Describe
con tus propias palabras el fenómeno de difusión. Cita cinco ejemplos en que ocurre. ¿En que radica su importancia?
Indaga sobre las posibles fuerzas motrices que pueden causarlo.
Es un proceso en el cual las
moléculas de un compuesto se mueven de manera uniforme, esta difusión puede ser causada por diversas
fuerzas de un gradiente de difusión de mayor a menor concentración.
Cinco ejemplos:
El olor de un perfume
colorante en agua
Vapor
, gas, humo
Saborizante en agua
Solubilidad de un sólido soluble en un liquido
Las posibles fuerzas
motrices que pueden ocasionar la difusión pueden ser:
Presión, temperatura o fuerzas externas
al sistema
Describe
tres operaciones de transferencia de masa y explica dónde y como ocurre la
difusión.
El
tiempo necesario para alcanzar una concentración uniforme de azúcar en el café
dependerá de la agitación que se le aplique
El
tiempo necesario para que el perfume se distribuya por toda la habitación
variará según se aplique una fuerza que le ayude a su propagación
La
corriente de humo que sale desde una chimenea, el humo se dispersa en la
atmósfera debido a las fluctuaciones de velocidad y dirección del viento
Explica
las diferencias entre modelo fundamental
y modelo fenomenológico. Cita al menos tres ejemplos de cada uno.
Modelo fundamental: una descripción a nivel molecular, causas
Modelo fenomenológico: una
descripción continua, cuantificación del modelo
¿Cuál
es la diferencia entre flujo de masa y flux de masa? ¿Cuáles son sus
dimensiones? Cita tres ejemplos en diferentes sistemas de unidades.
Flujo de masa Representa la
variación de masa en unidad de tiempo kg/s
La
masa que se mueve por unidad de volumen en una unidad de tiempo. Un flujo
másico se presenta de los puntos de mayor concentración hacia los puntos de
menor concentración. Masa/(área-tiempo)
El
flux es provocado por un gradiente de potencial.
Flux
propiedad de transporte*gradiente potencial.
El
flux de masa es proporcional al gradiente de concentración (masa/volumen)
Describe
el modelo de ley de Fick y el de
coeficiente de transferencia de masa. Explica sus diferencias y similitudes.
La ley de Fick nos dice que el flujo difusivo que atraviesa una superfice (J en mol cm-2 s-1) es directamente proporcional al gradiente de concentración. El coeficiente de proporcionalidad se llama coeficiente de difusión (D, en cm2 s-1). Para un sistema discontinuo (membrana que separa dos cámaras) esta ley se escribe:
J= D⋅∆ c/ δ
donde ∆c es la diferencia de concentraciones molares y δ el espesor de
la membrana.
Wa= K∆CA = K (CA1-CA2)
Donde K es una constante de proporcionalidad que denominaremos
coeficiente de transferencia de masa
Diferencias
A diferencia de la difusividad, el coeficiente de transferencia de masa
no es una propiedad del sistema
El modelo basado en la ley de fick establece que le flux es inversamente
proporcional a la distancia de difucion.
El modelo basado en el coeficiente de transferencia de masa el flux es
proporcional a la diferencia de concentracion
Similitudes
La presencia de ambos modelos sirven para cuantificar el transporte de
masa.
Son la base para el análisis de la inmensa mayoría de los problemas de
transporte de masa
Ambos modelos comparten la hipótesis de que el flux es proporcional a la
diferencia de concentracion
Distingue
entre una diferencia de concentración y un gradiente de concentración ¿A qué
modelo se asocia cada concepto
Un gradiente
de concentración es una diferencia en la concentración de partículas en
diferentes regiones. La difusión ocurre en favor del gradiente de
concentración, es decir, de regiones con altas concentraciones de partículas
hacia regiones con más bajas concentraciones de partículas
Por
qué es importante el supuesto de
solución diluida y densidad constante al derivar la ec. ( 1.4-4)?
Porque representa el flux
difusivo, la diferencia de concentraciones sobre una distancia. La difusión de
la masa sigue la misma ley que la difucion de calor
¿De
que depende el coeficiente de difusión y
el coeficiente de transferencia de masa? ¿son diferentes en su
naturaleza? ¿Cuáles son sus dimensiones?
El coeficiente de difucion
depende de la constante de proporcionalidad D, de la exprecion del flujo de la
cantidad de materia en función de su gradiente de concentración.
