Factores Que Influyen en La Transferencia de Masa

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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.

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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.

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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.

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Tipos de transferencia de masa.

• Convectiva: La masa puede

transferirse 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

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Difusión:

Es la migración paso a

paso de moléculas de

determinadas

posiciones del

minimizando las difere

ncias de concentración

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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.

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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).

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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

  =1

moles de la solucion

volumen total

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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:

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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

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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

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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

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• 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

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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:

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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:

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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).

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Presión hidrostática e hidrodinámica

• En un fluido en movimiento la presión hidrostática puede diferir de la llamada presión hidrodinámica por lo que debe

especificarse a cual de las dos se está

refiriendo una cierta medida de presión.

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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:

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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.

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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.

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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.

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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.

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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:

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