Contenido

Introduccin2Generalidades Del Transporte De Masa Molecular4Difusin Molecular5Difusin Gaseosa7Demostracin Del Clculo Del Coeficiente De Difusividad Por Medio De La Celda De Arnold.8Coeficientes De Difusin8Coeficiente de transferencia de masa en diferentes dispositivos10Practicas adicionales16Conclusin19Bibliografa19

Introduccin

Cuando se mencionan transferencias , hay cosas que se saben en la fsica y la termodinmica se sabe que est dividido en tres, los fenmenos de transferencia de calor , momento y masa, en la unida de laboratorio integral se abarcan 3 temas que son las que componen la unidad cada uno de los temas hace referencia a la transferencia de masa, en los procesos qumicos es en donde mas se ocupa esta transferencia en donde se requiere la purificacin inicial de las materias primas o la separacin final de los productos y subproductos.Para cada tipo de transferencia existe un proceso diferente, es necesario entender cada uno de este tipo de transferencia para ponerlos en prctica y as poder ser unos buenos ingenieros en la rama de la qumica.

Transferencia de masaLos fenmenos detransportetienen lugar en aquellosprocesos, conocidos como procesos de transferencia, en los que se establece elmovimientode unapropiedad( masa, momentum o energa) en una o varias direcciones bajo laaccinde unafuerzaimpulsora. Al movimiento de una propiedad se le llama flujo.Los procesos de transferencia de masa son importantes ya que la mayora de los procesos qumicos requieren de la purificacin inicial de las materias primas o de la separacin final deproductosy subproductos. Para esto en general, se utilizan lasoperacionesde transferencia de masa. Con frecuencia, elcostoprincipal de unprocesoderiva de las separaciones (Transferencia de masa). Loscostospor separacin o purificacin dependen directamente de la relacin entre la concentracin inicial y final de las sustancias separadas; s esta relacin es elevada, tambin sern los costos deproduccin.6 En muchos casos, es necesario conocer lavelocidadde transporte de masa a fin de disear o analizar el equipo industrial para operaciones unitarias, en la determinacin de laeficienciade etapa, que debe conocerse para determinar el nmero de etapas reales que se necesita para una separacin dada.Algunos de los ejemplos del papel que juega la transferencia de masa en los procesos industriales son: la remocin dematerialescontaminantes de las corrientes de descarga de losgasesy aguas contaminadas, la difusin de neutrones dentro de los reactores nucleares, la difusin de sustancias al interior de poros de carbn activado, la rapidez de las reacciones qumicas catalizadas y biolgicas as como el acondicionamiento delaire, etc.3En laindustriafarmacutica tambin ocurren procesos de transferencia de masa tal como la disolucin de un frmaco, la transferencia de nutrientes y medicamento a lasangre, etc. La transferencia de masa cambia la composicin desolucionesymezclasmediantemtodosque no implican necesariamente reacciones qumicas y se caracteriza por transferir una sustancia a travs de otra u otras aescalamolecular. Cuando se ponen en contacto dos fases que tienen diferente composicin, la sustancia que se difunde abandona un lugar de una regin de alta concentracin y pasa a un lugar de baja concentracin.1,2,3. El proceso de transferencia molecular de masa, al igual que la transferencia decalory de momentum est caracterizados por el mismo tipo general de ecuacin. En esta ecuacin la velocidad de transferencia de masa depende de una fuerza impulsora (diferencia de concentracin) sobre unaresistencia, que indica la dificultad de las molculas 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: "Difusividad de masa". Unvalorelevado de este parmetro significa que las molculas se difunden fcilmente en el medio. Clasificacin general de la transferencia de masa. El mecanismo de transferencia de masa, depende de ladinmicadelsistemaen que se lleva acabo.Hay dos modos de transferencia de masa:Molecular: La masa puede transferirse por medio del movimiento molecular fortuito en los fluidos ( movimiento individual de las molculas ), debido a una diferencia. Convectiva: La masa puede transferirse debido al movimiento global del fluido. Puede ocurrir que el movimiento se efecte en rgimen laminar o turbulento. El flujo turbulento resulta del movimiento de grandesgruposde molculas y es influenciado por las caractersticas dinmicas del flujo. Tales comodensidad,viscosidad, etc. Usualmente, ambos mecanismos actan simultneamente. Sin embargo, uno puede ser cuantitativamente dominante y por lo tanto, para elanlisisde un problema en particular, es necesario considerar solo a dicho mecanismo. La transferencia de masa en slidos porosos, lquidos y gases sigue el mismo principio, descrito por la ley de Fick.Generalidades Del Transporte De Masa Molecular

