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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
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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.
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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
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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 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]
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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
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5
10*3Relaminar
3121
Re664,0 LSc LSh
510*3LRe31Sc8,0
LRe036,0Sh turbulento
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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
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)
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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)
07/04/2016Ing. RAFAEL J. CHERO RIVAS22
Donde: δ, espesor de la película líquida
δ = (μ2/(ρ2*g))1/3