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Aslan Gavrilov
Aslan Gavrilov

Transferencia De Masa Hines Maddox __EXCLUSIVE__


En cada experimento se varió la velocidad de agitación y se tomaron cinco alícuotas de 10 mL cada 2 minutos, las cuales fueron tituladas con NaOH 0,001M. Los resultados que se obtuvieron para la primera y segunda experiencia fueron: área superficial promedio de 16,73 0,29 cm2 y 14,58 0,27 cm2, respectivamente, y un coeficiente global de transferencia de masa (kc) de 3.79 0.07 cm/min para el primer caso y 4.89 0.09 cm/min para el segundo, donde se pudo observar que hubo una mayor transferencia de masa en la segunda experiencia producto del incremento en la velocidad de agitación. Finalmente la relación existente entre el coeficiente kc y la velocidad de agitación viene dada por la siguiente expresión: . De la experiencia práctica se pudo concluir que la transferencia de masa de las pastillas hacia el agua destilada se incrementa con el aumento de la velocidad de agitación en el reactor.




Transferencia De Masa Hines Maddox



Una de las aplicaciones de la Ingeniería Química que resulta más importante a escala industrial es la transferencia de masa, puesto que la mayoría de los procesos químicos requieren de la purificación inicial de las materias primas o de la separación final de productos y subproductos. Para esto en general, se utilizan las operaciones de transferencia de masa.


Con frecuencia, el costo principal de un proceso deriva de las separaciones que se llevan a cabo a través de mecanismos de transferencia de masa. Los costos por separación o purificación dependen directamente de la relación entre la concentración inicial y final de las sustancias separadas; si esta relación es elevada, también lo serán los costos de producción.


Algunos de los ejemplos del papel que juega la transferencia de masa en los procesos industriales son: la remoción de materiales contaminantes de las corrientes de descarga de los gases y aguas contaminadas, la difusión de neutrones dentro de los reactores nucleares, la difusión de sustancias al interior de poros de carbón activado, la rapidez de las reacciones químicas catalizadas y biológicas así como el acondicionamiento del aire, etc.


En la industria farmacéutica también ocurren procesos de transferencia de masa tal como la disolución de un fármaco, la transferencia de nutrientes y medicamento a la sangre, etc.


Posteriormente con los datos experimentales recolectados se desea determinar el área efectiva de transferencia de masa y así poder conocer el coeficiente de transferencia de masa (). Finalmente, se establecerá una relación entre la velocidad de agitación y el coeficiente de transferencia de masa.


El estudio de la transferencia de masa se realiza mediante la superposición de dos contribuciones: difusión y convección. El transporte convectivo proviene del movimiento global de la mezcla; mientras que el transporte difusivo se debe al movimiento relativo de los componentes de una mezcla, con velocidades individuales diferentes en magnitud y dirección, cuyo propósito último es establecer un estado de uniformidad de potenciales químicos (equilibrio difusivo) en toda la extensión del sistema (Treybal, 1988).


En este sentido, se tiene que la transferencia de masa entre un fluido y partículas sólidas suspendidas generalmente se lleva a cabo en un recipiente agitado. McCabe señala que la agitación se refiere al movimiento inducido de un material en una forma específica, generalmente con un modelo circulatorio dentro de algún tipo de contenedor. Los líquidos se agitan con diversos fines, dependiendo de los objetivos de la etapa del proceso. Dichos fines comprenden:


En los cálculos típicos que se realizan en el estudio de la transferencia de masa se suele definir un parámetro que agrupa todos los efectos convectivos y difusivos, éste es el coeficiente de transferencia de masa (kc), de modo tal que el flujo total sea proporcional a un gradiente de concentraciones (o composiciones), el coeficiente de transferencia de masa kc e inversamente proporcional al espesor de la capa en la cual se efectúa la transferencia.


Es importante aclarar que si la transferencia ocurre entre dos fases, hay un coeficiente de transferencia de masa para cada una de ellas y si ocurre en una sola fase, sólo hay un coeficiente de transferencia de masa (Hines y Maddox, 1987).


Luego se presentan las áreas promedio de transferencia al igual que los coeficientes globales de transferencia de masa obtenidos para cada experiencia. Se recomienda ver la sección de Apéndices para verificar el modelo de cálculo empleado.


En cuanto a los valores obtenidos se tiene que para la velocidad de 351,3 RPM se obtuvo un coeficiente de transferencia de masa de (3,79 0,07) cm/min; mientras que para la velocidad de agitación de 384,3 RPM se obtuvo un coeficiente de (4,89 0,09) cm/min; con lo cual se comprueba en primer lugar que la velocidad de agitación del tanque tiene un efecto sobre el proceso de transferencia de masa y por otro lado, se verifica que esta relación es proporcional, es decir a mayor velocidad de agitación mayor transferencia de masa, lo cual concuerda con lo esperado teóricamente.


