principios de transferencia de masa

1. PRINCIPIOS DE
TRANSFERENCIA DE MASA
1

2. TRANSFERENCIA DE MASA
La transferencia de masa se puede definir como el movimiento relativo de las
especies químicas de una mezcla, desde una región de alta concentración hacia
una concentración menor (diferencia de concentraciones).
Ejemplos cotidianos:
• Evaporación del agua de un estanque
• Fragancia emanada de un perfume
Los principales campos de interés de la transferencia de masa son la difusión
molecular, el transporte de masa por convección y el transporte de masa entre
fases.

3. CONCEPTOS IMPORTANTES
Debido a que la transferencia de materia siempre ocurre en mezclas (como
mínimo los sistemas serán binarios) cada componente de la misma se
moverá con una velocidad distinta. por lo tanto para evaluar la velocidad de
la mezcla será necesario realizar un promedio de las velocidades de cada
componente.
Con el propósito de llevar a cabo estas evaluaciones, en los fenómenos de la
materia es importante tener claro las definiciones de: concentración,
velocidad y flujo.

4. CONCENTRACION
LA CONCENTRACIÓN DE UNA SOLUCIÓN ES LA RELACIÓN QUE HAY ENTRE LA CANTIDAD DE SOLUTO Y LA
CANTIDAD DE SOLVENTE.
SE PUEDEN DEFINIR VARIAS FORMAS DE CONCENTRACIÓN:
CONCENTRACIÓN MÁSICA = Ρ = MASA DE LA ESPECIE I / VOLUMEN DE SOLUCIÓN
CONCENTRACIÓN MÁSICA TOTAL = Ρ = MASA DE LA SOLUCIÓN / VOLUMEN DE SOLUCIÓN
CONCENTRACIÓN MOLAR = CI = MOLES DE LA ESPECIE I / VOLUMEN DE SOLUCIÓN
CONCENTRACIÓN MOLAR TOTAL = C = MOLES TOTALES DE SOLUCIÓN/VOLUMEN DE SOLUCIÓN
FRACCIÓN MÁSICA = ΩI = MASA DE LA ESPECIE I / MASA TOTAL DE SOLUCIÓN= ΡI / Ρ
FRACCIÓN MOLAR = XI = MOLES DE LA ESPECIE I /MOLES TOTALES = CI / C

5. VELOCIDAD
LA VELOCIDAD EXPRESA EL DESPLAZAMIENTO DE UN OBJETO POR UNIDAD DE TIEMPO.
EXISTEN DOS TIPOS DE VELOCIDAD: VELOCIDAD MEDIA MÁSICA Y LA VELOCIDAD MEDIA MOLAR.
EN UN SISTEMA DE COMPONENTES MÚLTIPLES LAS DISTINTAS ESPECIES SE MOVERÁN CON DISTINTAS
VELOCIDADES. POR LO TANTO PARA EVALUAR LA VELOCIDAD DE LA MEZCLA SE NECESITAN PROMEDIAR LAS
VELOCIDADES DE LAS ESPECIES PRESENTES.

6. FLUJO
EL FLUJO ES EL MOVIMIENTO DE LOS FLUIDOS. EXISTEN DOS TIPOS DE FLUJO:
 EL FLUJO MÁSICO
 FLUJO MOLAR
EL FLUJO MÁSICO O MOLAR DE LA ESPECIE Ï ES UNA MAGNITUD VECTORIAL QUE REPRESENTA LA
MASA O LOS MOLES DE LA ESPECIE I QUE CRUZAN LA UNIDAD DE ÁREA EN LA UNIDAD DE TIEMPO.
EL MOVIMIENTO PUEDE REFERIRSE A COORDENADAS FIJAS, A LA VELOCIDAD MEDIA MÁSICA O A
LA VELOCIDAD MEDIA MOLAR.

