Factores Que Influyen En La Transferencia De Masa

Viernes 16 de mayo del 2014.

Factores que Influyen en la Transferencia de Masa. Operaciones Unitarias.

Ramón Vega Vázquez.

Ing. Biotecnologia.

IB-622

Transferencia de masa. Es el movimiento de uno o mas componentes, dentro de una misma fase o su paso de una a otra. Cambia la composición de soluciones y mezclas mediante métodos que no implican necesariamente reacciones químicas y se caracteriza por transferir una sustancia a través de otra u otras a escala molecular.

• 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.

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 concentraciones.

Difusión: Es la migración paso a paso de moléculas de determinadas posiciones del minimizando las difere ncias de concentración en el sistema..

• 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):

n

C= i=1

moles de la solucion Ci 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:

Area De Transferencia.

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 temperatura es mayor.

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 químicas.

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 atraviesa.

• 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 S=Área del tubo corriente

• 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 debe especificarse 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: