FENOMENOS DE TRANSPORTE

PROBLEMAS CORRESPONDIENTES A LA UNIDAD 3

1.- En un tubo uniforme de 0.1 m de largo se difunde amoniaco gaseoso (A) en N2 gaseoso (B) a 1.0132x105 Pa de presión y 298 K En el punto 1 PA1= 1.013x104 Pa y en el punto 2 PA2= 0.507x104 Pa La difusividad DAB es 0.230x10-4 m2/s Calcule el flujo específico para amoniaco y nitrógeno gaseoso en estado estacionario. R= 4.7x10-7 Kmol A/s m2, -4.7x10-7 Kmol B/s m2

2.- El agua en el fondo de un tubo metálico estrecho se mantiene a temperatura constante de 293K. La presión total del aire (que se supone seco) es 1.01325x105 Pa y la temperatura es 293 K. El agua se evapora y se difunde a través del aire en el tubo y la trayectoria de difusión z2-z1 tiene 0.1542m de longitud. Calcule la velocidad de evaporación en estado estacionario en lbmol/hft2 y en kgmol/sm2. Suponga que el sistema es isotérmico. R= 1.175x10-4 y 1.595x10-7 respectivamente.

3.- Una solución de etanol (A) en agua (B) en forma de película estacionaria de 2.0 mm de espesor a 293 K, está en contacto con la superficie de un disolvente orgánico en el cual el etanol es soluble, pero el agua no. Por tanto NB= 0. En el punto 1, la concentración del etanol es 16.8% en peso y la solución tiene una densidad ρ1 = 972.8 kg/m3. En el punto 2, la concentración del etanol es de 6.8% en peso y ρ2 = 988.1 kg/m3. La difusividad del etanol es 0.740x10-9 m2/s. Calcule el flujo en estado estacionario. R= 8.99x10-7 kgmol/ sm2

4.- La presión en una tubería que transporta gas helio a razón de 2 kg/s se mantiene a una atmosfera al desfogar el helio hacia la atmósfera a través de un tubo, cuyo dm interior es de 5 mm, que se extiende 15m hacia el aire. Si se supone que tanto el helio como el aire atmosférico están a 25⁰C, determine a) el gasto de masa del helio perdido hacia la atmosfera a través del tubo, b) el gasto de masa del aire que se infiltra a la tubería y c) la velocidad del flujo en la parte inferior del tubo, en donde se fija a la tubería, que será medida por un anemómetro, en operación estacionaria. DAB= 7.2 x 10-5 m2/s

Sistema Temperatura (OC) DAB (m2/s)Sistemas en fase gaseosa (P= 1 atm)

H2 – CH4 0 6.25 x10-5

H2 – CO2 025

5.50 x10-5

6.46 x10-5

O2 – N2 0 1.81 x10-5

CO – O2 0 1.85 x10-5

CO2 – O2 0 1.39 x10-5

Aire – NH3 0 1.98 x10-5

Aire – H2O 025.9

2.20 x10-5

2.58 x10-5

Sistemas en fase líquida (a dilución infinita)O2 en Agua 25 2.5 x10-9

Glucosa en agua 25 0.69 x10-9

NH3 en Agua 25 1.7 x10-9

CO2 en Agua 25 1.96 x10-9

NaCl en Agua0.21.03.05.4

18 1.26 x10-9

1.21 x10-9

1.24 x10-9

1.36 x10-9

1.54 x10-9

Acido acético en Agua 25 1.24 x10-9

Etanol en Agua 1025

0.50 x10-9

1.28 x10-9

Sistemas en fase sólidaO2 en hule 25 0.21x10-9

N2 en hule 25 0.15 x10-9

He en SiO2 20 0.4 x10-13

H2 en Fe 20 0.26 x10-12

Cd enCu 20 0.27 x10-18

Al en Cu 20 0.13 x10-33

Fuentes: Perry (1984), Geankoplis (1989), Incropera & De Witt (1990

Tabla 2-1 Conductividades térmicas de algunos substancias.X

Material Temp., °C (K) k Temp., °C, (K) kSOLIDOS METALICOS

Acero (1%) 0 (273) 43Aluminio 0 (273) 202 27 (300) 237Cobre 0 (273) 385 27 (300) 401Fierro (puro) 0 (273) 73 27 (300) 80.2Plata 0 (273) 410 27 (300) 429

SOLIDOS NO METALICOS

Azufre 27 (300) 0.206Carbón amorfo 27 (300) 1.60Magnesita 0 (273) 4.15Vidrio 0 (273) 0.78

MATERIALES LIQUIDOSAgua 0 (273) 0.556 20 (293) 0.602Amoniaco 0 (273) 0.540Benceno 30 (303) 0.159 60 (333) 0.151Freon 12 0 (273) 0.073 27 (300) 0.072Mercurio 0 (273) 8.21 27 (300) 8.54

GASES (Presión total de 1 atmósfera absoluta)Aire 0 (273) K 0.024 27 (300) 0.0263Agua vapor saturado 0 (273) 0.0182 107 (380) 0.0196Bioxido de carbono 0 (273) 0.0146 27 (300) 0.01655Helio 0 (273) 0.141 27 (300) 0.152Hidrógeno (H2) 0 (273) 0.175 27 (300) 0.183Metano 0 (273) 0.0303 50 (323) 0.0372n-Butano 0 (273) 0.0135 100 (373) 0.0234n-Hexano 0 (273) 0.0125 20 (293) 0.0138

MATERIALES BIOLOGICOS Y ALIMENTOSAceite de oliva 20 (293) 0.168 100 (373) 0.164Carne magra de res -10 (263) 1.35Leche descremada 2 (275) 0.538Mantequilla 4.6 (277.6) 0.197Miel (275.4) 0.50Naranjas 30 (303.5) 0.431Pescado congelado (263.2) 1.22Puré de manzana 23 (296) 0.692Salmón congelado 4 (277) 0.502 -25 (248) 1.3Ternera congelada (263.6) 1.30

Tabla 4-2 Viscosidades de algunos fluidos.

FluidoTemperatura (0C)

Viscosidad (mPa.s)

Agua 0 1.7921

Agua 25 0.914

Etanol 100% 0 1.8

Acido sulfúrico 100% 0 44

Pentano 0 0.305

Tolueno 0 0.77

Hidrógeno 0 0.00840

Oxígeno 0 0.0192

Miel de abeja (1) 25 6000

Leche entera (1) 20 2.12

Tabla 4-1. Viscosidades de algunos fluidos (continuación).

FluidoTemperatura (0C)

Viscosidad (mPa.s)

Jugo de manzana (1) 27 2.1

Aceite de soya (1) 30 40

(1) Hayes (1987) Food Engineering Handbook