7. EJERCICIOS CONCENTRACION
SE NECESITA PREPARAR UNA 20 LITROS DE UNA SALMUERA
AL 2.5% QUE CANTIDAD DE NACL SE NECESITA?
= 20 * 2.5/100 = 0.5 KG
PARA COMPLETAR LA ELABORACIÓN DEL MOSTO LUPULADO
SE AGREGA UNA PRESENTACIÓN DE LUPULO EN PELLETS LOS
CUALES TIENE UNA CONCENTRACION DE AC. ALFA: 15%, SI
LA CONCENTRACION CORRECTA DE AC. ALFA DEBE
TERMINAR EN 3.5% EN EL MOSTO FINAL Y CADA CUBA ES DE
80 HL, CUAL ES LA NECESIDAD DE LUPULO (CONSIDERE UNA
EFICIENCIA DEL 95%)
= (80*100*3.5/100)/0.95 = 294.7 = 294.7/0.15 =
1965 G
7

8. MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE MASA
PREDOMINANTES EN DISTINTOS PROCESOS:
EL MECANISMO DE TRANSFERENCIA DE MATERIA, TAL COMO SE HA
OBSERVADO EN EL DE TRANSFERENCIA DE CALOR, DEPENDE DE LA
DINÁMICA DEL SISTEMA EN EL QUE SE LLEVA A CABO (EJ.
DISOLUCIÓN DEL TERRÓN DE AZÚCAR CON O SIN AGITACIÓN).
EXISTEN DOS TIPOS DE TRANSFERENCIA DE MASA:

10. TRANSFERENCIA CONVECTIVA
LA TRANSFERENCIA DE MATERIA POR CONVECCIÓN PUEDE SER MAYOR AL AUMENTAR EL ÁREA DISPONIBLE
PARA LA TRANSFERENCIA DE MATERIA, SI SE AUMENTA LA DIFERENCIA DE CONCENTRACIÓN ENTRE EL SENO
DEL FLUIDO Y LA INTERFACE, O SI SE AUMENTA EL COEFICIENTE DE TRANSFERENCIA DE MATERIA.
ES UN DESPLAZAMIENTO Y MEZCLA DE DISTINTAS PORCIONES DE FLUIDO POR FLUJO TURBULENTO.
a) NATURAL:
O LLAMADA TAMBIÉN CONVECCIÓN LIBRE, ES UN EFECTO DE FLOTACIÓN EN EL CUAL EL MOVIMIENTO
GLOBAL SE DESARROLLA NATURALMENTE COMO CONSECUENCIA DE CAMBIOS DE DENSIDAD ORIGINADOS EN
LAS DIFERENCIAS DE CONCENTRACIÓN DEL MEDIO O DEBIDO A DIFERENCIAS DE T, CONCENTRACIÓN, ETC.
B) FORZADA:
EN LA QUE EL MOVIMIENTO ES GENERADO POR UNA FUERZA EXTERNA, O DEBIDO A FUERZAS EXTERNAS
(BOMBAS, AGITADORES, ETC.)

11. DIFUSIÓN 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.
Es decir, movimiento molecular fortuito (aleatorio) en los fluidos en reposo o en flujo
laminar.
La transferencia de masa en sólidos porosos, líquidos y gases sigue el mismo principio,
descrito por la ley de Fick.

12. 1970: 8´ 100,000 LITROS
2021: 32´ 1´000,000 LITROS
12
200,000 L
(10%)
200,000 L
(50%)
BLENDING

13. QUE ES LA DIFUSIÓN?

14. LEY DE FICK
ES EL MODELO MATEMÁTICO QUE DESCRIBE LA TRANSFERENCIA
MOLECULAR DE UNA MASA EN SISTEMAS QUE NO SE ENCUENTRAN
INICIALMENTE EN E EQUILIBRIO QUÍMICO O TÉRMICO
ESTA LEY DEFINE QUE EN SITUACIONES EN LA QUE EXISTE
GRADIENTES DE CONCENTRACIÓN DE UNA SUSTANCIA O
TEMPERATURA, SE PRODUCE UN FLUJO DE PARTÍCULAS O DE CALOR
QUE TIENDEN A HOMOGENIZAR LA DISOLUCIÓN Y UNIFORMIZAR
LA CONCENTRACIÓN O LA TEMPERATURA.

