La difusión molecular

MARCO TEÓRICO

Cuando un sistema contiene dos o más componentes cuyas concentraciones varían de punto a punto, hay una gran tendencia a la transferencia de masa, minimizando las diferencias de concentración en el sistema. El transporte de un constituyente, de una región de alta concentración a una de concentración baja, se denomina transferencia de masa.

El mecanismo de transferencia de masa, así como el de transferencia de calor, dependen del sistema dinámico en que tiene lugar. La masa se puede transferir por movimiento molecular en fluidos en reposo, o bien puede transferirse desde una superficie contenida en el seno de fluido que se mueve, ayudada por las características dinámicas de flujo, esto es el movimiento forzado de grandes grupos de moléculas.

La difusión molecular es el viaje de uno o más componentes a través de otros ocasionados por una diferencia de concentraciones o de potencial químico cuando se ponen ene contacto dos fases inmiscibles, que se encuentran estancadas o en régimen laminar..

La rapidez con la cual se transfiere un componente en una mezcla de penderá del gradiente de concentración existente en un punto y en una dirección dados. Su movimiento está descrito por el flux , el cual está relacionado con la difusividad por medio de la Primera Ley de Fick para un sistema isobárico e isotérmico.

Primera Ley de Fick.

Las leyes de transferencia de masa, muestran la relación entre el flujo de sustancia que se difunde y el gradiente de concentración responsable de dicha transferencia.

La relación básica para difusión molecular, define el flux molar relativo a la velocidad molar promedio, el cual se designa por JA. Una relación empírica para este flux molar, postulada por Fick, define la difusión del componente A en un sistema isobárico o isotérmico, así:

JAz = - DAB dCA/dz (1)

Para difusión en la dirección z, donde JA es el flux molar en la dirección z relativa a la velocidad molar promedio, dCA/dz es el gradiente de concentración de A en la dirección z y DAB es un factor de proporcionalidad, conocido como difusividad másica o coeficiente de difusión del componente A en el componente B, el signo negativo hace hincapié que la difusión ocurre en el sentido de decremento en concentración.

Una relación de flujo más general, que no es restringida a sistemas isobáricos e isotérmicos, conocida como Ley de Groot, es la siguiente:

JAz = - c DAB dyA/dz (2)

Donde c es la concentración global de la mezcla y yA es la fracción molar de A .

Difusividad o Coeficiente de Difusión.

La difusividad, se define como el factor de proporcionalidad de la ecuación de Fick sus dimensiones se obtienen de la ecuación (1), así:

DAB = - JAz / (dCA/dz) = (M/ L2t) / (M/L3 * 1/L )= L2/t (3)

Donde M son unidades de masa, L de longitud y t unidades de tiempo.

La difusividad másica es una propiedad del sistema que depende de la temperatura, de la presión y de la naturaleza de los componentes.

En la literatura se reporta diferentes métodos analíticos para el cálculo de la difusividad, cada una con algunas limitaciones, coincidiendo generalmente en que la difusividad varía

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