Otro resultado importante que vale la pena discutir brevemente es el área de transferencia resultante para cada caso y según se observa en la tabla 4.7, para la velocidad de agitación de 351,3 RPM se obtuvo un área de (16,73 0,29) cm2; mientras que para la velocidad de 384,3 RPM se obtuvo un área de (14,58 0,27) cm2. Entonces, a primera vista resultaría un poco inquietante observar que a la velocidad mayor se obtuvo un área de transferencia menor; sin embargo, no hay que olvidar que cuando ocurre una mayor transferencia de masa, el área de la pastilla disminuye respecto al valor que se tendría con una menor transferencia, ya que una mayor parte del sólido ha pasado a fase líquida y dado que se está considerando como área de transferencia al promedio de las áreas superficiales de las pastillas al inicio y al final de la experiencia, el área total resultante va a ser menor.


Finalmente, despreciando la variación de temperaturas antes señalada, se trató de establecer una relación entre el coeficiente global de transferencia de masa y la velocidad de agitación, que en nuestro caso en particular, consideramos la velocidad lineal (velocidad angular multiplicada por el radio), resultando que el mejor ajuste a nuestros parámetros lo originaba una función de tipo potencial, tal como se reportaba en la bibliografía. Dicha relación se presenta a continuación:


Por otro lado, resulta sumamente importante aclarar que dado que sólo se pudo obtener dos puntos para la determinación de la relación entre el coeficiente de transferencia de masa y la velocidad del agitador, no se puede garantizar la validez de dicha expresión, ya que para lograr un ajuste realmente certero con nuestras mediciones se requieren al menos de siete puntos experimentales.


El valor de k se obtuvo a partir de la pendiente de la gráfica vs. T realizando un ajuste lineal en Microsoft Excel. Posteriormente, el coeficiente global de transferencia de masa queda determinado como:


En este trabajo se muestra la operación de un empaque estructurado construido en el Instituto Nacional de Investigaciones Nucleares (ININ), del tipo gasa de alambre y fabricado en latón. Los resultados experimentales son las caídas de presión generadas por el paso de los flujos gaseoso y líquido que cruzan el empaque, las retenciones volumétricas del líquido, los coeficientes volumétricos de transferencia de masa por el lado líquido y las alturas de unidades de transferencia de masa del líquido. Los resultados son comparados con los de el empaque estructurado comercial Sulzer BX, igualmente del tipo de gasa de alambre y construido en acero inoxidable,. Los resultados experimentales muestran que el empaque ININ es más eficiente en la transferencia de masa, pero con mayor caída de presión, en comparación con el empaque Sulzer BX, debido a las características geométricas y al tipo de material de construcción.


El relleno o empaque es el elemento más importante para la adecuada respuesta de las columnas, ya que es donde se realiza el contacto líquido-gas y la transferencia de masa. Se hacen grandes esfuerzos para incrementar la efectividad en el contacto, efectos de caída de presión y reducir pérdidas por arrastre de vapor, que es cuando el vapor retira del proceso a los líquidos pesados por su poder calórico, generando ineficiencias en la separación (Aroonwilas et al. 1999; Chávez et al., 1999; Xu et al., 2000). Debido a su estructura regular, de malla y a consecuencia de su gran capilaridad, pequeñas cantidades de flujo pueden distribuirse uniformemente sobre la superficie del empaque para formar la película líquida. La pendiente de los canales de flujo, aseguran un gran mezclado lateral y los empaques colocados a 90º uno con respecto al otro, garantizan que el líquido y el gas se mezclen a través de la sección horizontal de la columna y al fluir sigan trayectorias bien definidas sobre el empaque que se encarga de dispersar las fases líquida y gaseosa para ponerlas en contacto y promover la transferencia de masa (Billet, 1995).


A pesar de la expansión de los empaques estructurados, el desarrollo de procedimientos adecuados para predecir el comportamiento de este tipo de material, ha quedado rezagado con respecto al crecimiento comercial que han tenido (Fair et al., 2000; Schmit et al., 2000, 2001). En la práctica, los diseños de equipos que contengan empaques estructurados se basan en aproximaciones, partiendo de recomendaciones del fabricante. Los métodos de diseño actuales atacan complejos fenómenos hidráulicos y de transferencia de masa, y su solución requiere de un número significativo de parámetros y coeficientes específicos para cada tipo de empaque, lo cual los hace ser inaplicables para la mayoría de los fines prácticos particulares ya que no son de carácter general (Chávez y Lima, 1998).


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