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INTRODUCCIÓN. SEMEJANZA ENTRE

TRANSFERENCIA DE MASA, CALOR Y

MOMENTO (LEYES DE FICK,

FOURIER Y NEWTON).

LEY DE FICK PARA DIFUSIÓN

MOLECULAR.

E-mail: williamsscm@hotmail.com

TRANSFERENCIA DE MASAS

El transporte de masa es un proceso espontáneo

en la naturaleza que resulta, principalmente, de

un gradiente de concentración de una

determinada especie química en un medio dato

Existen medios de transferencia de masa que son

similares a las formas de transferencia de calor

por conducción y convección.

TRANSFERENCIA DE MASAS

Ejemplo:

Preparación de té por infusión (extracción

sólido/líquido seguido de difusión). El proceso de

transferencia de masa es favorecido por la agitación de

la cuchara (convección).

TRANSFERENCIA DE MASAS

Transferencia de masa en una mezcla de gases

Tanque que contiene N2 y aire en

sus dos compartimientos, y la

difusión del N2 hacia el aire (y la

difusión del O2 hacia el N2) cuando

se quita la partición.

21% de O2 y

79% de N2

Co

nce

ntr

aci

ón

N2

Co

nce

ntr

aci

ón

O2

x

T=P=cte

TRANSFERENCIA DE MASAS

Algunos ejemplos de transferencia de masa que

comprenden un liquido y/o un solido

ANALOGÍAS ENTRE LA TRANSFERENCIA

DE MASA, DE CALOR Y MOMENTO

mdif: razón de difusión de masa de una especie A en un medio en reposó, en la

dirección x

DAB: Coeficiente de difusión (difusividad de la masa) de la especie en la mezcla

CA : Concentración de esa especie en la mezcla en ese lugar.

dXdV

AF .

ANALOGÍAS ENTRE LA TRANSFERENCIA

DE MASA Y LA DE CALOR

Analogía entre la transferencia

de calor y la de masa Analogía entre conducción de

calor y la difusión de masamdif: razón de difusión de masa de una especie A

en un medio en reposó, en la dirección x

ANALOGÍAS ENTRE LA TRANSFERENCIA

DE MASA Y LA DE CALOR

A diferencia de la radiación de

calor, no hay algo que se pueda

llamar radiación de masa. Analogía entre la transferencia de

calor por convección y la transferencia

de masa por convección

DIFUSION DE MASA

La ley de Fick de la difusión, propuesta en 1855,

afirma que la razón de difusión de una especie

química en el espacio de una mezcla gaseosa (o de

una solución liquida o solida) es proporcional al

gradiente de concentración de esa especie en ese

lugar).

La concentración de una especie química puede

expresarse de varias maneras.

Subíndice i = Especie i

Sin Subíndice = Mezcla

DIFUSION DE MASA

BASE MASICA

La concentración se expresa en términos de densidad

(concentración de masa), la cual es masa por unidad

de volumen.

Densidad parcial de la especie i:

Densidad Total de la Mezcla:

Fracción de masa de la especie i:

m: masa

DIFUSION DE MASA

BASE MOLAR

La concentración se expresa en términos de

concentración molar (densidad de molar), la cual es la

cantidad de materia, en Kmol, por unidad de volumen.

Concentración molar parcial de la especie i:

Concentración molar Total de la Mezcla:

Fracción de molar de la especie i:

N: Número de moles

DIFUSION DE MASA

RELACION ENTRE BASES

N: Número de moles

m: masa

C: Concentración molar

M: Masa molar (peso molecular)

DIFUSION DE MASA

CASO ESPECIAL: MEZCLA DE GASES

IDEALES

Ley de Dalton de las presiones aditivas

P: Presión total de una mezcla de gases

Pi: Presión parcial de la especie i

Ru: Constante universal de los gases

tanto la especie i como para la

mezcla

La fracción de presión de la especie i

de una mezcla de gases ideales es

equivalente a la fracción molar de

esa especie

LEY DE FICK DE LA DIFUSION :

MEDIO EN REPOSO QUE CONSTA DE DOS

ESPECIES

Es la relación lineal entre la razón de difusión y el

gradiente de concentración.

Flujo de masaConstante de

proporcionalidad

Gradiente de

concentración

Base másica:

Base molar:

Gradiente de concentración: Fracción de Masa o Molar

Flujo de masa (por difusión) de la especie A

Flujo de molar (por difusión) de la especie A

LEY DE FICK DE LA DIFUSION :

MEDIO EN REPOSO QUE CONSTA DE DOS

ESPECIES

Base másica:

LEY DE FICK DE LA DIFUSION :

MEDIO EN REPOSO QUE CONSTA DE DOS

ESPECIES

Base molar:

LEY DE FICK DE LA DIFUSION :

MEDIO EN REPOSO QUE CONSTA DE DOS

ESPECIES

Para los casos bidimensional y tridimensional, la ley de

Fick puede ser expresada de forma vectorial:

LEY DE FICK DE LA DIFUSION :

MEDIO EN REPOSO QUE CONSTA DE DOS

ESPECIES

Analogía entre la Ley de Fourier de la conducción del

calor y la Ley de Fick de la Difusión de masa:

LEY DE FICK DE LA DIFUSION :

MEDIO EN REPOSO QUE CONSTA DE DOS

ESPECIES

Difusividad de masa DAB: (Coeficiente de difusión binaria)

Calor conducido

Calor almacenado

Difusividad de térmica a:

Difusividad de la cantidad de movimiento:

t = -mdvdx -m mcinem. . r

LEY DE FICK DE LA DIFUSION :

MEDIO EN REPOSO QUE CONSTA DE DOS

ESPECIES

Teoría de cinética de gases Coeficiente de difusión

para los gases diluidos (a presión ordinaria)

Independientes de la composición de la mezcla

Aumentan con la temperatura

Decrecen con la presión

LEY DE FICK DE LA DIFUSION :

MEDIO EN REPOSO QUE CONSTA DE DOS

ESPECIES

LEY DE FICK DE LA DIFUSION :

MEDIO EN REPOSO QUE CONSTA DE DOS

ESPECIES

LEY DE FICK DE LA DIFUSION :

MEDIO EN REPOSO QUE CONSTA DE DOS

ESPECIES

LEY DE FICK DE LA DIFUSION :

MEDIO EN REPOSO QUE CONSTA DE DOS

ESPECIES

INTRODUCCIÓN. SEMEJANZA ENTRE

TRANSFERENCIA DE MASA, CALOR Y

MOMENTO (LEYES DE FICK,

FOURIER Y NEWTON).

LEY DE FICK PARA DIFUSIÓN

MOLECULAR.

E-mail: williamsscm@hotmail.com