El transporte molecular ocurre en los 3 estados de agregacin de la materia y es el resultado de un gradiente de concentracin,temperatura,presin, o de aplicacin a la mezcla de un potencial elctrico. A la transferencia macroscpica de masa, independiente de cualquier conveccin que se lleve acabo dentro de un sistema, se define con el nombre de difusin molecular ordinaria 2. El transporte molecular resulta de la transferencia de molculas individuales a travs de un fluido por medio de los movimientos desordenados de las molculas debido a su energa interna. Podemos imaginar a las molculas desplazndose en lneas rectas con una velocidad uniforme y cambiando sudireccinal rebotar con otras molculas despus de chocar. Entonces su velocidad cambia tanto en magnitud como en direccin. Las molculas se desplazan en trayectorias desordenadas, y recorren distancias extremadamente cortas antes de chocar con otras y ser desviadas al azar. A la difusin molecular a veces se le llama tambin proceso de camino desordenado.2 En la figura 1 semuestraesquemticamente el proceso de difusin molecular. Se ilustra la trayectoria desordenada que la molcula A puede seguir al difundirse del punto (1) al (2) a travs de las molculas de B.Diagrama esquemtico del proceso de difusin molecular. El mecanismo real de transporte difiere en gran medida entre gases, lquidos y slidos, debido a las diferencias sustanciales en laestructuramolecular de estos 3 estados fsicos.3Gases: los gases contienen relativamente pocas molculas por unidad devolumen. Cada molcula tiene pocas vecinas o cercanas con las cuales pueda interactuar y las fuerzas moleculares son relativamente dbiles; las molculas de ungastienen lalibertadde moverse a distancias considerables antes de tener colisiones con otras molculas. Elcomportamientoideal de los gases es explicado por lateoracintica de los gases.Lquidos: los lquidos contienen una concentracin de molculas mayor por unidad de volumen, de manera que cada molcula tiene varias vecinas con las cuales puede interactuar y las fuerzas intermoleculares son mayores. Como resultado, el movimiento molecular se restringe ms en un lquido. Lamigracinde molculas desde una regin hacia otra ocurre pero a una velocidad menor que en el caso de los gases. Las molculas de un lquido vibran de un lado a otro, sufriendo con frecuencia colisiones con las molculas vecinas.

Coeficientes de difusin gaseosa en celdas de Arnold

La tendencia natural de tomos y molculas a moverse desde zonas de alta concentracin hacia zonas de baja concentracin se denomina difusin. La difusin se define como el transporte neto debido al movimiento aleatorio; es un fenmeno de transporte de masa por movimiento atmico (en el caso de metales); de cationes y aniones (en el caso de cermicas inicas) y de macromolculas (en el caso de polmeros). Esta transferencia permite que muchas reacciones y procesos importantes en la fabricacin de un componente o una estructura de ingeniera sean posibles.

Fig, 1.1 DifusinOtra definicin de difusin es el paso de las molculas selectivas de un medio a otro, debido a la diferencia de concentracin. la barrera de este transporte son los mismos fluidos. Ejemplo: El fenmeno de difusin se puede demostrar mediante el par difusor formado por la unin dedos metales puestos en contacto (Cu-Ni). Estos se somete a alta temperatura durante un largo perodo de tiempo y luego se enfra.La difusin tiene su origen en los gradientes de concentracin de una especie en una mezcla y su aparicin provoca modificaciones a las ecuaciones de transferencia. Se la puede definir como el flujo de alguna propiedad desde concentraciones altas a concentraciones bajas, ejemplo de esto son el flujo de partculas de polen, de sal en el ocano, etc.La difusin ocurre en el interior de slidos, lquidos y gases y se lleva a cabo por las fuerzas impulsoras, en un gradiente que va de mayor a menor; la misma se ve marcada por operaciones de transferencia de calor y materia (los fenmenos de transferencia de masa no se dan si hay una barrera entre ellos) y esta influida por la viscosidad, solubilidad, caudal, tipo de componente y nmero de componentes.

Aspectos importantes:

La difusin es el flujo neto causado por el desplazamiento aleatorio. El flujo difusivo es proporcional, pero de signo opuesto, al gradiente de concentracin. La difusin acta diluyendo la concentracin y reduciendo los gradientes de concentracin.Difusin Molecular

Es el movimiento de las molculas de los componentes de una mezcla debido a la diferencia de concentraciones existente en el sistema. Tomndose como ejemplo ilustrativo los casos de un lquido que se evapora en aire o el de vapor hmedo condensando sobre una superficie. Evidentemente en las fases gaseosas cerca de las interfaces existira una concentracin de componentes muy diferente de la que existe en el seno de la fase gaseosa y bien alejada de la pared. Si bien estos ejemplos tratan el caso del aire, que es un conjunto de gases, consideraremos en general en lo sucesivo solamente mezclas de solo dos componentes diferentes. Tambin se limitar el estudio a los casos en que ambos compuestos no reaccionan qumicamente entre s. A travs del tiempo una mezcla no homognea variar la distribucin de su concentracin punto a punto en el espacio. Esta variacin tiene dos causas:

a.El movimiento macroscpico del fluido, conveccin, que da origen a un mezclado mecnico.b.El transporte molecular de sustancia de la mezcla de una regin del fluido a la otra. El transporte por esta va se llama difusin.La difusin tiene su origen en los gradientes de concentracin de una especie en la mezcla. Su aparicin provoca modificaciones a las ecuaciones de transferencia de calor e hidrodinmicas que se han estudiado en Transferencia de Calor. En efecto, los procesos de transferencia de masa, de calor e hidrodinmicos no son independientes sino que se encuentran acoplados. Se analizara los alcances de estas relaciones y los criterios para emplear en la construccin de modelos con aplicaciones en ingeniera.