Sus dimencioines son
(longitud)2/(tiempo)
El coeficiente de
transferencia de masa es el cociente
entre el flujo de materia y la variación de la temperatura
Explica
los diferentes mecanismos de transporte de masa. Cita cinco ejemplos de cada
uno.
Absorcion
El componente que esta en
fase gaseosa formando una mezcla con
otros gases, pasa a la fase liquida en la cual es mas soluble. En este proceso,
cuando las concentraciones del componente a transferir con pequeñas en la
solicion inicial el equilibrio se describe a traces de la ley de Henry
Ejemplo absorción de CO2
de los gases de combustión utilizando como absorvente la metanolamina.
Desorción
Esta operación es contraria
a la anterior. El componente es despojado de una corriente líquida donde forma una mezcla y pasa a la
fase gaseosa.
Ejemplo: la desorción del
CO2 absorbido en la metanol amina con el objeto de regenerarla, o sea de restaurarle la
propiedad absorbedora.
Destilación o Rectificación:
Consiste en la separación de
mezclas líquidas homogéneas mediante el múltiple intercambio de los componentes entre las
fases líquida y gaseosa. En esta operación
los componentes pesados de la fase gaseosa pasan a la fase líquida,
mientras que los componentes más ligeros
de la fase líquida pasan a la fase gaseosa, es decir, que para este caso existirá una doble
transferencia de masa entre las fases líquida y gaseosa. En condiciones ideales para estas
operaciones se aplica la ley de Raoult.
Ejemplo: la destilación del
petróleo en las refinerías.
Secado:
Consiste en remover el
líquido de una masa sólida mediante la vaporización. Durante este proceso ocurre la transferencia de masa
hacia la fase gaseosa. Ejemplo: el secado
del azúcar refino.
Lixiviación:
Esta operación consiste en
remover de una mezcla sólida un componente soluble en un solvente líquido, en el cual el resto de los
sólidos son insolubles. Ejemplo: disolución
de carbonato de níquel en una disolución amoniacal en el proceso
productivo de Nicaro
Extracción:
Esta operación se realiza en
un sistema líquido-líquido, consiste en la separación de un componente diluido en un solvente líquido por
otro líquido prácticamente inmiscible o miscible
parcialmente con el primer solvente.. En este caso, el componente, a
extraer de la disolución inicial, va de
una fase líquida a otra fase líquida. Ejemplo: extracción del ácido acético mezclado con benceno,
utilizando agua como solvente.
Adsorción:
Consiste en la eliminación
selectiva de un componente gaseoso o líquido de una mezcla, mediante un adsorbente sólido poroso,
la separación está caracterizada por el paso
de la sustancia de la fase gaseosa o líquida a la fase sólida. Ejemplo: la decoloración del sirope con carbón activado
en la producción de azúcar refino.
Otro ejemplo es el
intercambio iónico, utilizado frecuentemente durante el tratamiento del agua inyectada a las calderas para la
producción de vapor, consiste en la separación
sobre la base de la capacidad de algunas materias sólidas (ionitos), de cambiar sus iones móviles por iones
pertenecientes a disoluciones de electrolitos al ponerse en contacto con las mismas.
En
el texto afirmamos que la difusión y la
convección siempre están presentes cuando existe una diferencia de
concentración. ¿Podrías explicar por qué?
El fenómeno de transporte de
masa por difusión es provocado por un gradiente de concentración mientras que la
convección es un mecanismo de transporte de masa originario por el movimiento
de un fluido
¿Cuáles otros fenómenos de transporte son análogos al transporte de masa? ¿En qué
consiste la analogía?
Transporte de energía
Transporte de momentum
El tratamiento unificado de
los fenómenos de transporte de momentum, de energía y masa se basan en buena
medida en las análogas existentes entre las leyes básicas que describen los 3
fenomenos
Ley de viscosidad de Newton,
ley de Fourier, Ley de fick
¿Qué
se requiere para que la ec (1.6-1),
(1.6-2) y (1.6-3) sean análogas? ¿Cuáles propiedades de transporte son análogas a la difusividad? ¿Cuáles
gradientes impulsores del transporte de
momentum y energía son análogos al gradiente de concentración?
donde tzx q y JA son los fluxes difusivos de momentum y
de masa
m es la viscosidad,
KT es la conductividad térmica y D es el coeficiente de difucion,
que son propiedades de transporte delos fenómenos en cuestión. Cada flux es provocado
por un gradiente de de potencial. Especialmente un gradiente de velocidad
origina un flux de momentum, un gradiente de temperatura provoca un flux de
calor y un gradiente de concentración un flux de masa
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