TEMA 10
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TEMA 10 Coeficiente de transferencia y balance macroscópico de materia Balances macroscópicos en sistemas multicomponentes . Transporte de materia: Coeficiente de transferencia de materia . Correlación de valores experimentales . Analogía calor-materia . Coeficientes globales.

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TEMA 10 Coeficiente de transferencia y balance macroscópico de materia

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Presentation Transcript


Tema 10 coeficiente de transferencia y balance macrosc pico de materia

  • TEMA 10

  • Coeficiente de transferencia y balance macroscópico de materia

    • Balances macroscópicos en sistemas multicomponentes.

    • Transporte de materia: Coeficiente de transferencia de materia.

    • Correlación de valores experimentales.

    • Analogía calor-materia.

    • Coeficientes globales.


Tema 10 coeficiente de transferencia y balance macrosc pico de materia

  • Diferentes especies químicas.

  • Flujo de materia a través de la superficie limitante del sistema:

  • Reacción química: ri,tot

Balances macroscópicos en sistemas multicomponentes

Balance de materia

Sumando las ecuaciones para todas las especies:

Los mismos balances expresados en moles:


Tema 10 coeficiente de transferencia y balance macrosc pico de materia

Balance de cdm

Balance de energía

Balance de energía mecánica (ρ constante)


Tema 10 coeficiente de transferencia y balance macrosc pico de materia

Caso A

Caso B

A+B

A+B

NA

NB

NA

NB

2A → B

A → 2B

Catalizador

Catalizador

Transporte de materia: Coeficiente de transferencia de materia

  • Densidad de flujo de componente (NA, NB):

    • Dos contribuciones:

      • Transporte Global: independiente del gradiente de concentración.

      • Difusional: determinado por el gradiente de concentración.

    • Valor variable: NA(z) Diseño: valor en la interfase (NA0).


Tema 10 coeficiente de transferencia y balance macrosc pico de materia

Definición del coeficiente de transferencia de materia

En coordenadas estacionarias:

Otras definiciones frecuentes en la bibliografía:

Flujo de materia:


Tema 10 coeficiente de transferencia y balance macrosc pico de materia

Correlación de valores experimentales de coeficientes de transferencia de materia: análisis dimensional

Se aprovecha la analogía entre los procesos de transporte de calor y transferencia de materia.

  • PROBLEMA:Flujo por el interior de una conducción de sección circular.

  • CALOR:transferencia de calor debida a la diferencia de temperaturas entre la pared del tubo y el fluido.

    • Temperatura de la pared constante: To

  • MATERIA: reacción catalítica heterogénea sobre la pared del tubo.

    • Reacción instantánea A B. En el equilibrio: xAo

L

r

FLUJO

z

R

D

T1, xA1

1

2


Tema 10 coeficiente de transferencia y balance macrosc pico de materia

Flujo en la interfase, calculado a partir de los perfiles:

  • Calor:

  • Materia:

Flujo en la interfase, a partir de los coeficientes individuales de transferencia:

  • Calor:

  • Materia:

Comparando ambas expresiones:

  • Calor:

  • Materia:

Grupos adimensionales:


Tema 10 coeficiente de transferencia y balance macrosc pico de materia

  • Calor:

  • Materia:

Ecuaciones de energía y continuidad de A, y condiciones límite:

Integrando los perfiles:

  • Calor:

misma función: F !!

  • Materia:

  • Calor:

En forma de correlaciones adimensionales:

  • Materia:


Tema 10 coeficiente de transferencia y balance macrosc pico de materia

Limitaciones a la analogía

  • Propiedades físicas constantes.

  • Bajas velocidades de transferencia de materia.

  • Sin reacción en el volumen de control.

  • No hay disipación viscosa importante.

  • No hay energía radiante.

Ejemplo: Flujo alrededor de una esfera


Tema 10 coeficiente de transferencia y balance macrosc pico de materia

LIQUIDO

A+C

GAS

A+B

xAo

xAb

NA

yAb

yAo

Coeficientes globales de transferencia de materia

Problema: absorción selectiva de A en el líquido C.

  • Características:

    • Resistencia nula en la interfase

    • Discontinuidad en la interfase (equilibrio)

Flujo a ambos lados de la interfase:


Tema 10 coeficiente de transferencia y balance macrosc pico de materia

Balance de materia en la interfase:

Balance de materia en la interfase:

DETERMINACIÓN EXPERIMENTAL DE

COEFICIENTES INDIVIDUALES

Problema: COMPOSICIONES EN LA INTERFASE.


Tema 10 coeficiente de transferencia y balance macrosc pico de materia

LIQUIDO

A+C

GAS

A+B

Diagrama de equilibrio

xAo

yAo

xAb

yAb

yAe

yAo

xAb

xAo

yAe

Coeficientes Globales: - Toda la resistencia se asocia a una de las fases.

- Se mantiene el equilibrio en la interfase.

Substituyendo:

Operando:


Tema 10 coeficiente de transferencia y balance macrosc pico de materia

Diagrama de equilibrio

yAb

tg α = mx

yAo

tg α = my

yAe

xAb

xAo

xAe

Coeficiente global de transferencia de materia basado en el líquido:

Si la pendiente de la línea de equilibrio es esencialmente constante en el intervalo a considerar:

Fenómenos de Transporte (Bird, Stewart & Lightfoot):

21.2-1 Evaporación de una gota que cae libremente.

21.2-2 El psicrómetro de bulbo húmedo y seco.


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