Supongamos que su concentracin vara con la posicin al lo largo del eje X. Llamemos J a la densidad de corriente de partculas, es decir, al nmero efectivo de partculas que atraviesan en la unidad de tiempo un rea unitaria perpendicular a la direccin en la que tiene lugar la difusin. La ley de Fick afirma que la densidad de corriente de partculas es proporcional al gradiente de concentracin:J= - D (n/x)La constante de proporcionalidad se denomina coeficiente de difusin D y es caracterstico tanto del soluto como del medio en el que se disuelve.En Metales.

El movimiento de los tomos de un metal puro o del elemento base o sovente se conoce como "difusin propia", mientras que la difusin de un metal como elemento de aleacin en otro metal (base), se conoce como "difusin sustitucional" (si la solucin que forman ambos elementos es del tipo sustitucional) o "difusin intersticial" (si la solucin formada es del tipo instersticial).El movimiento de los tomos dentro de un slido metlico, en el caso de difusin propia y difusin sustitucional, depende de la existencia de "sitios vacantes", las cuales son un tipo de defecto que posee todo metal y el cual es dependiente de la temperatura, su dependencia es de forma exponencial, por lo que a mayor temperatura mayor concentracin de sitios vacantes, con el consecuente aumento en la difusin atmica, adems de que a mayor temperatura mayor energa poseen los tomos, aumentando por tanto la frecuencia de salto de los mismos de un sitio vacante a otro.(Daz, F. 2007)El fenmeno de la difusin se puede demostrar tomando un par difusor formado por dos metales puestos en contacto a travs de sus caras (cobre y nquel). Al elevar la temperatura por debajo de su punto de fusin, durante un largo periodo de tiempo, se puede comprobar por anlisis qumico postrerior, que la composicin de los ha cambiado. Difusin Gaseosa

La teora del transporte molecular de gases nos permite realizar estimaciones razonables del factor de separacin inherente para aquellos procesos de separacin que se basan en velocidades diferentes del transporte molecular en fase gaseosa. A continuacion , se muestra en la siguiente figura tenemos un ejemplo de difusion gaseosa

La mezcla gaseosa a separar esta en el lado izquierdo de una barrera porosa, por ejemplo una pieza de metal sinterizado conteniendo espacios huecos entre las partculas metlicas. Se mantiene un gradiente de presin a travs de la barrera , con la presin en el lado del alimento (izquierdo) mucho mayor que en el lado del producto (derecho). Este gradiente de presin causa un flujo de moleculas de izquierda a derecha a travs de la barrera de la mezcla gaseosa a separar. Si esta barrera tiene poros muy pequeos y si la presin del gas es suficientemente baja, la trayectoria libre media de las molculas gaseosas ser grande comparada con las dimensiones del poro. Ahora vamos a suponer que la composicin del lado de alta presin no cambia apreciablemente a lo largo del agotamiento de una de las especies gaseosas.

Demostracin Del Clculo Del Coeficiente De Difusividad Por Medio De La Celda De Arnold.

El coeficiente de difusin, para un sistema gaseoso, puede ser medido experimentalmente en una celda de difusin de Arnold. Consta de un tubo angosto parcialmente lleno con lquido puro A, (figura 1), el cual se mantiene a temperatura y presin constante por medio de un bao de agua. Un gas B se hace fluir a travs del terminal abierto del tubo; debe tener una solubilidad despreciable en el lquido A al tiempo que debe ser inerte qumicamente a l.

El componente A se vaporiza y difunde dentro de la fase gaseosa La velocidad de vaporizacin de A, puede ser expresada matemticamente en trminos del flujo msico o molar. Considere la celda de difusin de Arnold mostrada en la figura 1, conteniendo un liquido solvente A. La temperatura y la presin de la celda se mantienen constantes tanto como sea posible. Un flujo constante de gas insoluble B que pasa en la parte superior de la celda establece una pelcula estancada por encima del lquido. El vapor de A difunde hacia arriba a travs de esta pelcula y se mezcla con B puro en la parte superior de la celda. En el tiempo t la celda tiene la profundidad de la interfaz Zi, medida desde la parte superior de la celda hasta la base del menisco del lquido. Usando un estado casi estacionario de la solucin ideal que regulan la profundidad de la interfaz se puede desmostar que:

