Coeficientes de Transferncia de Masa.pdf
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UNI-FIQT PI 144/A. CICLO 2015-2 TRANSFERENCIA DE MASA CONVECTIVA Ing. Rafael J. Chero Rivas UNI, 03 de septiembre 2015
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UNI-FIQT PI 144/A. CICLO 2015-2
TRANSFERENCIA DE MASA CONVECTIVA
Ing. Rafael J. Chero Rivas
UNI, 03 de septiembre 2015
INTRODUCCIÓN
10/09/2015 Ing. RAFAEL J. CHERO RIVAS 2
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, relativamente
inmiscibles.
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FLUX DE TRANSFERENCIA DE MASA
Flux = Coeficiente TM * Gradiente de concentraciones
1. Difusión de “A” a través de “B” estancado
Gases:
NA = kc (cA1-cA2) = kG (pA1-pA2) = ky(yA1-yA2)
Líquidos:
NA = kL (cA1-cA2) = kx(xA1-xA2)
10/09/2015 Ing. RAFAEL J. CHERO RIVAS 4
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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Relación entre los Coeficientes de
Transferencia de Masa
Gases:
Líquidos:
Pykcyk'kyk
pkP'kRT
pk
RT
P'kc'k
MBGBMcyBMy
BMGGBM
ccc
BMxxL
BMLLc xk'kM
'kcxkc'kc'k
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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
ABDSc
LRe
AB
x
AB
BMc
AB
c
D
L
c
k
D
Lyk
D
LkSh
')('
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4. Número de Stanton
GM = vρ/MAv= vC
5.Factor JD
M
y
M
Gc
G
k
G
Pk
v
kSt
'''
31
32
32
Re*/''
ScShScG
PkSc
v
kJ
M
GcD
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6. Número de Grashof
Transferencia
de calor
Transferencia
de masa
2
32
TLgGr
2
3
LgGr A
AB
El número de Grashof aparece en los casos en que existe
Convección natural.
Núm
ero
s a
dim
ensio
nale
s p
ara
analo
gía
s
de T
ransfe
rencia
de m
asa y
calo
r
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Valores del Número de Prandtl
Analogía de Reynolds
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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 simple
entre los diferentes Fenómenos de transporte.
Esta relación es aplicable cuando los Números de Prandtl
y Schmidt son iguales a 1.
Transferencia de Masa Convectiva
Analogía de Chilton-Colburn: Para estimar los
coeficientes de transferencia promedio para flujo
turbulento. Sc = [0,6 – 2500]
Pr = [0,6 – 100]
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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]
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)
kG P Sc0,56/G = 0,281 Re-0,4
Re = [400 – 25000]
Sc = [0,6 – 2,6]
G: Flujo másico de gas
P: presión total
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510*3Re laminar3121Re664,0 L
ScL
Sh
510*3LRe31Sc8,0L
Re036,0Sh turbulento
4. Esferas, burbujas, gotas
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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
DJ
'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
DJ
31,0Re250,0
DJ
4069,0Re458,0
DJ
72,0Re1068,1
DJ
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5. Lechos empacados y Fluidizados
Absorbedores de relleno, con relleno
desordenado siendo pelicular el régimen.
Para la fase gaseosa:
Nu = 0,407 Re0,55 Pr0,33
Re = [10 – 10000]
Re = 4*v*ρ/(a*μ)
a: Superficie específica del relleno, m2/m3
5. Lechos empacados (continuación)
10/09/2015 Ing. RAFAEL J. CHERO RIVAS 21
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
5. Lechos empacados (continuación)
10/09/2015 Ing. RAFAEL J. CHERO RIVAS 22
Donde: δ, espesor de la película líquida
δ = (μ2/(ρ2*g))1/3