15. .

16. 16

17. 17

18. 18

19. 19

20. 20

21. COEFICIENTES INDIVIDUALES Y GLOBALES DE
TRANSFERENCIA DE MASA:
a) COEFICIENTES INDIVIDUALES: (TRANSFERENCIA DE
MATERIA EN UNA FASE).

22. B) COEFICIENTES GLOBALES: (TRANSFERENCIA DE MATERIA ENTRE FASES)
EN GLOBAL, CUANDO EN UN PROBLEMA DE TRANSFERENCIA INTERVIENEN VARIAS
RESISTENCIAS TÉRMICAS EN SERIE, EN PARALELO O EN COMBINACIÓN DE AMBAS
FORMAS.
ES CONVENIENTE DEFINIR UN COEFICIENTE DE TRANSFERENCIA DE CALOR O
CONDUCTANCIA GLOBAL.
,
,
: A i
r
A i
y
Coeficiente de reparto k
x


23. 23

24. LÍNEAS DE OPERACIÓN Y EQUILIBRIO
A) OPERACIONES UNITARIAS:
LAS OPERACIONES UNITARIAS DE TRANSFERENCIA DE MATERIA ENGLOBAN TODAS LAS OPERACIONES EN LAS
QUE LA ETAPA CONTROLANTE DEL PROCESO ES LA TRANSFERENCIA DE MATERIA Y TIENEN POR OBJETO
SEPARAR COMPONENTES O GRUPOS DE COMPONENTES DE UNA FASE ORIGINARIAMENTE HOMOGÉNEA.
B) OPERACIONES DE EQUILIBRIO:
EL AGENTE SEPARADOR ORIGINA QUE LAS CORRIENTES DE PRODUCTO SEAN FASES DISTINTAS CON DISTINTA
COMPOSICIÓN DEL PRODUCTO A SEPARAR DEBIDO A QUE LAS COMPOSICIONES EN EQUILIBRIO SON DISTINTAS
EN AMBAS FASES.
LA FASE GENERADA:
-PUEDE FORMARSE A PARTIR DE LA PRIMERA POR UN CAMBIO DE LAS CONDICIONES DE P O T (AGENTE
SEPARADOR: ENERGÍA) (EJ.: EVAPORACIÓN)
-PUEDE SER UNA FASE AJENA E INMISCIBLE CON LA DISOLUCIÓN ORIGINAL (AGENTE SEPARADOR: MATERIA) (EJ.:
ABSORCIÓN).
C) OPERACIONES GOBERNADAS POR LA VELOCIDAD:
LAS CORRIENTES DE PRODUCTO SE ENCUENTRAN EN EL MISMO ESTADO DE AGREGACIÓN Y SON MISCIBLES
ENTRE SÍ (NO SE FORMAN NUEVAS FASES).
SE BASAN EN LA DISTINTA VELOCIDAD CON LA QUE SE MUEVEN LOS DISTINTOS COMPONENTES DE LA
DISOLUCIÓN BAJO LA INFLUENCIA DE UN GRADIENTE DE COMPOSICIONES

