TRASFERENCIA DE CALOR

3. Convección.

Este mecanismo resulta cuando existe un flujo neto en alguna de las direcciones en la cual se están moviendo las diferentes especies (molecular y/o turbulenta) y el cual causa una disminución o incremento en la velocidad de transferencia de masa de las especies individuales

2.2. Difusión molecular

Experimento: Supongase que se tiene un recipiente con un colorante rojo disuelto en agua. Después, a este recipiente se le agrega agua libre de colorante, B. . La mezcla total no esta en movimiento. Al principio, existe una capa bien definida entre las dos fases, punto A. Sin embargo, a medida que transcurre el tiempo, la capa inferior se empieza a colorear y la capa de colorante empieza a decolorarse, B y C. A un tiempo suficientemente grande, la concentración del colorante será uniforme por todo el recipiente, D.

1. La transferencia de masa por difusión molecular ocurre debido a un gradiente de concentración (el colorante se difunde desde una concentración mayor hasta una menor).

2. La velocidad de transferencia de masa es proporcional al área perpendicular a la dirección de la transferencia de masa y no al volumen de la mezcla. Por lo tanto, la velocidad de transferencia. de masa puede ser expresada como un flujo (o flux), donde:

flujo (flux)

3. La transferencia de masa se detiene cuando la concentración de colorante es uniforme, punto D.

Las observaciones anteriores fueron cuantificadas en la primera Ley de Fick para una mezcla binaria en la siguiente expresión para el componente A:

Para el componente B:

(2)

Las ecuaciones (1) y (2) se conocen como la 1ª Ley de Fick de la difusión.

Estas ecuaciones son análogas a la ecuación de la 1ª ley de Fourier de conducción de calor:

(2a)

Donde q/A es el flujo (o flux) de calor por conducción, k = conductividad térmica, y dT/dz es el gradiente de temperatura, negativo en la dirección z.

La ecuación (1) se puede escribir en términos de fracciones molares

(3)

puesto que:

xA = cA/c,

donde c = concentración molar total.

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