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actores que I
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nfluyen en
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la Transferencia de Masa.
la Transferencia de Masa.
Ramón Vega Vázquez.
Ramón Vega Vázquez.
Operaciones
Operaciones
Unitarias.
Unitarias.
IB-622 IB-622 Ing. Biotecnologia. Ing. Biotecnologia. Viernes 16 de Viernes 16 de mayo del 2014. mayo del 2014.Transferencia de masa.
Transferencia de masa.
Es el movimiento de uno o
Es el movimiento de uno o
mas componentes, dentro de
mas componentes, dentro de
una misma fase o su paso de
una misma fase o su paso de
una a otra. Cambia la
una a otra. Cambia la
composición de soluciones y
composición de soluciones y
mezclas mediante métodos
mezclas mediante métodos
que
que no implicanno implican
necesariament
necesariamente e reaccionesreacciones
químicas
químicas y se caracteriza por y se caracteriza por
transferir una sustancia a
transferir una sustancia a
través de otra u otras a escala
través de otra u otras a escala
molecular.
•
La transferencia de masa tiene un límite, que
se conoce como
equilibrioentre las fases. El
equilibrio se alcanza cuando no existe fuerza
directriz y la transferencia neta cesa.
Tipos de transferencia de masa.
• Convectiva: La masa puedetransferirse debido al movimiento
global del fluido. Puede ocurrir que el movimiento se efectúe en régimen laminar o turbulento.
• Molecular : Es la transferencia de
moléculas individuales a través de un fluido por medio de los
desplazamientos individuales y desordenados de las moléculas, debido a una diferencia de
Difusión:
Es la migración paso a
paso de moléculas de
determinadas
posiciones del
minimizando las difere
ncias de concentración
•
Para que ocurra el movimiento de las
moléculas son necesarias dos condiciones:
1) Debe existir un espacio
libre adyacente.
2) Las moléculas debe
poseer energía
suficiente para romper
los enlaces químicos y
causar una distorsión en
el reticulado cristalino.
Concentraciones.
Se refiere cuánto hay de un componente
respecto a la mezcla. En la medida que las
cantidades del componente y la mezcla son
escritas en diferentes unidades (masa, volumen
o moles).
•
Las formas más comunes de expresar las
concentraciones de un componente en una
mezcla son:
a) Concentración Másica ( ρi):
a) Concentración Molar (Ci):
C C
=1moles de la solucion
volumen total
Donde:
R: Constante universal de los gases
Pi: Presión parcial del compuesto i en la mezcla. P: Presión total del sistema.
T:Temperatura absoluta del sistema.
Las concentraciones másicas y molares se relacionan mediante la siguiente expresión:
Temperatura
• temperatura es una magnitud referida a las nociones
comunes de caliente, tibio o frío que puede ser medida con
un termómetro. En física, se define como una magnitud escalar relacionada con la energía interna de un sistema
termodinámico.
• Más específicamente, está relacionada directamente con la
parte de la energía interna conocida como «energía
cinética», que es la energía asociada a los movimientos de las partículas del sistema, sea en un sentido traslacional, rotacional, o en forma de vibraciones. A medida de que
sea mayor la energía cinética de un sistema, se observa que éste se encuentra más «caliente»; es decir, que su
Las propiedades fisicoquímicas de los materiales o las sustancias varían en función de la temperatura a la que se encuentren, como por ejemplo
su estado (sólido, líquido, gaseoso, plasma),
su volumen, la solubilidad, la presión de vapor, su color o la conductividad eléctrica.
Así mismo es uno de los factores que influyen en la velocidad a la que tienen lugar las reacciones
Flujo
El gasto másico o flujo másico, en física, es la magnitud que expresa la variación de la masa en el tiempo. Matemáticamente es el diferencial de la masa con respecto al
tiempo. Se trata de algo frecuente
en sistemas termodinámicos, pues muchos de ellos
tuberías, toberas, turbinas, compresores, dif usores actúan sobre un fluido que lo
• Normalmente se supone flujo unidimensional,
es decir, con unas densidades y secciones
constantes e independientes de la posición lo que permite reducirlo a la siguiente fórmula:
m= flujo másico V=volumen
p= densidad del fluido
•
En el caso de tener diversos flujos de entrada
y salida se consideran la sumas de estos. En un
sistema en estado estacionario se puede
deducir que la variación de masa ha de ser 0 y
por tanto podemos establecer:
Presión.
