancia con
respecto al
total.
Transferencia de Masa
Convección Difusión
Mecanismo de transferencia de masa entre una superficie y un fluido en movimiento en el que intervienen tanto la difusión de masa como el movimiento de la
masa de un fluido.
Mecanismo de transferencia de masa en la que no intervienen los
movimientos moleculares masivos, tales como el fluir de un gas o el verter de un líquido a un recipiente. Existen varias leyes:
Velocidad
promedio masa
Velocidad
promedio molar
∑
∑
∑
∑
Seufert García Jasmín.
Ing. Química. ITM, 2014.
El coeficiente de difusión, al igual que
la viscosidad, cambia con respecto a la
temperatura, la presión, y las bajas
densidades. Pero, ¿de qué forma?
Coeficiente vs Temperatura
La difusión térmica es causada
por los gradientes de temperatura entre
los fluidos. Los coeficientes de difusión
incrementan con la temperatura. Por ejemplo, el coeficiente de difusión del carbono a través del
hierro, en el transcurso de un proceso de endurecimiento, se incrementa hasta 6 000 veces conforme
se eleva la temperatura desde 500°C hasta 1 000°C.
Coeficiente vs Presión
Los gradientes de presión pueden dar como resultado difusión por la presión. Los efectos de
la difusión por presión y difusión térmica, suelen ser despreciables, a menos que los gradientes sean
muy grandes. A presiones elevadas, el coeficiente ya no disminuye linealmente con la presión. En
realidad, se sabe muy poco acerca de la variación de la difusividad por efecto de la presión.
Coeficiente vs Bajas Densidades
Para el caso de mezcla binaria de gases no polares a bajas presiones, la teoría desarrollada
por CHAMPMAN-ENSKOG, establece la siguiente expresión para el coeficiente de difusión:
⁄
⁄
Donde:
M: Peso molecular (kg/kmol)
Diámetro de colisión (m)
Capa Límite: Aparece en la superficie de los organismos viscosos donde el
líquido parece pegarse a su superficie.
LEY DE GRAHAM A una temperatura dada, las
velocidades relativas de difusión son inversamente proporcionales a las raíces
cuadradas de sus densidades.
√
√
LEY DE FICK El flujo va de mayor a menor concentración,
con una magnitud que es proporcional al gradiente de las
concentraciones en una dimensión espacial.
COEFICIENTE DE DIFUSIÓN Es una constante de
proporcionalidad para la propiedad de transporte. Sus
unidades son m2/s. GASES: Entre 10-6 y 10-5. LÍQUIDOS: Entre 10-10 y 10-9. SÓLIDOS: Entre 10-14 y 10-10.
SIGNO NEGATIVO No se asocia al
coeficiente de difusión, se escribe para indicar
que el gradiente de concentración va de
mayor a menor.
Seufert García Jasmín.
Ing. Química. ITM, 2014.
Función integral de colisión = F(KT/ )
⁄
k: Constante de Boltzman (1,38x10-16
ergios/K)
8,33Vc1/3
11,18V1/3
= 0,75Tc
= 1,21Tb
= Energía de interacción molecular generalmente se estima en los parámetros de Lennar-Jones
de la siguiente forma:
√
Vc: Volumen crítico (m3/kgmol)
V: Volumen molar en el punto de ebullición normal (m3/kmol)
Tc: Temperatura crítica (K)
Tb: Temperatura del punto de ebullición normal (K)
Diámetro de colisión (10-10
m)
Fuentes de Información:
- Fenómenos de Transporte Fundamentos de Transferencia de Masa. Universidad Nacional
Experimental “Francisco Miranda”. Realizado por el Profr. Pedro Vargas.
- Cengel & Ghajar. (2011). Transferencia de Calor y Masa. Editorial McGraw-Hill. Cuarta
Edición. México.
- Welty, James. (). Fundamentos de transferencia de momento, calor y masa. Editorial
Limusa. Primera Edición. México.
- Bird, Stewart & Lightfoot. (1992). Fenómenos de Transporte. Editorial Reverté. Segunda
Edición. México.