Coeficientes De DifusinEs un valor que representa la facilidad con que cada soluto en particular se mueve en undisolventedeterminado. Depende de tres factores: Tamao y forma del soluto Viscosidad del solvente TemperaturaAlgunas observaciones sobre el coeficiente de difusin: El coeficiente de difusin de un A en otro B es simtrico es decir DA-B = DB-A El coeficiente de difusin es siempre positivo. Las unidades del coeficiente de difusin son [L]2[t]-1por ejemplo m2/s. Destaquemos que este tipo de unidades tambin las tiene la difusividad trmica y la viscosidad cinemtica.Debido a la naturaleza compleja de la difusin de masa, los coeficientes de difusin suelen determinarse en forma experimental. La teora cintica de los gases indica que el coeficiente de difusin para los gases diluidos, a presiones ordinarias, es en esencia independiente de la composicin de la mezcla y tiende a crecer con la temperatura al mismo tiempo que a decrecer con la presin.

Se pueden estimar, si no se tienen datos mejores, los coeficientes de difusin para gases a travs de la formula surgida de la terica cintica de los gases

condA y dBlos dimetros moleculares de los gasesAyByPla presin del sistema. Observemos que aumentando la presion disminuye la difusin. Para lquidos se suele utilizar la teora hidrodinmica. Si se considera el caso de molculas grandes y esfricas se puede aplicar esta Teora que da como resultado la frmula de Stokes Einstein:

Esta frmula es una buena aproximacin con errores del orden del 15 %.

En la tabla 14-1, se dan los coeficientes de difusin de algunos gases en el aire a la presin de 1 atm, a varias temperaturas:

Los coeficientes de difusin de los slidos y de los lquidos tambin tienden a crecer con la temperatura, exhibiendo al mismo tiempo una fuerte dependencia respecto a la composicin. El proceso de difusin en los slidos y los lquidos es mucho ms complicado que en los gases y, en este caso, los coeficientes de difusin se determinan casi exclusivamente en forma experimental.En las tablas 14-2 y 14-3, se dan los coeficientes de difusin binaria para varias mezclas de gases, as como soluciones slidas y lquidas, binarias. Con base en estas tablas, se hacen dos observaciones:

1. En general, los coeficientes de difusin son losms altos en los gasesy losms bajos en los slidos. Los coeficientes de difusin de los gases son mayores que los de los lquidos en varios rdenes de magnitud.2. Los coeficientes de difusinse incrementan con la temperatura. Por ejemplo, el coeficiente de difusin (y, por lo tanto, la razn de la difusin de masa) del carbono a travs del hierro, en el transcurso de un proceso de endurecimiento, se incrementa hasta 6 000 veces conforme se eleva la temperatura desde 500C hasta 1 000C.Coeficiente de transferencia de masa en diferentes dispositivos

La transferencia de gases es un proceso importante en el tratamiento de agua, en el caso de las aguas residuales que pueden ser tratadas mediante lodos activados, filtros biolgicos y digestin aerobia, la eficiencia depende de la disponibilidad de cantidades suficientes de oxgeno. La teora ms utilizada para explicar el mecanismo de transferencia de masa en el intercambio gas-lquido es la teora de la doble capa, el modelo se basa en la existencia de dos capas, una de lquido y otra de gas en la interfase gas-lquido. Ambas capas dan una resistencia al paso de molculas de gas entre las fases lquida y gaseosa. En la transferencia de molculas de gas de la fase gaseosa a la lquida, los gases ligeramente solubles encuentran la resistencia principal a la transferencia en la capa lquida, en tanto que los gases muy solubles hallan dicha resistencia en la capa gaseosa. Los gases de solubilidad intermedia hallan una importante resistencia en ambas capas. La figura 1 muestra un esquema de las dos capas. La tasa de transferencia del gas es, en general, proporcional a la diferencia entre la concentracin existente y la concentracin de saturacin del gas en la solucin. En forma de ecuacin, la relacin puede expresarse como:dC/dt = KLa (Cs C) (1) siendo: C = concentracin del gas a un tiempo t (mg/L) t = tiempo (s) Cs = concentracin de saturacin del gas (mg/L) KLa = coeficiente de transferencia volumtrico (s-1).KLa incluye, en este caso, el efecto de la resistencia de una y otra capa, y es tambin funcin del rea de la interfase gas-lquido que existe por volumen unitario de fluido.

La concentracin de equilibrio del gas disuelto en un lquido es funcin de la presin parcial del gas en contacto con el lquido. Esta relacin viene dada por la ley de Henry: Pg = H Xg (2) Siendo: Pg = presin parcial del gas en atmsferas H = constante de la Ley de Henry, est en funcin de la temperatura y naturaleza del sistema. Xg = fraccin molar de equilibrio del gas disuelto en la fase lquida, El oxgeno es relativamente poco soluble en el agua por lo cual es necesario aumentar la interfase agua-aire. En los procesos de tratamiento de agua la aireacin se logra casi siempre con burbujas de aire que se dispersan en el lquido desde el fondo de los tanques de contacto de 3 a 4 metros de profundidad. Los dispositivos de aireacin ms utilizados son tubos y placas porosas, tuberas perforadas y difusores plsticos o metlicos de diversas formas y tamaos, Tambin se emplean dispositivos basados en la formacin de esfuerzos cortantes para crear pequeas burbujas haciendo que un flujo de lquido choque en un orificio de modo que las burbujas de aire se rompan en otras de menor tamao. Los aireadores mecnicos consisten, por lo general, en turbinas de alta velocidad que funcionan en la superficie del lquido, parcialmente sumergidas. Se disean de forma que mezclen ntimamente y recirculen grandes volmenes de agua y aire. Para una cantidad dada de aire introducida en un lquido, la superficie disponible por la que puede tener lugar la transferencia de gas aumenta a medida que el tamao de burbujas disminuye. La transferencia efectiva de gas depende tambin de la agitacin del agua. La turbulencia reduce el espesor de la capa lquida y disminuye la resistencia a la transferencia y a la dispersin del gas disuelto una vez que haya tenido lugar la transferencia. Las burbujas de aire tienen un efecto ascensional debido al arrastre viscoso y favorecen la turbulencia y circulacin del lquido, conforme suben las burbujas de aire tienden a aumentar de tamao debido a la reduccin de presin y coalescencia. Para un volumen dado de agua, los aireadores se calculan en base a la cantidad de oxgeno transferido por unidad de aire introducido en el agua en condiciones equivalentes de presin, temperatura y naturaleza del agua. Los objetivos de este estudio son analizar la transferencia de oxgeno en agua para un reactor de columna, alimentando el aire con un difusor de burbujas de un centmetro de dimetro y compararlo con la aireacin a travs de un vnturi, tomando en cuenta el efecto de la recirculacin del agua.QDTGC es un equipo didctico que permite a los estudiantes familiarizarse con las nociones tericas acerca de las operaciones unitarias de transferencia de masa, concretamente de la difusin de un lquido voltil en un gas inerte, obteniendo datos y resultados experimentales muy tiles para la ptima comprensin prctica del proceso y, por tanto, para la formacin tcnica de los alumnos. La determinacin experimental del coeficiente de difusin, D , para una mezcla binaria, se puede realizar mediante un dispositivo tal AB como una probeta con dimensiones tales que los efectos en los lmites del sistema se pueden despreciar. Supngase, asimismo, que en su interior se evapora lenta y continuamente un lquido puro A, y que sus vapores se difunden a travs de un gas inerte B. Durante el experimento, la temperatura y la presin se mantendrn constantes. Por otra parte, slo se considerar difusin en la direccin del eje z. Dichas suposiciones se consiguen si se utiliza un capilar de vidrio en lugar de una probeta. Dicho capilar contendr un disolvente voltil (lquido puro A), y un gas (en nuestro caso, aire) que fluir horizontalmente en rgimen laminar. Para variar la temperatura del disolvente voltil se dispone de un bao termosttico, que ejercer su funcin mediante el mtodo conocido popularmente como bao mara. El experimento consistir en medir la diferencia de alturas en un intervalo de tiempo, para lo cual se dispone de un dispositivo que permite medir distancias. Este Equipo Controlado desde Computador se suministra con el Sistema de Control desde Computador (SCADA) de EDIBON, e incluye: el propio Equipo + una Caja-Interface de Control + una Tarjeta de Adquisicin de Datos + Paquetes de Software de Control y Adquisicin de Datos, para el control del proceso y de todos los parmetros que intervienen en el proceso.