Presión es la magnitud escalar que relaciona la fuerza con la superficie sobre la cual actúa, esdecir, equivale a la fuerza que actúa sobre la superficie. Cuando sobre una superficie plana de área A se aplica una fuerza normal F de manera uniforme, la presión P viene dada de la siguiente forma:
Presión absoluta y relativa
En determinadas aplicaciones la
presión se mide no como la presión absoluta sino como la presión por encima de la presión atmosférica, denominándose presión relativa, presión normal, presión de gauge o presión manométrica.
Consecuentemente, la presión absoluta es la presión Atmosférica más la
presión manométrica (presión que se mide con el manómetro).
Presión hidrostática e hidrodinámica
• En un fluido en movimiento la presión hidrostática puede diferir de la llamada presión hidrodinámica por lo que debeespecificarse a cual de las dos se está
refiriendo una cierta medida de presión.
Presión de un gas
•
En el marco de la teoría cinética la presión de
un gas es explicada como el resultado
macroscópico de las fuerzas implicadas por las
colisiones de las moléculas del gas con las
paredes del contenedor.
•
La presión puede definirse por tanto haciendo
referencia a las propiedades microscópicas del
gas:
Esta presión puede ser: parcial, total, reducida o crítica.
La parcial es aquella que ejercería un gas de una mezcla sobre las
paredes del recipiente que lo
contiene si él sólo ocupase todo el volumen disponible.
La total es la resultante de la suma de las presiones parciales
correspondientes a todos los gases que constituyen una determinada mezcla.
La presión reducida es la magnitud adimensional que permite determinar la concentración de un gas y que se obtiene como división de la presión a la
que se encuentra dicho gas.
Su presión crítica; esta, a su vez, es la presión
mínima necesaria para producir la licuefacción de un gas a su temperatura crítica y corresponde al punto crítico de una sustancia.
Convección:
La convección de masa (o transferencia de masa por convección) es el 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 fluido. El movimiento del fluido mejora también en forma considerable 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 más 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, que son las contrapartes de los números de Prandtl y de Nusselt.
Viscosidad:
La viscosidad es la oposición de un fluido a las deformaciones tangenciales, es debida a las fuerzas de cohesión moleculares. Todos los fluidos conocidos presentan algo de viscosidad, siendo el modelo de viscosidad nula una aproximación bastante buena para ciertas
aplicaciones. Un fluido que no tiene viscosidad se llama fluido ideal.
La viscosidad sólo se manifiesta en líquidos en movimiento, se ha definido la viscosidad como la relación existente entre el esfuerzo cortante y el gradiente de velocidad. Esta viscosidad recibe el nombre de viscosidad absoluta o viscosidad dinámica. Generalmente se representa por la letra griega µ.
Se conoce también otra viscosidad, denominada viscosidad cinemática, y se representa por v .
Para calcular la viscosidad cinemática basta con dividir la viscosidad dinámica por la densidad del fluido.
Densidad:
la densidad (símbolo ρ) es una magnitud escalar referida a la cantidad de masa en un determinado volumen de una sustancia. La densidad media es la razón entre la masa de un cuerpo y el volumen que ocupa.
Si un cuerpo no tiene una distribución uniforme de la masa en todos sus puntos la densidad alrededor de un punto puede diferir de la densidad media. Si se considera una sucesión pequeños volúmenes decrecientes
(convergiendo hacia un volumen muy pequeño) y estén centrados alrededor de un punto, siendo
la masa contenida en cada uno de los volúmenes anteriores, la densidad en el punto común a todos esos volúmenes:
