Revisión de conceptos
1.
Describe con tus propias palabras el fenómeno de difusión. Cita cinco
ejemplos en que ocurre. ¿En que radica su importancia? Indaga sobre las
posibles fuerzas motrices que pueden causarlo.
Es la representación de cómo se
comportan las moléculas tanto en medio sólido, líquido o bien ya se gas, es
decir el movimiento de estás, y se difunde de mayor a menor concentración hasta
llegar al equilibrio.
2.
Describe tres operaciones de transferencia de masa y explica dónde y
cómo ocurre la difusión.
Humidificación consiste en
aumentar la cantidad de vapor contenida en una corriente gaseosa, el vapor
puede aumentar pasando el gas a través de un líquido que se evapora en el gas.
Extracción es un proceso el cual
se emplea para separar una mezcla utilizando la
diferencia de solubilidad de sus
componentes entre dos líquidos inmiscibles, por ejemplo agua-cloroformo. En
esta operación se extrae del seno de un líquido A una sustancia (soluto) poniendo
A en contacto con otro líquido B, inmiscible con el primero, que tiene mayor
afinidad por el soluto, pasando la sustancia del seno del líquido A al seno de
B.
Lixiviación proceso en el que un
disolvente líquido pasa a través de un sólido pulverizado para que se produzca
la elución de uno o más de los componentes solubles del sólido. Ejemplo el
azúcar que se separa de la remolacha por medio de agua caliente.
3.
Explica la diferencia entre modelo fundamental y modelo
fenomenológico. Cita al menos tres ejemplos de cada uno.
El modelo fundamental nos describe
el comportamiento a nivel molecular y el modelo fenomenológico es la
cuantificación del fenómeno.
4.
¿Cuál es la diferencia entre flujo de masa y flux de masa? ¿Cuáles son
sus dimensiones? Cita tres ejemplos en diferentes sistemas de unidades.
El flujo másico es la variación
de la masa con respecto al tiempo. Su unidad es el kg/s
El flux de masa. La cantidad de
masa que se mueve por unidad de volumen en una unidad de tiempo. Y va de mayor
a menor concentración. Su unidad es vol/t.
5.
Describe el modelo de la Ley de Fick y el del coeficiente de
transferencia de masa. Explica sus diferencias y similitudes.
Ley de Fick
Existe una tendencia natural
para que cualquier soluto se difunda desde la región de alta concentración a la
región de baja concentración. Esta tendencia depende de la naturaleza de la
mezcla, esto es, el coeficiente de difusión. La magnitud del flux difusivo es
directamente proporcional a la magnitud del gradiente de concentración. El flux
difusivo y el gradiente de concentración tienen signos opuestos.
6.
Distingue entre una diferencia de concentración y un gradiente de
concentración. ¿A qué modelo se asocia cada concepto?
En la Ley de Fick “D” se expresa
cómo el coeficiente de difusión que son propiedades de transporte de los
materiales. Cada flux es provocado por un gradiente de potencial. Un gradiente
de concentración corresponde a un flux de masa.
flux = propiedad del transporte
x gradiente de potencial
Corresponden a la Ley de Fick
7.
¿Porqué es necesario el supuesto de solución diluida y densidad
constante al derivar la ec. (1.4.4)?
JA 
El flux difusivo de la especie A
en cualquier distancia y en cualquier tiempo está dada por la ecuación
anterior, la cual expresa la ley de Fick aplicable a soluciones diluidas de
densidad constante. Es importante notar que para derivar la ecuación se supone
que la concentración disminuía conforme Z crecía. Evidentemente, el gradiente
de concentración ∂CA/∂Z será negativo y en consecuencia
el flux difusivo JA será positivo. Por el contrario, si la
concentración aumentara conforme crece la distancia, el gradiente de
concentración sería positivo y el flux difusivo sería negativo.
8.
¿De qué depende el coeficiente de difusión y el coeficiente de transferencia
de masa?, ¿son diferentes en su naturaleza? ¿Cuáles son sus dimensiones?
El coeficiente de difusión
depende de la viscosidad y temperatura. Sus dimensiones son (m2/t). El
coeficiente de transferencia de masa no dependerá de la solubilidad ni del área
del sólido, y tampoco del volumen de la solución, pero si depende la agitación
y de la viscosidad de la solución. Sus unidades son kg/m2*s
9.
Explica los diferentes mecanismos de transporte de masa. Cita cinco
ejemplos.
El tratamiento unificado de los
fenómenos de transporte de momentum, energía y masa se basa en buena medida en
las analogías que existen entre las leyes básicas que describen los fenómenos:
Ley de la viscosidad de Newton, ley de Fourier y la ley de Fick donde ԎZY,
q, y JA son los fluxes moleculares o difusivos de momentum, calor y
masa. Para que las ecuaciones sean análogas se requiere que las constantes de
proporcionalidad tengan las mismas dimensiones y que los gradientes que
impulsan el transporte expresen la misma idea de concentración. Las ecuaciones
anteriores cuantifican fenómenos que son distintos. Las analogías matemáticas
entre las ecuaciones provienen de que los mecanismos de transporte son
semejantes.
10. En el texto afirmamos que la
difusión y la convección siempre están presentes cuando existe una diferencia
de concentración. ¿Podrías explicar porqué?
11. ¿Cuáles otros fenómenos de
transporte son análogos al transporte de masa? ¿En qué consiste la analogía?
La descripción matemática de los
fenómenos de transporte de masa comparte muchas analogías con las de momentum y
de energía. Son análogas, pues las constantes de proporcionalidad respectivas
tienen las mismas dimensiones y los gradientes de potencial son ahora
gradientes de concentración de masa, momentum y energía respectivamente. Aunque
son fenómenos distintos.
12. ¿Qué se requiere para que las
ecs. (1.6-1), (1.6-2) y (1.6-3) sean análogas? Se requiere que las constantes
de proporcionalidad tengan las mismas dimensiones.
¿Cuáles propiedades de
transporte son análogas a la difusividad? ¿Cuáles gradientes impulsores de
transporte de momentum y energía son análogos al gradiente de concentración?
Saludos Elias
ResponderEliminarVeo que decidiste subir el cuestionario como una entrada de blog, vamos a ir intentando con otras entregas realizarlo de manera óptima.
René Gerardo.