La termodinámica y la Fisicoquimica tratan de la cantidad de transferencia de calor a medida que un sistema pasa por un proceso de un estado de equilibrio.

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1 La termodinámica y la Fisicoquimica tratan de la cantidad de transferencia de calor a medida que un sistema pasa por un proceso de un estado de equilibrio a otro y no hace referencia a cuánto durará ese proceso. Pero en la ingeniería a menudo estamos interesados en la rapidez o razón de esa transferencia, la cual constituye el tema de la ciencia de la transferencia.

2 Transferencia de Masa IQ Laura Vázquez

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6 Analogía de la transferencia de masa y energia  Fuerza Impulsora  Ley de Fourier y ley de Fick  Generación de Calor y Generación (?) de masa(????)

7 ¿Cuál cree usted es la fuerza impulsora para la transferencia de masa?

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9 ¿Cómo afecta la temperatura a la difusión?

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12 Ley de Fick de la difusión: Medio en reposo que consta de dos especies ¿Cuáles son los casos en los cuales la densidad puede considerase constante?

13 Ley de Fick de la difusión: Medio en reposo que consta de dos especies

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17  La constante de proporcionalidad en la ley de Fick se define como otra propiedad de transporte conocida como el coeficiente de difusión binaria o difusividad de la masa, DAB.  La unidad de la difusividad de masa es m2/s, la cual es la misma que las unidades de la difusividad térmica o la difusividad de la cantidad de movimiento  Debido a la naturaleza compleja de la difusión de masa, los coeficientes de difusión suelen determinarse en forma experimental. La teoría cinética de los gases indica que el coeficiente de difusión para los gases diluidos, a presiones ordinarias, es en esencia independiente de la composición de la mezcla y tiende a crecer con la temperatura al mismo tiempo que a decrecer con la presión según:

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20 Analice los coeficientes de difusión.

21 Ejercicio 14.1

22 Condiciones de Frontera  La solubilidad representa la cantidad máxima de sólido que puede disolverse en un líquido a una temperatura especificada y se encuentra comúnmente en los manuales de química.

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24  En muchos procesos interviene la absorción de un gas en un líquido. La mayor parte de los gases son débilmente solubles en los líquidos (como el aire en el agua); para esas soluciones diluidas, se observa que las fracciones molares de una especie i en las fases gaseosa y líquida, en la interfase, son proporcionales entre sí.  Es decir, yi, lado del gas yi, lado del líquido, o bien,  Pi, lado del gas P yi, lado del líquido, puesto que, para las mezclas de gases ideales, yi, lado del gas  Pi, lado del gas/P. Esto se conoce como ley de Henry y se expresa como:

25  La ley de Henry queda limitado a las soluciones diluidas gas- líquido; es decir, un líquido con una pequeña cantidad de gas disuelto en él.

26 La presión de vapor es la presión de la fase gaseosa o vapor de un sólido o un líquido sobre la fase líquida, para una temperatura determinada, en la que la fase líquida y el vapor se encuentran en equilibrio dinámico; su valor es independiente de las cantidades de líquido y vapor presentes mientras existan ambas.

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28 14.2

29  Se mencionó con anterioridad que el uso de la ley de Henry queda limitado a las soluciones diluidas gas-líquido; es decir, un líquido con una pequeña cantidad de gas disuelto en él. Entonces la pregunta que surge de manera natural es: ¿qué se hace cuando el gas es intensamente soluble en el líquido (o en el sólido ), como el amoniaco en el agua?  En este caso, no es aplicable la relación lineal de la ley de Henry, y la fracción molar de un gas disuelto en el líquido (o en el sólido) suele expresarse como función de la presión parcial del gas en la fase gaseosa y la temperatura. En esta situación, una relación apropiada para las fracciones molares de una especie en los lados del líquido y del gas de la interfase se expresa por la ley de Raoult

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32 14.3 14.4

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38 CONVECCIÓN DE MASA

39  Hasta ahora hemos considerado la difusión de masa, la cual es la transferencia de masa debida a un gradiente de concentración.  A continuación se considerará la convección de masa (o transferencia de masa por convección), la cual es la transferencia de masa entre una superficie y un fluido en movimiento, debido tanto a la difusión de masa como al movimiento de toda la masa de fluido.

40 Como la convección de calor, la de masa también es compleja debido a las complicaciones asociadas con el flujo de fluidos, como la configuración geométrica de la superficie, el régimen, la velocidad de flujo y la variación de las propiedades del fluido y de la composición.

41 Por lo tanto, hay que apoyarse en relaciones experimentales para determinar la transferencia de masa. También, la convección de masa suele analizarse en términos de masa, en lugar de una base molar.

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43  Un número de Prandtl cercano a la unidad indica que las difusiones de la cantidad de movimiento y de la transferencia de calor son comparables, y las capas límite de velocidad y térmica casi coinciden entre sí.  Un número de Schmidt cercano a la unidad indica que las difusiones de la cantidad de movimiento y de la transferencia de masa son comparables, y las capas límite de velocidad y de concentración casi coinciden entre sí.

44 un número adimensional más para representar las magnitudes relativas de la difusión de calor y de la de masa en las capas límite térmica y de concentración

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53 14.10

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56 TRANSFERENCIA SIMULTÁNEA DE CALOR Y DE MASA

57  Para generalizar, cualquier problema de transferencia de masa que comprende cambio de fase (evaporación, sublimación, condensación, fusión, etc.) también debe comprender la transferencia de calor, y la solución de esos problemas necesita analizarse considerando la transferencia simultánea de calor y de masa.

58  secado,  enfriamiento por evaporación  enfriamiento por transpiración (o sudación)  Enfriamiento por hielo seco  combustión de gotitas de combustible  incluso, sucesos comunes como la lluvia, la nieve y el granizo. Ejemplos

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