8/11/2019 Guia de Estudio de Difusividad y Transporte de Mat 2012

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Fenmenos de Transpo rte (IQ) 2011

Problemas y lecturas recomendadas: Difusividad y m ecanismos del transpor te de materia

Algunos de los puntos fueron desarrollados en clase.

1. Bird cap. 16. Difusividad y mecanism os del transp orte de materia.1. 1- Definiciones de concentraciones, velocidades y densidades de flujo de materia.1. 2- Analice lo que ocurre cuando un lquido A se evapora y difunde hacia arriba a travs de untubo largo que inicialmente est lleno del vapor B (Figura 16.1-1) Compruebe los valores de losvectores velocidad de la Figura 16.1-1b, si en x A= 1/6, v*= 12 y vA-v*= 3, para MA= 5MB.1. 3- Ejemplo 16.1-1 Relaciones entre las densidades de flujo molares. Demostracin parasistemas binarios: J A= - JB y DAB = DBA.1. 4- Ley de Fick de la difusin.1. 5- Ley de Fick para NA en sistema binario, eq. 16.2-2. Deduccin de la ecuacin. (6.2.BGeankoplis)1. 6- Variacin de la difusividad con la T, P y concentracin.1. 7- Determinacin experimental de la difusividad. Ecuaciones de prediccin y correlacin para losestados lquido y gaseoso.1. 8- La difusividad de una mezcla de nitrgeno y oxgeno a 0C y 1 atm es de 0.181 cm 2/s. Indiquecmo calculara su valor a 25C y 3 atm, admitiendo como vlidas las ecuaciones aportadas por lateora cintica de los gases.

2. Bird cap. 17. Balances de materia2. 1- Condiciones lmites habituales2. 2- Resolucin de la ecuacin diferencial para los casos:

- Difusin a travs de una pelcula gaseosa estancada. (17.2 Bird; 6.2.c Geankoplis).- Relacin por reaccin qumica heterognea. (17.3 Bird; Geankoplis 7.5).- Contradifusin equimolar. (6.2-A Geank.).

3. Geankoplis3. 1- Cap. 6.1B. Ejemplos de procesos de transferencia de masa

3. 2- EJEMPLO 6.1-l. Difusin molecular de helio en nitrgenoUna tuberia contiene una mezcla de He y N 2 gaseosa a 298 K y 1 atm de presin total, constanteen toda la extensin del tubo. En uno de los extremos de ste punto 1, la presin parcial p Al del Hees 0.60 atm y en el otro extremo, a 20 cm (0.2m), p A2= 0.20 atm. Calcule en unidades SI y cgs elflujo especfico de He en estado estacionario cuando el valor de D AB de la mezcla He--N2 es 0.687cm2/s. Use unidades SI y cgs.

3. 3- Cap. 6.1D Coeficiente de transferencia de masa por conveccin

3. 4- EJEMPLO 6.2-l. Contradifusin equimolarEn un tubo uniforme de 0.10 m de largo se difunde amoniaco gaseoso (A) en N2 gaseoso (B) a 1.0132*105 Pa de presin y 298 K. (El diagrama es similar al de la Fig. 6.2-l). En el punto l, pA1 =1.013 X 104 Pa y en el punto 2, p A2 = 0.507 X lo4 Pa. La difusividadD AB es 0.230 x 10-4 m2/s.

a) Calcule el flujo especficoJ A en estado estacionario.b) Repita para J B.

3. 5- EJEMPLO 6.2-2. Difusin de agua a travs de aire en reposo que no se difundeEl agua en el fondo de un tubo metlico estrecho se mantiene a temperatura constante de 293 K.La presin total del aire (que se supone seco) es 1.01325 x 10 5 Pa (1.0 atm) y la temperatura es293 K (20 C). El agua se evapora y se difunde a travs del aire en el tubo y la trayectoria dedifusin z2-z1 tiene 0.1542 m (0.5 pie) de longitud. (El diagrama es similar al de la Fig. 6.2-2a.)Calcule la velocidad de evaporacin en estado estacionario en Ib mol/h.pie 2 y en kg mol s m2. La

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difusividad del vapor de agua a 293 K y 1 atm de presin es 0.250 x 10 -4 m2/s. Suponga que elsistema es isotrmico. Utilice unidades SI y del sistema ingls.

3. 6- Cap. 6.3 DIFUSIN MOLECULAR EN LQUIDOS. Ver problema 6.3.1

3. 7- Cap. 7.2 COEFICIENTES DE TRANSFERENCIA CONVECTIVA DE MASA

3. 8- Cap. 7.5 DIFUSIN MOLECULAR MS CONVECCIN Y REACCIN QUMICA

3. 9- EJEMPLO 7.5-2. Difusin y reaccin qumica en un lmiteEl gas puro A se difunde desde el punto 1 que tiene una presin parcial de 101.32 kPa hasta elpunto 2 que est a una distancia de 2.00 mm. En el punto 2 el gas experimenta una reaccinqumica en la superficie del catalizador y A 2B. El componente B se difunde de regreso enestado estacionario. La presin total es P = 101.32 kPa. La temperatura es de 300 K y D AB = 0.15 x10-4 m2s.a) Para la velocidad instantnea de reaccin, calcule x A2 y NA.b) Para una reaccin lenta, en la que k = 5.63 x 1O-3 m/s, calcule xA2 y NA.

3. 10- Cap. 7.6 DIFUSIN DE GASES EN SLIDOS POROSOS Y CAPILARES3. 10.a- EJEMPLO 7.6-l. Difusividad de Knudsen del hidrdgenoUna mezcla gaseosa de H2 (A) y C2H6 (B) se difunde por el poro de un catalizador de nquelusado para hidrogenacin, a 1.01325 x lo5 Pa de presin y 373 K. El radio del poro es 60 A(angstrom). Calcule la difusividad de Knudsen DKA para el H2.

3. 11-Cap. 10.4 TRANSFERENCIA DE MASA ENTRE FASES. (Bird 21.3)