Fundamentos De Transferencia De Masa

Question 1

Operaciones unitarias

Answer 1

Etapa básica dentro de un proceso.
Implica un cambio físico o químico
Ej. Evaporación, filtración, separación, destilación, secado.
Tratamiento de leche= pasteurización + envasado aséptico

Question 2

Fenómenos de transporte

Answer 2

Estudio de intercambio de transferencia de materia energía y movimiento (impulso) derivado de un movimiento aleatorio continuo de moléculas.
Principalmente observado en fluidos

Question 3

Operaciones basadas en transferencia de masa

Answer 3

La materia se transfiere por medio:
Difusión –> movimiento molecular en fluidos o sólidos
Por gradiente de [] entre compartimentos
Convención –> movimiento del fluido en conjunto
Por gradiente de presiones
Difusión + convención = diálisis

Question 4

Difusión

Answer 4

Tranferencia de moléculas individuales a través de un fluido por medio de los desplazamientos individuales y desordenados de las moléculas a un diferencia de [ ]
En fluidos estancados o en movimiento
Las moléculas se mueven en línea recta pero al chocar con otras cambian dirección

Question 5

Operaciones unitarias por difusión

Answer 5

Operaciones clásicas
Extracción de sólidos, absorción y adsorción
Humidificación, secado, destilación y rectificación
Operaciones menos convencionales
Uso de membranas
Diálisis, electrodiálisis, osmosis

Question 6

Absorción

Answer 6

Operación unitaria
Separación de uno o más componentes de una mezcla gaseosa con ayuda de un solvente líquido.
Un soluto o varios se absorben de fase gaseosa y pasan a líquida
Operación inversa –> desorción

Question 7

Adsorción

Answer 7

Las moléculas se quedan pegadas en la superficie
Acumulación de materia (adsorbato) en una superficie sólida normalmente (adsorbente)

Question 8

Tipos de adsorción

Answer 8

Física –> la especie adsorbida conserva su naturaleza
*El gas se adsorbe formando capas sucesivas
Química –>la especie adsorbida sufre transformación para dar lugar a especie distinta. Forman enlaces iónicos o covalentes.
* se restringe a una monocapa
* energía es mayor

Question 9

Fenómenos de transporte involucrados

Answer 9

1. Transferencia de movimiento: flujo de fluidos, mezclado, sedimentación y filtración
2. Transferencia de calor: transferencia conductiva y convectiva evaporación, destilación y secado
   3.Transferencia de masa: destilación, absorción, secado, extracción liquido-liquido, adsorción y procesos de membrana

Question 10

Ecuación general de transporte molecular

Answer 10

Velocidad de un proceso de transferencia = fuerza impulsora / resistencia
V inversamente proporcional a la r
Resistencia = viscosidad
- viscosidad = + °t

Question 11

Importancia de la transferencia de masa

Answer 11

En procesos químicos:
*Purificación de materias primas
*Separación final de productos y subproductos
Operaciones industriales:
*Determinar la eficiencia del proceso (velocidad de transferencia de masa )

Question 12

Ejemplos de procesos de transferencia de masa

Answer 12

1. Agua en recipiente abierto, se evapora al ambiente
2. Reacción catalítica, los reactivos van del medio a la superficie catalítica
3. Procesamiento de uranio, un disolvente orgánico extrae una sal de uranio en sn.
4. Destilación: Separar alcohol de agua
5. Absorción: Extracción de SO2 de gases producidos en combustión
6. La difusión de sustancias al interior de los poros del carbón activado

Question 13

Clasificación de transferencia de masa

Answer 13

Molecular y Convección

Question 14

Transferencia molecular de masa

Answer 14

Difusión
La masa se transfiere por medio del movimiento molecular del fluido
Movimiento individual de moléculas
Debido a gradientes de []

Question 15

Transferencia de masa por Convección

Answer 15

Debido al movimiento global del fluido
Puede ser régimen laminar o turbulento
Puede ser por:
@Convección forzada - movimiento de fluido por fuerza externa
@Convección libre o natural - como consecuencia de cambios en la densidad originados por diferentes [ ]

Question 16

Representación de [ ]

Answer 16

Base másica - en términos de densidad o [masa], la cuál es masa por unidad de volumen
De forma adimensional:
Fracción de masa (w)
Base molar- cantidad de materia en kmol, por unidad de volumen
De forma adimensional: fracción molar

Question 17

Ley de fick de difusión

Answer 17

1855 por Adolf Fick
El movimiento difuso o penetración del soluto en el disolvente es totalmente análogo a la penetración del calor en la conducción térmica.
Para difusión se puede utilizar las mismas ecuaciones que empleaba Fourier para la conductividad térmica

Question 18

Difusión estado estacionario

Answer 18

Considerando una mezcla en un medio en reposo de las moléculas A y B
El # de moléculas de A en un volumen dado en una región, es mayor que en otra región vecina.
La migración de moléculas de A a través de B, de la zona de mayor [ ] a menor []
Hay otras fuerzas además de la ≠ de [] tales como T°,P,potencial eléctrico, etc.

Question 19

Estado estacionario

Answer 19

Al inicio está en reposo y después de cierto tiempo la [ ] es constante

Question 20

Perfil de concentración

Answer 20

Al representar la concentración C frente a la
posición o distancia z.
* La pendiente (-) en un punto determinado es el gradiente de concentración.

Question 21

Coeficiente de difusión o difusividad DAB

Answer 21

*Constante de proporcionalidad entre el flujo de masa y el gradiente de [ ]
*Indica la facilidad con la que el componente A se transfiere en mezcla.

Question 22

Difusión en estado no estacionario
Segunda ley de fick

Answer 22

Se lleva a cabo cuando la [ ] del soluto en cualquier punto del material cambiará con el tiempo.
Supongamos el caso de que una especie química A se difunde en otra especie
química B.
A medida que el tiempo progresa, la
concentración del soluto en cualquier
punto en la dirección z cambiará, en los tiempos t1 y t2.

Question 23

Variación de difusión

Answer 23

*La Difusividad DAB de un sistema binario (con especie química A y B) puede verse afectada por la temperatura, presión y composición de A y B, ya que se estudia el movimiento de A a través de B.
*La Viscosidad (transferencia de cantidad de movimiento) y conductividad térmica, éstas pueden verse afectadas por T° y P. No por la composición.

Question 24

Ecuación de balance de materia para una mezcla binaria

Answer 24

Se aplica para una sustancia A en un
elemento de volumen Δx, Δ𝑦, Δ𝑧 fijo en el espacio, a través del cual fluye una mezcla binaria de A y B.

Question 25

Difusión molecular en sólidos

Answer 25

La transferencia de masa en los sólidos la velocidad es menor

Question 26

Difusión de sólidos que sigue la ley de fick

Answer 26

Fluido o solito que se difunde , se disuelve en el sólido para formar una solución más o menos homogénea

Question 27

Difusión en sólidos porosos en los que afecta la estructura

Answer 27

Trayectoria que va a variar no línea recta
Sinuosidad

Question 28

Difusión de gases en sólidos porosos

Answer 28

Constante de gases y temperatura

Question 29

Contradifusión equimolar en gases

Answer 29

*Siempre se mueven el mismo número de moles JA = -JB
*El coeficiente de difusividad es igual en ambos casos DAB=DBA
*PA1>PA2
PB2>PB1
Presiones parciales inversamente proporcional