Fundamentos De Transferencia De Masa

Introducción

La transferencia de masa juega un papel fundamental en la industria. Muchas son las aplicaciones que industrialmente están gobernadas por los principios de transferencia de materia. Algunos de los más importantes son:

Destilación, extracción liquido-líquido, secado, adsorción y humidificación. El objeto de la destilación es separar, mediante vaporización, una mezcla líquida de sustancias miscibles y volátiles en los componentes individuales.

Si se define la cantidad de un producto por unidad de volumen como la concentración del mismo, puede decirse que el flujo de un producto siempre se presenta en la dirección de la concentración decreciente; es decir, desde la región de alta concentración hacia la de baja concentración. El producto sencillamente e escurre en el curso de la redistribución y, de este modo, el flujo es un proceso de difusión.

Las moléculas que existen en una mezcla gaseosa chocan continuamente entre si y el proceso de difusión es fuertemente influido por esta colisiones. El proceso de difusión depende intensamente de la temperatura, ya que esta es una medida de la velocidad promedio de las moléculas de gas. Por lo tanto la razón de la difusión es más elevada a temperaturas altas.

Temperatura

El calor como la masa se transfieren de las regiones más concentradas hacia a las menos concentradas. Si no hay diferencia de temperatura entre dos regiones. Entonces no existe transferencia de calor. De modo semejante, si no existe diferencia entre las concentraciones de una especie en regiones diferentes de un medio, no habrá transferencia de masa.

Conducción

La masa se transfiere solo por conducción (llamada difusión). La razón de conducción del calor en una dirección x es proporcional al gradiente de temperatura dT/dx en esa dirección y se expresa por la ley de Fourier de la conducción de calor y de modo semejante la razón de difusión de masa, mdif, de una especie química. A en un medio de reposo, en la dirección expresada mediante la ley de Fick de la difusión.

Convección

El movimiento de un fluido mejora considerablemente la transferencia de masa, al quitar el fluido con alta concentración cercano a la superficie y reemplazarlo por el de concentración más baja que se encuentra mas alejado. En la convección de masa se define una capa límite de concentración de manera análoga a la capa límite térmica y se determinan nuevos parámetros adimensionales.

La ley de Fick

Afirma que la razón de difusión de una especie química en el espacio de una mezcla gaseosa es proporcional al gradiente de concentración de esa especie en ese lugar. Aunque una concentración más elevada para una especie significa más moléculas de ella por unidad de volumen, la concentración de una especie puede expresarse de varias maneras, como la base másica y la base molar.

La razón de una especie química en un medio estancado y en una dirección específica es proporcional al gradiente local y concentración de esa dirección. Esta relación lineal entre la razón de difusión y el gradiente de concentración se conoce como la ley de Fick de la difusión, y puede expresarse como:

Flujo de masa = constante de proporcionalidad X gradiente de concentración

Algunos tipos de difusión:

Difusión ordinaria: cuando el mecanismo impulsor primario de la difusión de masa es el gradiente de concentración y la difusión de masa debida a un gradiente de concentración.

Difusión térmica: Que es causada por gradientes de temperatura en un medio. También llamada efecto Soret

Difusión de presión: causada por gradientes en la presión. Y que suele ser despreciables a menos que las presiones sean muy grandes.

Difusión forzada: se usa un campo externo

...