Coeficientes de Transferencia de Masa

8/15/2019 Coeficientes de Transferencia de Masa

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UNI-FIQT PI 144/A. CICLO 2016-1

TRANSFERENCIA DE MASA CONVECTIVA

Ing. Rafael J. Chero Rivas

UNI, 07 de abril 2016


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INTRODUCCIÓN

07/04/2016Ing. RAFAEL J. CHERO RIVAS2

La Transferencia de masa por convección involucra la

transferencia de material entre una superficie

(sólido o líquido) y un fluido en movimiento o

entre dos fluidos en movimiento, relativamenteinmiscibles.


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FLUX DE TRANSFERENCIA DE MASA

Flux = Coeficiente TM * Gradiente de concentraciones

1. Difusión de “A” a través de “B” estancadoGases:

NA = k c (cA1-cA2) = k G (pA1-pA2) = k y(yA1-yA2)

Líquidos: NA = k L (cA1-cA2) = k x(xA1-xA2)


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2. Contradifusión Equimolar

Gases:

NA= k’c (cA1-cA2) = k’G (pA1-pA2) = k’y(yA1-yA2)

Líquidos:

NA= k’L (cA1-cA2) = k’x(xA1-xA2)


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Tabla 3.1 (Treybal): Relación entre los

Coeficientes de Transferencia de Masa

Gases:

Líquidos:

Pyk cyk 'k yk

pk P'k RT

pk

RT

P'k c'k

MBGBMcyBMy

BMGGBM

ccc

BMxxL

BMLLc xk 'k M'k cxk c'k c'k

Líquidos:


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Tabla 3.2 (Treybal): Números Adimensionales

1. Número de Reynolds

L: Diámetro para esferas y para tuberías; L: Largo para una placa plana

2. Número de Schmidt

3. Número de Sherwood

AB DSc

LRe

AB

x

AB

BM c

AB

c

D L

ck

D L yk

D Lk Sh ')('


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4. Número de Stanton

GM = vρ/MAv= vC

5.Factor JD

M

y

M

GcG

k

G

P k

v

k St

'''

313232 Re*/'' ScShSc

G P k Sc

vk J

M

Gc D


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6. Número de Grashof

Transferencia

de calor

Transferencia

de masa

2

32

T L g Gr

2

3

L g Gr A AB

El número de Grashof aparece en los casos en que existe

Convección natural.


9/22 N ú

m e r o s a d i m e n s i o n a

l e s p a r a a

n a l o g í a s

d e T r a n s

f e r e n c i a d

e m a s a y

c a l o r


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Valores del Número de Prandtl


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Analogía de Reynolds


2

f

C

hk

p

c

Donde:h: es el coeficiente de transferencia de calor

f: es el factor de fricción

: es la velocidad libre de la corriente

La analogía de Reynolds considera una relación muy simpleentre los diferentes Fenómenos de transporte.

Esta relación es aplicable cuando los Números de Prandtl

y Schmidt son iguales a 1.


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Transferencia de Masa Convectiva

Analogía de Chilton-Colburn: Para estimar loscoeficientes de transferencia promedio para flujo

turbulento. Sc = [0,6 – 2500]

Pr = [0,6 – 100]

07/04/2016 Ing. RAFAEL J. CHERO RIVAS 13


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Tabla 3.3 (Treybal) CORRELACIONES PARA CALCULAR

LOS COEFICIENTES DE TRANSFERENCIA DE MASA


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Correlaciones de T.M. (continuación)

1. Flujo por tuberías (Gases)

• Sh = 0,023 Re0,83 Sc0,44

• Re = [2000 – 35000]

• Sc = [0,6 – 2,5]

• Transferencia de Masa dentro de tuberías (Líquidos)

• Sh = 0,023 Re0,83 Sc0,33

• Re = [ 2000 – 70000]

• Sc = [1000 – 3000]


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2. A través de placas planas:

Evaporación de un líquido o sublimación de un sólido:

Donde: Sh, Sherwood promedio

3. Cilindros (Flujo transversal a su eje)k G P Sc

0,56/G = 0,281 Re-0,4

Re = [400 – 25000]

Sc = [0,6 – 2,6]

G: Flujo másico de gas

P: presión total

07/04/2016 Ing. RAFAEL J. CHERO RIVAS 16

5

10*3Relaminar

3121

Re664,0 LSc LSh

510*3LRe31Sc8,0

LRe036,0Sh turbulento


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4. Esferas, burbujas, gotas


Relación de Froessling:

Sh = 2 + 0,552 Re0,5 Sc1/3

Re = [2 – 800]

Sc = [0,6 –

2,7] Para convección natural:

Sh = 2 + 0,59 (Gr Sc)1/4

Gr Sc = [2*108 –

1,5*1010]


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5. Gases en lechos empacados de esferas:

10 < Re < 10 000:

• donde, Re es

• v’ = velocidad superficial

4069,0Re458,0

D J

'Re

pd


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• Líquidos en lechos empacados; 0,0016 < Re < 55 ; 165 < Sc < 70 000

• Líquidos en lechos empacados; 55 < Re < 1 500 ; 165 < Sc < 10 690

• Gases o Líquidos en Lechos Fluidizados de esferas; 10 < Re < 4 000

• Líquidos en lechos Fluidizados; 1 < Re < 10

3/2Re09,1

D J

31,0Re250,0

D J

4069,0Re458,0

D J

72,0Re1068,1

D J


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5. Lechos empacados y Fluidizados

Absorbedores de relleno, con rellenodesordenado siendo pelicular el

régimen.

Para la fase gaseosa:Nu = 0,407 Re0,55 Pr 0,33

Re = [10 – 10000]

Re = 4*v*ρ/(a*μ)a: Superficie específica del relleno, m2/m3


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5. Lechos empacados (continuación)


Para la fase líquida:

Nu = 0,0021 Re0,75 Pr0,5

Re = 4 L/(S*a*Fi*μ)

L: flujo másico del líquido

Fi: coeficiente de humectación del relleno.A falta de datos, tomar Fi = 1

S: área de secc. transversal de la columna

Nu = k*δ/difusividad

Continúa


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5. Lechos empacados (continuación)


Donde: δ, espesor de la película líquida

δ = (μ2/(ρ2*g))1/3

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