7/25/2019 Problemas de Transferencia de Masa

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Problema 1

Clculo de diferentes coeficientes de transferencia de masa.

Un lquidoA se evapora a 25oc y 1 atm de presin dentro de un tubo de 0.3 cm de dimetro interior

y cuyo extremo inferior se encuentra sellado. Por encima del extremo abierto del tubo fluye una

mezcla gaseosaA-B, donde la presin parcial deA es 0.01 atm. Una vez que se ha estabilizado el

proceso, se determina que la rapidez de evaporacin del lquidoA es 3.92x10-5

mol/hr. La presinde vapor del lquidoA a la temperatura del experimento es 0.15 atm. Determinar los coeficientes de

transferencia de masa k, ky, y kG.

Problema 2

Clculo del coeficiente de transferencia de masa en un lecho empacado.

Imaginemos que tenemos un tubo empacado de esferas de naftaleno de 0.2 cm de dimetro. El rea

superficial de las esferas empacadas la representamos por a y es aproximadamente de 25 cm2por

cada cm3de volumen del lecho; la longitud total de ste es de 60 cm. Supongamos que alimentamos

al tubo aire puro y seco a l atm y 75oC, a una velocidad superficial de 2 m/s y que la presin parcial

del naftaleno al final del tubo es de 2 mm de Hg. La presin de vapor del naftaleno a la temperatura

del aire es 5 mm de Hg. Calcular el coeficiente de transferencia de masa para la sublimacin del

naftaleno.

Problema 3

Estimacin del coeficiente de transferencia de masa mediante la analoga de Chilton-Colburn.

Consideremos la evaporacin de amoniaco lquido hacia una corriente de aire a 27 oC y 1 atm. En un

experimento bajo las mismas condiciones, se ha determinado que el coeficiente de transferencia de

calor es 0.108 cal/cm2soK. La mezcla gaseosa que forman el aire y el amoniaco es diluida. A las

condiciones del experimento, las propiedades del aire son: = 0.0184 cp; Cp = 0.24 cal/g oK, kf =

6.25xl0-4 cal/scmK. Estimar el coeficiente de transferencia de masa para la evaporacin del

amoniaco

Problema 4

Absorcin de H2S en agua.

Un estudio de absorcin de H2S de una corriente de aire en agua se lleva a cabo en una torre

empacada que opera a 30oc y 2 atm. Un estimado del coeficiente de transferencia de masa

individual del lado del gas es de 9.3l x l0 -2cm/s. En un punto determinado de la torre, la fraccin

mol en la interfase del lado del lquido es 2 x l0-5, y la presin parcial del H2S en el seno del gas es

de 0.05 atm. La constante de Henry del sistema es 600 atm/(fraccin mol). Calcular: (a) la tasa de

absorcin del H2S en agua; (b) el coeficiente de transferencia de masa individual kG; (c) el

coeficiente individual de transferencia de masa del lado del lquido, kL; (d) el coeficiente de

transferencia de masa global del lado del lquido KL; y (e) el porcentaje de la resistencia a la

transferencia de masa que se localiza en la fase lquida.

Problema 5

Clculo del -espesor de la pelcula estancada.

En el Ejemplo anterior, en la torre empacada para la absorcin de H2S en agua, el coeficiente de

transferencia de masa del lado del gas era 9.3l x l0-2 cm/s, y encontramos que el coeficiente de

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transferencia de masa del lado del lquido tena un valor de 0.128 cm/s y que la tasa de absorcin

era de l.42 x 10-7mol/cm2s. Calcular el grosor efectivo de la pelcula (a) en la fase gaseosa; (b) en

la fase lquida.

Problema 6

Clculo del tiempo de contacto en la absorcin de S02Un experimento de absorcin de S02de una corriente de aire en agua a 20

oC y 1 atm, se lleva a

cabo en un lecho empacado. En un punto determinado de la torre, el coeficiente de transferencia de

masa del lado del lquido es 0.011 cm/s. Un valor estimado del coeficiente de difusin del so 2en

agua es 2.0 x l0-5cm2/s. Calcular el tiempo de contacto.

Problema 7

Clculo del coeficiente de transferencia de masa a partir de la teora de la capa lmite.

En una planta se derrama benceno accidentalmente sobre la superficie de un patio y alcanza una

extensin de 5 m. Sobre el patio sopla viento a una velocidad de 4 m/s y a una temperatura de 200c.

La difusividad del benceno en aire es 0.096 cm2/s -y la viscosidad cinemtica del aire es 0.15 cm2/s.

Calcular: (a) el coeficiente de transferencia de masa promedio para la evaporacin del benceno

cuando el aire fluye en rgimen laminar; (b) el coeficiente de transferencia de masa promedio en la

zona de flujo turbulento del aire; (c) la tasa de evaporacin en la zona de flujo laminar; (d) la tasa de

evaporacin en la zona de flujo turbulento; (e) los espesores de las capas lmite de velocidad y

concentracin a la distancia a la cual ocurre la transicin de flujo laminar a turbulento.

Problema 8

Un reactor horizontal de deposicin qumica de vapor (CVD) para el crecimiento de pelculas

delgadas de arseniuro de galio (GaAs) se muestra en la figura. En este proceso, los gases arsina

(AsH3), trimetil galio (Ga (CH3)3), e hidrgeno (H2) se introducen en el reactor. En el interior delreactor, la oblea de silicio descansa sobre una plato caliente llamado un susceptor. Los gases

reactivos fluyen paralelos a la superficie de la oblea y depositan una pelcula delgada de GaAs de

acuerdo a las reacciones simplificadas de CVD

2AsH3(g)2As (s) + 3H2(g) y 2Ga(CH3)3(g) + 3H2(g)2Ga (s) + 6CH4(g)

Si el proceso se est considerablemente diluido en H2gas, entonces la transferencia de masa de cada

especie en el hidrgeno gaseoso acarreador puede ser tratada por separado. La reaccin superficial

es muy rpida, por lo que la transferencia de masa de los reactivos gaseosos a la superficie de la

oblea limita la tasa de formacin de pelcula delgada de GaAs. En el presente proceso, el borde de

una oblea de silicio de 10 cm se coloca a 4 cm del borde del plato. La oblea est insertada dentro de

esta placa de modo que se mantiene una superficie plana. La temperatura de proceso es 800 K, y la

presin total del sistema es 101.3 kPa (1 atm). Considere un caso lmite, donde la velocidad de flujo

del gas de alimentacin rico en H2al reactor resulta en una velocidad lineal de 100 cm/s, donde el

trimetilgalio est presente en concentracin diluida.

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Determinar el coeficiente de transferencia de masa local (kc) para trimetilgalio en H2gaseoso en el

centro de la oblea usando: (a) la teora de capa lmite y (b) la teora de la pelcula. El coeficiente de

difusin binaria en la fase gaseosa del trimetilgalio en H2es 1.55 cm2/s a 800 K y 1 atm. A un flujo

volumtrico suficientemente alto dentro del reactor, el sistema fsico representa la transferencia de

masa por conveccin sobre una placa plana, donde la capa lmite hidrodinmica se desarrolla antes

de la capa lmite de concentracin. El trimetilgalio diluido en H2 sirve como la fuente para latransferencia de masa y la reaccin en la superficie es el sumidero para el trimetilgalio gaseoso.