25. UNIDADES DE TRANSFERENCIA DE MASA

26. CLASIFICACION DE LAS OPERACIONES DE
TRANSFERENCIA DE MASA
• GAS – GAS.- ES UN MÉTODO POCO COMÚN DEBIDO A QUE LA
MAYORÍA DE LOS GASES SON SOLUBLES.
• GAS – LÍQUIDO.- SE PUEDE LOGRAR CON CALENTAMIENTO PARCIAL O
CON UN GAS QUE ARRASTRE EL COMPONENTE DE ABSORCIÓN.
• SÓLIDO – GAS.- ES UNA EVAPORACIÓN PARCIAL DEL SÓLIDO SIN
PASAR POR EL ESTADO LÍQUIDO.
• LÍQUIDO – LÍQUIDO.- SE DA CON LA ADICIÓN DE UN SOLVENTE QUE
ARRASTRE EL COMPONENTE DE INTERÉS.
• SÓLIDO – LÍQUIDO.- CONOCIDO COMO LA LIXIVIACIÓN O LA
CRISTALIZACIÓN.
• SÓLIDO – SÓLIDO.- ES UN PROCESO SIMPLE YA QUE LAS VELOCIDADES
DE DIFUSIÓN SON LENTAS.

27. 27

28. CONCENTRACION
•

29. DIFUSION SAL EN AGUA
• LA SAL SE ESCURRE EN EL CURSO DE DISTRIBUCIÓN, EL FLUJO ES UN
PROCESO DE DIFUSIÓN.
• SIEMPRE QUE EXISTE DIFERENCIA DE CONCENTRACIÓN DE UNA
CANTIDAD FÍSICA EN UN MEDIO, LA NATURALEZA TIENDE A IGUALAR
LAS COSAS AL FORZAR UN FLUJO DESDE LA REGIÓN DE ALTA
CONCENTRACIÓN HACIA LA DE BAJA CONCENTRACIÓN

30. PROCESO DE DIFUSIÓN
A la misma temperatura y presión,
las moléculas de N2 empezaran a
difundir hacia el aire y las
moléculas de O2 se difunden hacia
las de N2.

31. DIFUSIÓN N2 Y O2
• A LA MISMA TEMPERATURA Y PRESIÓN, LAS MOLÉCULAS DE N2
EMPEZARAN A DIFUNDIR HACIA EL AIRE Y LAS MOLÉCULAS DE O2 SE
DIFUNDEN HACIA LAS DE N2.
• CON EL TIEMPO NECESARIO SE TENDRÁ UNA MEZCLA HOMOGÉNEA DE
N2 Y O2 EN EL TANQUE, DANDO POR RESULTADO UNA TRANSFERENCIA
NETA CERO DE N2 Y O2.
• LAS MOLÉCULAS DE UNA MEZCLA GASEOSA CHOCAN
CONTINUAMENTE ENTRE SI Y EL PROCESO DE DIFUSIÓN ES INFLUIDO
POR ESTAS POR ESTAS COLISIONES. LAS MOLÉCULAS DIFERENTES
INFLUYEN SOBRE LA RAZÓN DE LA DIFUSIÓN, PUES TIENEN MASAS
DISTINTAS, LAS MASAS MAS GRANDES DOMINAN EL PROCESO DE
DIFUSIÓN. LOS COEFICIENTES DE DIFUSIÓN Y POR ENDE LA RAZÓN DE
DIFUSIÓN ES MAS ALTA A TEMPERATURAS MAS ELEVADAS.

32. TRANSFERENCIA DE MASA EN LÍQUIDOS,
SÓLIDOS Y GASES
• A)TRANSFERENCIA DE MASA LIQUIDA A GASEOSA: TAZA DE CAFÉ QUE
SE DEJA EN UN CUARTO SE EVAPORA, MOLÉCULAS DE AGUA SE
DIFUNDEN HACIA EL AIRE.
• B)TRANSFERENCIA DE MASA SOLIDA A GASEOSA: TROZO DE CO2
(HIELO SECO) SE HACE MAS PEQUEÑO CON EL TIEMPO, MOLÉCULAS DE
CO2 SE DIFUNDEN AL AIRE.

33. • C)TRANSFERENCIA DE MASA SOLIDA A LIQUIDA: LÁPIZ DE COLOR
INTRODUCIDO EN UN VASO DE AGUA, SE EVIDENCIA POR LA
DISPERSIÓN GRADUAL DEL COLOR.
• D)TRANSFERENCIA DE MASA SOLIDO-SOLIDO: DIFUSIÓN DEL
CARBONO HACIA EL HIERRO EN EL CEMENTADO, DOPADO DE
SEMICONDUCTORES PARA TRANSISTORES.
• E)TRANSFERENCIA DE MASA GASEOSA HACIA UN LIQUIDO: PEQUEÑA
FRACCIÓN DE O2 DEL AIRE SE DIFUNDE HACIA EL AGUA Y SATISFACE
LAS NECESIDADES DE OXIGENO DE LOS ANIMALES MARINOS.
• FACTOR INFLUYENTE ES EL ESPACIO MOLECULAR, CUANTO MAYOR ES
ESTE MAYOR ES LA RAZÓN DE DIFUSIÓN, DIFUSIÓN ES MAS ALTA EN
LOS GASES QUE EL LÍQUIDOS Y MUCHO MAS ALTA QUE EN LOS
SOLIDOS.

34. TRANSFERENCIA DE MASA EN LÍQUIDOS,
SOLIDOS Y GASES
e)Gas hacia
líquido

35. ANALOGÍA ENTRE TRANSFERENCIA DE
MASA Y LA DE CALOR
• LOS MECANISMOS DE AMBOS SON ANÁLOGOS Y SEGÚN LA TEORÍA
CINÉTICA LA MASA Y CALOR PUEDEN MIRARSE COMO DOS FORMAS
DIFERENTES DE ENERGÍA.

36. •

37. ANALOGÍA ENTRE CONDUCCIÓN
DE CALOR Y LA DIFUSIÓN DE LA
MASA

38. GENERACIÓN DE CALOR
• GENERACIÓN DE CALOR (ELÉCTRICA, QUÍMICA O
NUCLEAR) EN ENERGÍA TÉRMICA SENSIBLE COMO
ELEVACIÓN DE TEMPERATURA.
• TRANSFERENCIA DE MASA: INTERVIENEN
REACCIONES QUÍMICAS DENTRO DEL MEDIO Y
DAN COMO RESULTADO LA GENERACIÓN DE
ESPECIES ES UN FENÓMENO VOLUMÉTRICO, LA
RAZÓN DE GENERACIÓN PUEDE VARIAR DE PUNTO
A PUNTO EN EL MEDIO Y SE LLAMAN REACCIONES
HOMOGÉNEAS ANÁLOGAS A LA GENERACIÓN DE
CALOR.

39. CONVECCIÓN
•

40. TAREA 1
1. 5 LITROS DE AC. SULFURICO ESTAN A 5 M, SE NECESITA UNA SOLUCION DE ACIDO SULFURICO A
1.5M, PARA ELLO SE CUENTA CON UNA SOLUCION DE AC. SULFURICO AL 0.25M ¿QUÉ VOLUMEN SE
NECESITA?
2. EN LA FERMENTACIÓN DE UN TANQUE DE MOSTO (200000 LITROS) SE GENERA CO2, SI EL MOSTO
TIENE UNA CONCENTRACION DE AZUCARES FERMENTABLES (GLUCOSA) DE 6% CALCULE: EL % DE
ALCOHOL FINAL DE LA BEBIDA.
3. EN LA FORMULACIÓN DE LOS CALDOS MAGGY SABOR CARNE, SE USA:
CARNE CONCENTRADA (50%SOLIDOS)
AJO EN POLVO ( 3%HUMEDAD)
CEBOLLA EN POLVO (7% HUMEDAD)
HARINA TRIGO (10% HUMEDAD)
SAL COMÚN
COLORANTE ROJO 7
SI EN EL PRODUCTO FINAL DEBE TENER:
1.5% CARNE CONCENTRADA
50 PPM AJO EN POLVO
150 PPM CEBOLLA EN POLVO
25% HARINA TRIGO
5% SAL COMÚN
15 PPM COLORANTE ROJO 7
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