Con este equipo existen diferentes opciones y posibilidades: - Items principales: 1, 2, 3, 4, 5 y 6. - Items opcionales: 7, 8, 9, 10, 11 y 12. Permtanos describir primero los items principales (1 a 6): Equipo QDTGC: Equipo de sobremesa. Estructura de aluminio anodizado y paneles en acero pintado. Elementos principales metlicos en acero inoxidable. Diagrama en el panel frontal con distribucin similar a la de los elementos en el equipo real. Un tubo capilar de precisin, de vidrio (un tubo capilar de dimetro interior conocido). Bomba de aire con regulacin de aire, controlada desde computador (PC), rango: 1-7 l./min. Un sistema ptico con ajuste de enfoque de precisin y montado sobre un elemento de desplazamiento vertical. Medida de las distancias mediante un sensor de desplazamiento. Un bao de agua (transparente) termostticamente controlado. Capacidad: 36 litros. Resistencia de calentamiento (500 W), controlada desde computador (PC). 2 Sensores de temperatura. Interruptor de nivel. El equipo completo incluye tambin: Sistema SCADA con Control Avanzado en Tiempo Real y Control PID. Control Abierto + Multicontrol + Control en Tiempo Real. Software de Control EDIBON especfico, basado en Labview. Tarjeta de Adquisicin de Datos de National Instruments (250 KS/s, kilo muestras por segundo). Ejercicios de calibracin, incluidos, que ensean al usuario cmo calibrar un sensor y la importancia de comprobar la precisin de los sensores antes de realizar las mediciones. Compatibilidad del equipo con un proyector y/o una pizarra electrnica, que permiten explicar y demostrar el funcionamiento del equipo a toda la clase al mismo tiempo. Preparado para realizar investigacin aplicada, simulacin industrial real, cursos de formacin, etc. El usuario puede realizar las prcticas controlando el equipo a distancia, y adems es posible realizar el control a distancia por el departamento tcnico de EDIBON. El equipo es totalmente seguro, ya que dispone de 4 sistemas de seguridad (mecnico, elctrico, electrnico y por software). Diseado y fabricado bajo varias normas de calidad. Software opcional CAL, que ayuda al usuario a realizar los clculos e interpretar los resultados. Este equipo se ha diseado para poder integrarse en futuras expansiones. Una expansin tpica es el Sistema SCADA NET de EDIBON (ESN) que permite trabajar simultneamente a varios estudiantes con varios equipos en una red local. QDTGC/CIB. Caja-Interface de Control: La Caja-Interface de Control forma parte del sistema SCADA. Caja-Interface de Control con diagrama del proceso en el panel frontal, con la misma distribucin que los elementos en el equipo, para un fcil entendimiento por parte del alumno. Todos los sensores, con sus respectivas seales, estn adecuadamente preparados para salida a computador de -10V. a +10V. Los conectores de los sensores en la interface tienen diferente nmero de pines (de 2 a 16) para evitar errores de conexin. Cable entre la caja-interface de control y el computador. Los elementos de control del equipo estn permanentemente controlados desde el computador, sin necesidad de cambios o conexiones durante todo el proceso de ensayo. Visualizacin simultnea en el computador de todos los parmetros que intervienen en el proceso. Calibracin de todos los sensores que intervienen en el proceso. Representacin en tiempo real de las curvas de las respuestas del sistema. Almacenamiento de todos los datos del proceso y resultados en un archivo. Representacin grfica, en tiempo real, de todas las respuestas del sistema/proceso. Todos los valores de los actuadores pueden ser cambiados en cualquier momento desde el teclado, permitiendo el anlisis de las curvas y respuestas del proceso completo. Todos los valores de los actuadores y sensores y sus respuestas se muestran en una misma pantalla en el computador. Seales protegidas y filtradas para evitar interferencias externas. Control PID en tiempo real con flexibilidad de modificaciones de los parmetros PID desde el teclado del computador, en cualquier momento durante el proceso. Control PID y on/off en tiempo real para bombas, compresores, resistencias, vlvulas de control, etc. Control PID en tiempo real de los parmetros que intervienen en el proceso simultneamente. Control proporcional, control integral y control derivativo, basado en la frmula matemtica real del PID, mediante cambio de los valores, en cualquier momento, de las tres constantes de control (constantes proporcional, integral y derivativa). Control abierto permitiendo modificaciones, en cualquier momento y en tiempo real, de los parmetros que intervienen en el proceso, simultneamente. Posibilidad de automatizacin de los actuadores que intervienen en el proceso. Tres niveles de seguridad, uno mecnico en el equipo, otro electrnico en la interface de control y el tercero en el software de control.DAB. Tarjeta de Adquisicin de Datos: La Tarjeta de Adquisicin de Datos forma parte del sistema SCADA. Tarjeta de Adquisicin de Datos PCI (National Instruments) para ser alojada en un slot del computador. Bus PCI. Entrada analgica: Nmero de canales= 16 single-ended 8 diferenciales. Resolucin=16 bits, 1 en 65536. Velocidad de muestreo hasta: 250 KS/s (kilo muestras por segundo). Rango de entrada (V)= 10V. Transferencia de datos=DMA, interrupciones, E/S programadas. Nmero de canales DMA =6. Salida analgica: Nmero de canales=2. Resolucin=16 bits, 1 en 65536. Mx. velocidad de salida hasta: 833 KS/s. Rango salida(V)= 10 V. Transferencia de datos=DMA, interrupciones, E/S programadas. Entrada/Salida digital: Nmero de canales=24 entradas/salidas. Frecuencia muestreo de los canales: 0 a 1 Mhz. Temporizacin: Contador/temporizadores=2. Resolucin: Contador/temporizadores: 32 bits. QDTGC/CCSOF. Software de Control y Control PID+Adquisicin de Datos+Manejo de Datos: Los tres softwares forman parte del sistema SCADA. Compatible con los sistemas operativos Windows actuales. Simulacin grfica e intuitiva del proceso en la pantalla. Compatible con los estndares de la industria. Registro y visualizacin de todas las variables del proceso de forma automtica y simultnea. Software flexible, abierto y multi-control, desarrollado con sistemas grficos actuales de ventanas, actuando sobre todos los parmetros del proceso simultneamente. Control PID analgico y digital. Men para la seleccin del PID y del punto de consigna requeridos en todo el rango de trabajo. Manejo, manipulacin, comparacin y almacenamiento de los datos. Velocidad de muestreo hasta 250 KS/s (kilo muestras por segundo). Sistema de calibracin de los sensores que intervienen en el proceso. Permite el registro del estado de las alarmas y de la representacin grfica en tiempo real. Anlisis comparativo de los datos obtenidos, posterior al proceso y modificacin de las condiciones durante el proceso. Software abierto, permitiendo al profesor modificar textos, instrucciones. Passwords del profesor y del alumno para facilitar el control del profesor sobre el alumno, y que permite el acceso a diferentes niveles de trabajo. Este equipo permite que los 30 alumnos de la clase puedan visualizar simultneamente todos los resultados y la manipulacin del equipo durante el proceso usando un proyector o una pizarra electrnica. Cables y Accesorios, para un funcionamiento normal. Manuales: Este equipo se suministra con 8 manuales: Servicios requeridos, Montaje e Instalacin, Interface y Software de Control, Puesta en marcha, Seguridad, Mantenimiento, Calibracin y Manual de Prcticas. 5 6 *Referencias de1 a 6 son los items principales: QDTGC + QDTGC/CIB + DAB + QDTGC/CCSOF + Cables y Accesorios + Manuales estn incluidos en el suministro mnimo para permitir el funcionamiento completo. 4 3.

