Transferencia de masa

Definición.

La transferencia de masa cambia la composición de soluciones y mezclas mediante métodos que no implican extrictamente las reacciones químicas y se caracteriza por transferir una sustancia de una a otra a escala molecular. Cuando se ponen en contacto dos fases que tienen diferente composición, la sustancia que se difunde abandona el lugar de una región de mayor concentración a otro de baja concentración.

Los procesos de trasferencia de masa son la base para la comprensión de los Procesos de Separación  tales como: Destilación, Absorción, Extracción Líquido-Líquido, Adsorción, etc., estos procesos son de mucho interés para el Ingeniero Químico cuando su actividad se encuentre centrada en el diseño de procesos y equipos. Por esta razón, se reuiqere de un conocimiento básico de la difusión de materia, determinando con ello la manipulación de los procesos microscópicos, como los macroscópicos que iestan relacionados en los procesos químicos.

Cuando un sistema tiene dos o más componentes y la concentración de estos varía de un punto a otro, existe la tendencia para transferir masa minimizando las diferencias de concentración hasta que el sistema alcanza el Equilibrio. Cuando se habla de transferencia de masa se entiende que uno de los componentes de una mezcla se transporta de la región de más alta concentración hacia la región de menor concentración, llamando a esta diferencia Fuerza Impulsora.

En esta ecuación la velocidad de transferencia de masa depende de una fuerza impulsora (diferencia de concentración) sobre una nrsistencia, que indica la dificultad de las moléculas para transferirse en el medio. Esta resistencia se expresa como una constante de proporcionalidad entre la velocidad de transferencia y la diferencia de concentraciones denominado.

Clasificación general de la transferencia de masa.

El mecanismo de transferencia de masa, depende de la dinámica del sistema en que se lleva acabo. Hay dos modos de transferencia de masa:molecular y convectiva.
Molecular: La masa puede transferirse por medio del movimiento molecular fortuito en los fluidos (movimiento individual de las moléculas), debido a una diferencia de concentraciones. La difusión molecular puede ocurrir en sistemas de fluidos estancados o en fluidos que se están moviendo.

Convectiva: La masa puede transferirse debido al movimiento global del fluido. Puede ocurrir que el movimiento se efectúe en régimen laminar o turbulento. El flujo turbulento resulta del movimiento de grandes grupos de moléculas y es influenciado por las características dinámicas del flujo. Tales como densidad, viscosidad, etc.

Usualmente, ambos mecanismos actúan simultáneamente. Sin embargo, uno puede ser cuantitativamente dominante y por lo tanto, para el análisis de un problema en particular, es necesario considerar solo a dicho mecanismo.

El proceso de transferencia molecular de masa, al igual que la transferencia de calor y de momentum están caracterizados por el mismo tipo general de ecuación y para este caso la ecuación que se involucra es...

La ley de Fick

Por experiencia sabemos que cuando se abre un frasco de perfume o de cualquier otro líquido volátil, podemos olerlo rápidamente. Esto se debe a que las moléculas del líquido después de evaporarse se difunden por el aire, distribuyéndose en todo el espacio circundante. Ocurre lo mismo si se coloca un a cucharada de café en una taza de agua, las moléculas del café se difunden por todo el agua. Estos y otros ejemplos demuestran que para que tenga lugar el fenómeno de la difusión, la distribución espacial de moléculas no debe ser homogénea, debe existir una diferencia, o gradiente de concentración entre dos puntos del medio.

Como ejemplo: se puede considerar el trabajo hecho por Arnold para demostrar la difusión de masa, a partir de su accesorio conocido como "la celda de Arnold", que se muestra en la siguiente figura.

De esta forma se observa como cambia la concentración inicial de una solución des pues de que ha transcurrido un tiempo determinado.