Difusión en los sólidos, Apuntes de Calor y Transferencia de Masa

¡Descarga Difusión en los sólidos y más Apuntes en PDF de Calor y Transferencia de Masa solo en Docsity!

DIFUSIÓN EN

SÓLIDOS

a rapidez de difusión de gases y líquidos en sól

s mucho más lenta que en otros tipos de difusi

Difusión en un gas Difusión en un líquido Difusión en un sólido

Difusión en sólidos que siguen la ley de Fi

No depende de la estructura real del sólido

( A B ) A A A AB N N C C dz dC N  D   dz dC N D A A  AB 2 1 ( 1 2 ) z z C C N D

A A

A AB

   El coeficiente de difusión DAB en el sólido no depende de la presión del gas o del líquido en la superficie del sólido.

La solubilidad de un gas soluto (A) en un sólido,

por lo general se expresa como S en m3 de soluto

(a TPE de 0

O

C y 1 atm) por m

3

de sólido por atm

de presión parcial de (A). Para convertir esto a

concentración C

A

en el sólido en kg mol A/m

3

de

sólido en unidades SI:

m sólido Sp kgmolA p atm kgmolA m PTE m sólido atm S m PTE C A A (^) 3 A 3 3 3

22. 414 ( )
23. 414 ( ) . ( )  

La concentración de equilibrio calculada con la ecuación: Como al otro lado de la membrana pA=0, entonces:

kgmolH m sólido

m kgmol

Sp m H m sólido atm

C

A A A 3 2 5 3 2 3 1

3 

2 (^122) 3 2 10 2 5 2 1 1 2 .

s m kgmolH mm msólido mm m s kgmolH m sólido z z

C C

N D

A A A AB    

Soluto A Sustancia B T (K) Coef. Difusividad m 2 /s REF Hidrógeno Agua 298 4.8 10-9^3 Caucho Vulcanizado 298 8.510-10^3 Neopreno Vulcanizado 290 1.0310-10^3 Hierro 293 2.5910-13^3 Níquel 358 1.1610-12^4 Oxígeno Agua 291 1.9810-9^3 Caucho Vulcanizado 298 2.110-10^3 Antimonio Plata 293 3.5*

• 4 Aluminio Cobre 293 1.3*

4 Helio SiO 2 293 4.0*

4 Tabla 1. Valores de los coeficientes de difusividad para diferentes sistemas.

ifusión en sólidos en los que la estructur tiene importancia

Difusión en sólidos porosos

El movimiento del soluto puede ser por difusión de una parte del fluido a la otra, en virtud de un gradiente de concentración. Puede ser hidrodinámico, como resultado de una diferencia de presión El sólido normalmente está rodeado por un cuerpo único de fluido; el movimiento hacia afuera y hacia adentro del soluto a través de los poros del sólido se realiza únicamente por difusión.

Difusión de líquidos en sólidos porosos. ( ) ( ) 2 1 1 2 Z Z D C C N AB A A A      DA eff D AB   

Difusión de gases de Knudsen

>dd

Difusión molecular o tipo Fick

 < d

Difusión de Transición

  

Difusión de gases de Knudsen Es el transporte molecular a través de los poros de diámetro d, los cuales son pequeños en comparación con la trayectoria libre media del gas. La difusividad de Knudsen es independiente de la presión

DKA rv A

3 2 

Usando la teoría cinética de los gases para evaluar v A: 1 / 2

A KA

M

T D r

ecuación de flujo específico para la difusión de Knudsen en un po dz dp RT D dz dC N D A KA A A KA  

Difusión molecular de gases La trayectoria libre media del gas es pequeña comparada con el diámetro del poro. Predominan las colisiones molécula a molécula y las colisiones con la pared son escasas. ( ) ( ) 2 1

z z p p RT D N

AB A A

A

  

La trayectoria libre media l y el diámetro de los poros son de tamaño intermedio entre los límites de la difusión de Knudsen y la molecular. Las colisiones molécula-molécula y molécula-pared son importantes para la difusión. ifusión de Gases en la Región de Transic dz dx RT D P N NA A A  AB KA A NA D D x D ( 1 ) 1 1     B A N N Con^ ^  Si la difusión es equimolecular, N (^) A  NB   1 Si existe una contradifusión equimolar N (^) A   NB   0

Solución:

Datos Conocidos: T = 273+25 = 298K r = 5 x 10

- m/2 = 2.5x 10 - m L = 0.010 m Pa atm Pa atm 4

1. 013 * 10 101325
2. 10  **P = xA1= 0. xA2= 0. DAB = 6.98 x l0-5 m 2 /s MA = 28.02 kg/kgmol MB = 4.003 kg/kgmol plo 4. mezcla gaseosa a presión total de 0.10 atm abs y 298 K contiene (B). La mezcla se difunde por un capilar abierto de 0.010 m ngitud con diámetro de 5 x 10

m. La fracción mol del N 2 en un mo es xAl = 0.8 y en el otro, xA2 = 0.2. La difusividad molecular DA 98 x l0-5 m 2 /s a 1 atm, que es un valor promedio de diversos stigadores. Calcule el flujo específico N 2 en estado estacionario.**

kgmol m s

x D D

x D D

RTL

D P

N

A AB KA AB A AB KA A 5 2 5 4 1 2

ln

ln

 

B A A B

M

M

N

N

B A M

M

m s

kg kgmol

K

m

M

T

D r

A

KA 7. 91 * 10 /

4 2 1 / 2 6 1 / 2  

^ 