Practicas adicionalesSe pretende concienciar al alumno de la importancia de las operaciones de separacin basadas en el equilibrio y, en concreto, de aquellas controladas por la transferencia de materia. Asmismo, comprender los fundamentos de las operaciones en contacto continuo e intermitente, y abordar el dimensionamento de las unidades de separacin ms relvantes como son la rectificacin y la absorcin. El enfoque de la materia ser eminentemente prctico, incidiendo en las clases de teora y problemas en los tipos de problemas ms frecuentes a los que se puede enfrentar el futuro ingeniero y dando una descripcin de las reglas utilizadas para la seleccin de equipos. Conocer los fundamentos fsicos de la transferencia de energa, materia y carga elctrica.Saber desarrollar las ecuaciones de control que rigen los diferentes mecanismos de transporte.Teora1. Introduccin a los fenmenos de transporte Fundamentos. Ecuacin general de conservacin y transporte. Niveles de descripcin de los fenmenos de transporte: fenomenolgico, cintico y microscpico. Procesos irreversibles. Leyes fenomenolgicas (Newton, Fick, Fourier, Ohm) y coeficiente de transporte (coeficiente de viscosidad, difusin, conductividad trmica y elctrica). Aplicaciones biolgicas: Transporte activo y pasivo. Potencial de membrana. Transmisin del impulso nervioso. Motores moleculares.2. Transporte en fluidos: Caracterizacin del transporte en fluidos: fluidos newtonianos y no newtonianos Volumen y superficie de control. Aplicacin de las ecuaciones generales de transporte a los fluidos Transporte conductivo y convectivo: conveccin natural y forzada Parametrizacin del transporte en fluidos: nmeros caractersticos (Reynolds, Rayleigh, Froude, Weber, Euler, Cauchy) Ecuacin de Navier-Stokes: condicin de capa lmite Aplicaciones a casos prcticos: manto terrestre, procesos atmosfricos, otros3. Transporte en gases: Gas ideal. Distribucin de Maxwell-Boltzmann. Recorrido libre medio. Coeficientes de transporte Teora cintica. Ecuacin de Liouville. Ecuacin de Boltzmann.4. Transporte en fases condensadas: Movimiento browniano. Ecuacin de Langevin. Funciones de correlacin y coeficientes de transporte. Subdifusin y superdifusin.5. Transporte a travs de membranas: Transporte de gases a travs de membranas: descripcin fenomenolgica y microscpica. smosis. smosis inversa. Aplicaciones tecnolgicas (desalinizacin, dilisis, ...), y biolgicas (transporte pasivo; medio hipertnico, isotnico e hipotnico).6. Transporte de carga Procesos de transporte en conductores de 1 especie: ecuacin de Boltzmann Interfase electrizada: transporte a travs de la interfase. Potencial de interfase Fenmenos de difusin: Ley de Fick del transporte de carga Procesos de transporte en conductores de 2 especie: ecuacin de Butler-Volmer Aplicacin de las ecuaciones de transporte de carga a sistemas fsicos: unin p-n, contacto metal-semiconductor, emisin de electrones, otras aplicaciones

PRCTICAS DE LABORATORIO Prctica 1: Transferencia de calor en sistemas con y sin cambio de fase. Determinacin de coeficientes de transferencia. Aplicacin: procesos evaporativos-condensativos

