Cuestionario libro Principios de transferencia de masa Ricardo Lobo
R1.1 Describe con
tus propias palabras el fenómeno de difusión. Cita cinco ejemplos en que
ocurre. ¿En que radica su importancia? Indaga sobre las fuerzas motrices que
pueden causarlo.
La difusión es
aquella que puede ocurrir en líquidos, sólidos y gases. Normalmente se da por
un gradiente de concentración del componente que difunde, este gradiente tiende
a mover dicho componente en una dirección para igualarla concentración y así
que anule el gradiente.
La difusión puede provocarse por:
Ø
Un gradiente de concentración
Ø
Un gradiente de presión
Ø
Un gradiente
de temperatura
Ø
Por un campo
externo ( difusión forzada)
Ejemplos:
1.- Un vaso de agua fría y otro con agua caliente, a ambos
se les vierte tinta china. Como
resultado el vaso con agua caliente se disolvió más rápido ya que por el
aumento de temperatura las moléculas se mueven más rápido y aumentan los
choques y se produce la difusión con más rapidez.
2.- Agua caliente con azúcar y agua fría con azúcar, por lo
mismo de la velocidad de las moléculas se disolverá más rápido en el agua
caliente.
3.- En una probeta dejamos caer una ampolleta de bromo, el
vapor de bromo se difundió lentamente en el aire esto es porque en los gases
las moléculas están en mayor movimiento y muy separadas mientras que el aire tiene moléculas muy pequeñas
y constante movimiento.
4.- Si a una probeta se le extrae todo el aire y vertimos
bromo se difundirá más rápido el bromo en la probeta ya que al no tener aire no
hay nada que impida que se difunda.
5.- Cuando destapamos un frasco de perfume en una
habitación.
Considero que la importancia de la difusión es la capacidad
que tenemos para establecer ecuaciones, métodos y procedimientos con la
finalidad de diseñar equipos y procesos industriales nuevos así como analizar y
mejorar el funcionamiento de equipos y procesos existentes en operación.
R1.2 Describe
tres operaciones de transferencia de masa y explica donde y como ocurre la
difusión.
1.- Evaporación:
Cuando el agua por evaporación, pasa de una alberca a una
corriente de aire que fluye sobre la superficie del agua, las moléculas de
vapor de agua se difunden a través de las moléculas de aire en la superficie,
dentro de la masa de la corriente de aire, la cual arrastra consigo.
2.- Lixiviación:
Separar dos sustancias miscibles o polares (yodo + agua)
entre sí por medio de una tercera sustancia, por ejemplo cloroformo, que sea
miscible con la sustancia de separación (gua).
3.- Adsorción:
Se emplea en el tratamiento de aguas residuales. El
transporte de masa involucra el movimiento del material orgánico del liquido a
las paredes del adsorbente, el transporte de la película por difusión del
material orgánico a los poros del adsorbente, finalmente la adsorción es la
adhesión del material adsorbido a un sitio disponible de adsorción.
Material orgánico presente en agua residual se convierte
parcialmente en material celular o biomasa el resto se oxida a productos
orgánicos (agua, carbonatos, metano, etc...)
R1.3 Explica la
diferencia entre el modelo fundamental y el modelo fenomenológico. Cita al
menos tres ejemplos de cada uno.
|
Modelo Fundamental
|
Modelo Fenomenológico
|
|
Descripción a nivel molecular
|
Descripción como un continuo, es decir
la cuantificación del fenómeno
|
|
Saber causas fundamentales
|
Elaboración de modelos matemáticos
|
|
Descripción cualitativa
|
Propiedades que podemos medir y
calcular
|
Ejemplos modelo fundamental:
1.- Gota de tinta en el vaso con agua
2.- Un trozo de sal en la parte superior de un vaso con agua
en reposo
3.- Secado de ropa
Ejemplos modelo fenomenológico:
1.- Destilación
2.- Sublimación
3.- Extracción
R 1.4 ¿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: Nos dice la velocidad de transferencia de
materia por unidad de área perpendicular a la dirección de movimiento.
Dimensiones unidad de masa / área * tiempo Ejemplos: Kmol/
m2 s, mol/cm 2 min, lb/ ft2 min.
Flux de masa: Cuantifica la difusión en términos de
variables que se pueden medir. Origina un gradiente de concentración.
Dimensiones: unidad de masa / tiempo Ejemplos: mol / s, lb /
s, kg /s
R 1.5 Describe el
modelo de la ley de Fick y el del coeficiente de transferencia de masa. Explica
sus diferencias y similitudes.
Ley de Fick: La velocidad de transferencia de masa depende
de una diferencia de concentración sobre una resistencia, la cual nos dirá como
las moléculas se transfieren en el medio. La resistencia se expresa como una
constante de proporcionalidad entre la velocidad de transferencia de masa. Un
valor elevado de este significa que las moléculas se difunden en el medio.
Coeficiente de transferencia de masa: Se puede conocer l
concentración promedio de dos puntos del sistema estudiado pero no la distancia
exacta en la que ocurre el transporte de masa.
Diferencias
|
Ley
de Fick
|
Coeficiente
de t transferencia de masa
|
|
El
flux es proporcional al gradiente de concentración.
|
El
flux es proporcional a la diferencia de concentraciones
|
|
Es
de mayor utilidad para cuantificar la difusión en un medio estacionario en
flujo laminar
|
Cuantifica
el transporte de masa cerca de las interfaces cuando existe convección
|
Similitudes: Sirven para cuantificar el transporte de masa. El
flux es proporcional a la diferencia de concentraciones.
R 1.6 Distingue
entre una diferencia de concentración y un gradiente de concentración. ¿A qué
modelo se asocia cada concepto?
