Procesos de Separación en Ingeniería Ambiental

1. Tema 3. Transferencia de materia por convección TEMA 3. Transferencia de materia por convección • Introducción • 2. Coeficientes de transferencia de materia • 2.1 Coeficientes individuales • 2.2 Coeficientes globales Procesos de Separación en Ingeniería Ambiental

2. Fluidos en régimen laminar Difusión NA,z Ley de Fick Coef. difusión Fluidos en régimen turbulento Convección No hay equivalente a Ley de Fick ¿Ecuaciones equivalentes? Coeficientes difusión empíricos, llamados coeficientes de transporte o de transferencia de materia Depende del sistema, punto y condiciones Tema 3. Transferencia de materia por convección • INTRODUCCIÓN • Convección: Mecanismo por el cual se produce la transferencia de materia cuando los fluidos se desplazan en régimen turbulento. Superpuesto a la difusión (en general, despreciable). Situación habitual en la industria: se favorece el transporte de las tres propiedades extensivas y disminuye la resistencia a la transferencia Procesos de Separación en Ingeniería Ambiental

3. Zona turbulenta: menor resistencia Subcapa laminar: mayor resistencia La mayor parte del gradiente de concentración se encuentra en la subcapa laminar xA  A+B xAo A A xA xA z=0 z= z Transferencia de materia en régimen turbulento. Subcapa laminar. Tema 3. Transferencia de materia por convección • INTRODUCCIÓN (cont.) Fluidos en régimen turbulento Procesos de Separación en Ingeniería Ambiental

4. Tema 3. Transferencia de materia por convección 2. COEFICIENTES DE TRANSFERENCIA DE MATERIA Densidad de flujo Fuerza impulsora Densidad de flujo Coeficiente de transferencia de materia = Fuerza impulsora Fuerza impulsora = Densidad de flujo Resistencia Procesos de Separación en Ingeniería Ambiental

5. sólido líquido xAi A xA Tema 3. Transferencia de materia por convección 2. COEFICIENTES DE TRANSFERENCIA DE MATERIA 2.1 Coeficientes individuales (Transferencia de materia en una fase) . Una sola fase . Fuerza impulsora: diferencia de concentraciones entre la interfase y el seno de la fase NA,z = kx·(xAi – xA) (mol/(m2·s)) Coeficientes volumétricos Superficie específica: a (m2/m3) Procesos de Separación en Ingeniería Ambiental

6. Tema 3. Transferencia de materia por convección 2. COEFICIENTES DE TRANSFERENCIA DE MATERIA 2.1 Coeficientes individuales Procesos de Separación en Ingeniería Ambiental

7. Región 1 turbulento Región 1 transición Región 1 laminar Región 2 laminar Región 2 turbulento Región 2 transición c1 C1,t Fase 2 C1,l C2,i A C2,l C1,i C2,t C2 Fase 1 Interfase Transporte de componente A por convección entre dos fases inmiscibles 1 y 2 Tema 3. Transferencia de materia por convección 2. COEFICIENTES DE TRANSFERENCIA DE MATERIA 2.2 Coeficientes globales (Transferencia de materia entre fases) En estado estacionario y sin generación se verifica que el flujo de A que abandona una fase debe ser el mismo que recibe la otra: Procesos de Separación en Ingeniería Ambiental

8. yA xA yA yAi xAi xA A Fase Y Fase X Interfase z Perfil de concentración en un sistema bifásico Tema 3. Transferencia de materia por convección 2. COEFICIENTES DE TRANSFERENCIA DE MATERIA 2.2 Coeficientes globales En estado estacionario y sin generación se verifica que el flujo de A que abandona una fase debe ser el mismo que recibe la otra: Procesos de Separación en Ingeniería Ambiental

9. yA yAe=f(xA) yA -kx/ky m mx yAi yAe my xA xAi xAe xA Tema 3. Transferencia de materia por convección 2. COEFICIENTES DE TRANSFERENCIA DE MATERIA 2.2 Coeficientes globales (cont.) Transferencia de materia entre fases. Diagrama de equilibrio en un sistema bifásico: yA,e = f(xA) Si la interfase no ofrece resistencia: yA,i = f(xA,i) yA = f(xA,e) yA,e = f(xA) Procesos de Separación en Ingeniería Ambiental

10. Tema 3. Transferencia de materia por convección 2. COEFICIENTES DE TRANSFERENCIA DE MATERIA 2.2 Coeficientes globales (cont.) Para disoluciones diluidas en las que se cumple la ley de Henry: yA = H xA la línea de equilibrio es recta y, por tanto, las tres pendientes son iguales: m = H Procesos de Separación en Ingeniería Ambiental

11. xA yA yA=yAi yA xA yA A yAi xAi A xA xAi=xA Fase Y Fase X z Fase Y Fase X a) Resistencia controlante fase X z b) Resistencia controlante fase Y yA xA yA yAi A xAi a) my yA xA b) kx xA1 c) –kx/ky Fase Y Fase X z c) Control simultáneo a) ky yA1 b) my0 xA Tema 3. Transferencia de materia por convección 2. COEFICIENTES DE TRANSFERENCIA DE MATERIA 2.2 Coeficientes globales (cont.) Procesos de Separación en Ingeniería Ambiental

12. PA PA kg ~ KG cA H<< kl Fase gas Fase líquida cA a) Control de la fase gas. Soluto muy soluble en el líquido PA kl ~ KL PA kg cA H>> Fase gas Fase líquida cA b) Control de la fase líquida. Soluto muy poco soluble en el líquido o gas puro Resistencias a la transferencia de materia en un sistema gas-líquido con equilibrio lineal, PA=H·cA Tema 3. Transferencia de materia por convección 2. COEFICIENTES DE TRANSFERENCIA DE MATERIA 2.2 Coeficientes globales (cont.) Procesos de Separación en Ingeniería Ambiental