Prctica 2: Transferencia de masa: fenmenos difusivos y convectivos. Aplicaciones: estanques solares

Prctica 3: Transferencia de carga y masa: sistemas electroqumicos. Aplicaciones: almacenadores elctricos y celdas de combustible

Prctica 4: Transporte de masa y energa en sistemas con membranas. Aplicaciones: sistemas de smosis inversa y destilacin con membranasLa calificacin de la convocatoria extraordinaria de septiembre se obtendr siguiendo exactamente el mismo procedimiento de evaluacin.Los contenidos desarrollados en el curso son los contemplados de forma sucinta en el descriptor de la materia en el plano de estudios de la titulacin:Principios bsicos. Absorcin. Destilacin y Rectificacin".

El programa de la materia consta de 9 temas bsicos, que se detallan a continuacin:

I. Introducin y Principios BsicosTema 1. Introducin a la operaciones de transferencia de materia: EquiposTema 2. Equilibrio lquido-gas y lquido-vapor. El proceso de transferenciaTema 3. Procesos de separacin monoetapa: Destilacin flash, destilacin diferencial

II. Contacto IntermitenteTema 4. Separacin por contacto intermitente entre fasesTema 5. Rectificacin de mezclas binarias: mtodos de clculo simplificados

III. Contacto ContinuoTema 6. Separacin por contacto continuo entre fasesTema 7. Absorcin de mezclas binarias: mtodos de clculo simplificados.

IV. Otros SistemasTema 8. Otros sistemas de separacin de componentes: AdsorcinTema 9. Introduccin al estudio de sistemas multicomponentes.

A continuacin pasa a explicarse, de forma detallada, los contenidos de cada uno de los temas, describiendo, adems, los objetivos que se pretenden alcanzar, subrayando aquellos contenidos ms importantes que se deban destacar.

El primer bloque se inicia con un tema de repaso sobre las diversas operaciones de transferencia de materia, para a continuacin estudiar de forma ms detallada los equipos principales utilizados en estas etapas. El tema 2 es un tema de repaso sobre los principales conceptos termodinmicos a usar en el resto del temario, como los relativos a los equilibrios lquido-gas y lquido-vapor. En el tercer tema ya se comienza con el estudio de los procesos de separacin ms sencillos dentro del campo de la destilacin: los procesos monoetapa.

El bloque 2 se centra en el estudio de las cascadas de rectificacin: sus diversas partes y configuraciones, etc. Se estudian los fundamentos de los mtodos numricos y grficos ms usados, haciendo especial hincapi en la aplicacin del mtodo de McCabe-Thiele para la resolucin de diversos sistemas.

El tercer bloque se centra en las operaciones de separacin que se llevan a cabo mediante contacto continuo, tomando como proceso ms representativo las columnas de absorcin. Se comienza este bloque por los conceptos bsicos de difusin entre fases, teora de la doble pelcula, definicin y determinacin de coeficientes individuales y globales de transferencia de materia, etc. En el tema siguiente ya se trata la resolucin simplificada de sistemas de absorcin utilizando los conceptos de altura de la unidad de transferencia y nmero de unidades de transferencia.

El ltimo bloque consta de dos temas en los que se pretende abordar otros sistemas. En primer lugar se estudia una operacin de inters como es la adsorcin, especialmente en el tratamiento de lquidos y gases contaminantes. Finalmente, el ltimo tema tiene como objetivo dar una panormica cualitativa de la problemtica de los sistemas multicomponentes, que el alumno tiene posibilidad de abordar nicamente con la ayuda de herramientas informticas, como el simulador Hysys, disponible en otras prcticas de esta titulacin, y para el aprovechamiento de las cuales el contenido de esta asignatura se estima como muy importante.Conclusin

En primer lugar se estudia una operacin de inters como es la adsorcin, especialmente en el tratamiento de lquidos y gases contaminantes. Finalmente, el ltimo tema tiene como objetivo dar una panormica cualitativa de la problemtica de los sistemas multicomponentes, que el alumno tiene posibilidad de abordar nicamente con la ayuda de herramientas informticas, como el simulador Hysys, disponible en otras prcticas de esta titulacin, y para el aprovechamiento de las cuales el contenido de esta asignatura se estima como muy importante. Se vio y observo de una manera muy interesante los tipos de materiales y equipos que se pueden encontrar en un laboratorio es de gran importancia saber su uso adecuado y la importancia en la ingeniera qumica.

Bibliografa

Transferencia de masa - monografias.comwww.monografias.com/trabajos10/semi/semi.shtml

[pdf]transferencia de masa-fundamentos - cubaeduca ...educaciones.cubaeduca.cu/medias/pdf/2697.pdf

Coeficiente de transferencia de masa en diferentes dispositivos ...www.mitecnologico.com.mx.

19 laboratorio integral 1