Gradiente de concentración (Ley de Fick): Nos da la
diferencia de la distancia exacta de la concentración de moléculas entre una
región y otra.
Diferencia de concentración (Coeficiente de transferencia de
masa): Hay una migración selectiva de los componentes de la mezcla cuya
distribución de concentración es uniforme.
R 1.7 ¿Por qué es
necesario el supuesto de la solución diluida y densidad constante al derivar la
Ec. (1.4-4)?
Porque así sabemos que el flux de masa siempre será
constante y aparte la convección será despreciable compara con la difusión, es
decir solo se tomara en cuenta la difusión.
R1.8 ¿De qué
depende el coeficiente de difusión y el coeficiente de transferencia de masa?
¿Son diferentes en su naturaleza? ¿Cuáles son sus dimensiones?
El coeficiente de difusión depende de:
Las propiedades de las sustancias que se difunde
Las propiedades del medio a través del cual se
difunde
LA temperatura y presión ( condiciones
hidrodinámicas del sistema)
El coeficiente de masa depende
de:
La agitación y de la viscosidad de la solución
R 1.9 Explica los
diferentes mecanismos de transporte de masa. Cita cinco ejemplos de cada uno.
Difusión: Es provocado por un gradiente de concentración.
Ejemplos:
v
Difusión a través de la membrana
semipermeable de un huevo
v
En vasos con agua fría y caliente poner tinta
ver como se difunde y el tiempo que tardan
v
Infla cada uno de los globos y rocía perfume en
cada uno antes de anudarlo. Rocía el interior de un globo con un chorro de
perfume, un globo con cuatro chorros y un globo con ocho chorros.
v
Pon a hervir dos huevos. Pon los dos huevos en
un frasco de vinagre durante una semana. El vinagre descompone las cáscaras de
huevo y deja atrás las membranas. Parte del vinagre se difundirá desde la
concentración más alta en el frasco a la concentración más baja en los huevos,
haciendo que se hinchen. Retira los huevos y mide la circunferencia de cada
uno. Ponlos en dos vasos separados. Llena un vaso con miel pura. Llena el otro,
mitad con miel y mitad con agua. Al día siguiente, mide la circunferencia de
los huevos de nuevo. El huevo en el vaso de miel pura se habrá reducido más que
el huevo en la solución de mitad de miel y mitad de agua. Esto es porque la
velocidad de difusión y ósmosis es mayor cuando existe un gradiente de
concentración mayor.
v
Si tiro sal en agua
Convección: Es un mecanismo de transporte de masa originado
por el movimiento masivo (macroscópico) de un fluido. La convección puede ser
de dos tipos:
1.- Convección forzada: La velocidad del fluido es causada
por una fuerza externa.
Ejemplos:
·
Aplicación de gradientes de presión por medio de
un soplador
·
Flujo de aire provocado por un abanico
·
Movimiento de un liquido causado por una bomba
·
Si con un abanico forzamos aire sobre la esfera
de naftaleno
·
Flujo de aire provocado por un ventilador
2.- Convección natural o libre: El movimiento del fluido se
desarrolla como resultado de diferencias
de densidad que se establecen en el debido a la diferencia de concentración
existente en su interior.
Ejemplos:
Ø
El efecto de flotación, el cual se manifiesta
con la subida del fluido caliente y el descenso del fluido frio.
Ø
El enfriamiento de café en una taza
Ø
Transferencia de calor de un calefactor
Ø
Enfriamiento de componentes electrónicos en computadoras
sin ventilador para enfriar
Ø
Transferencia de calor del cuerpo humano cuando
una persona está en descanso
R 1.10 En el
texto afirmamos que la difusión y la
convección siempre están presentes cuando existe una diferencia de
concentración. ¿Podrías explicar porque?
Esto es porque la difusión originada por el gradiente de
concentración y la convección natural causada por la diferencia de densidades
entre dos regiones del fluido, siempre ocurrirán simultáneamente.
R 1.11 ¿Cuáles
otros fenómenos de transporte son
análogos al transporte de masa? ¿En qué consiste la analogía?
Los que son análogos al transporte de masa son los fenómenos
de transporte de energía y momentum.
1.- Ley de viscosidad de Newton (Transporte de momentum)
2.- Ley de Fourier (Conducción de calor)
3.-Ley de Fick (Difusión de masa)
Donde τzy, q y JA son los
fluxes moleculares o difusivos de momentum, calor y masa; μ es la viscosidad, KT
es la conductividad térmica y D el
coeficiente de difusión que son propiedades de transporte de los materiales en
cuestión.
Asi cada flux es provocado por un gradiente de potencial.
ü
Un gradiente de velocidad origina un flux de
momentum
ü
Un gradiente de temperatura provoca un flux de
calor
ü
Un gradiente de concentración provoca un flux de
masa
R 1.12 ¿Qué se
requiere para que las ecuaciones (1.6-1), (1.6-2) y (1.6-3) sean análogas?
¿Cuales propiedades de transporte son análogas
a la difusividad? ¿Cuáles gradientes impulsores de transporte de
momentum y energía son análogos al gradiente de concentración?
Se requiere que las constantes de proporcionalidad tengan
las mismas dimensiones y que los gradientes que impulsen el transporte expresen
la misma idea de concentración. Por analogía es una concentración de momentum y
una concentración de energía.
Las expresiones de los fluxes de momentum y calor si son análogas a la difusividad.
Los gradientes de potencial son ahora gradientes de
concentración de masa, momentum y energía respectivamente.
Bibliografía
v
Principios de transferencia de masa, Ricardo
Lobo
http://www.ehowenespanol.com/experimentos-tasa-difusion-ninos-info_185025/
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