Hispanopedia WikiLa transferencia de masa es el movimiento neto de masa desde un lugar (generalmente corriente, fase , fracción o componente) a otro. Ocurre en numerosos procesos, como la absorción , la evaporación , el secado , la precipitación , la filtración por membrana y la destilación . El término transferencia de masa se utiliza en diversas disciplinas científicas para referirse a diferentes procesos y mecanismos. En ingeniería, se emplea comúnmente para describir procesos físicos que implican el transporte difusivo y convectivo de especies químicas dentro de sistemas físicos .
Algunos ejemplos comunes de procesos de transferencia de masa son la evaporación del agua de un estanque a la atmósfera , la purificación de la sangre en los riñones y el hígado , y la destilación del alcohol. En los procesos industriales, las operaciones de transferencia de masa incluyen la separación de componentes químicos en columnas de destilación, absorbedores como lavadores o desorción, adsorbentes como lechos de carbón activado y extracción líquido-líquido . La transferencia de masa suele estar acoplada a otros procesos de transporte , por ejemplo, en torres de refrigeración industriales . Estas torres acoplan la transferencia de calor a la transferencia de masa al permitir que el agua caliente fluya en contacto con el aire. El agua se enfría expulsando parte de su contenido en forma de vapor de agua.
Astrofísica
En astrofísica , la transferencia de masa es el proceso por el cual la materia ligada gravitacionalmente a un cuerpo, generalmente una estrella , llena su lóbulo de Roche y se une gravitacionalmente a un segundo cuerpo, generalmente un objeto compacto ( enana blanca , estrella de neutrones o agujero negro ), para finalmente ser acrecentada sobre él. Es un fenómeno común en sistemas binarios y puede desempeñar un papel importante en algunos tipos de supernovas y púlsares .
La transferencia de masa en sistemas binarios también puede ocurrir a través del viento estelar , lo que se conoce como "transferencia de masa por viento". A menudo se modela teóricamente como acreción de Bondi-Hoyle-Lyttleton . [ 1 ]
Ingeniería química
La transferencia de masa encuentra una amplia aplicación en problemas de ingeniería química . Se utiliza en ingeniería de reacciones, ingeniería de separaciones, ingeniería de transferencia de calor y muchas otras subdisciplinas de la ingeniería química, como la ingeniería electroquímica. [ 2 ]
La fuerza impulsora de la transferencia de masa suele ser una diferencia de potencial químico , cuando esta puede definirse, aunque otros gradientes termodinámicos también pueden acoplarse al flujo de masa e impulsarlo. Una especie química se mueve desde áreas de alto potencial químico a áreas de bajo potencial químico. Por lo tanto, el alcance teórico máximo de una transferencia de masa dada suele estar determinado por el punto en el que el potencial químico es uniforme. Para sistemas monofásicos, esto generalmente se traduce en una concentración uniforme en toda la fase, mientras que para sistemas multifásicos las especies químicas a menudo prefieren una fase sobre las demás y alcanzan un potencial químico uniforme solo cuando la mayor parte de la especie química se ha absorbido en la fase preferida, como en la extracción líquido-líquido .
Si bien el equilibrio termodinámico determina el alcance teórico de una operación de transferencia de masa dada, la velocidad real de transferencia de masa dependerá de factores adicionales, incluidos los patrones de flujo dentro del sistema y las difusividades de las especies en cada fase. Esta velocidad se puede cuantificar mediante el cálculo y la aplicación de coeficientes de transferencia de masa para un proceso global. Estos coeficientes de transferencia de masa se publican típicamente en términos de números adimensionales , que a menudo incluyen los números de Péclet , Reynolds , Sherwood y Schmidt , entre otros. [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]
Analogías entre la transferencia de calor, masa y momento
Hay similitudes notables en las ecuaciones diferenciales aproximadas comúnmente utilizadas para la transferencia de momento, calor y masa. [ 3 ] Las ecuaciones de transferencia molecular de la ley de Newton para el momento del fluido a bajo número de Reynolds ( flujo de Stokes ), la ley de Fourier para el calor y la ley de Fick para la masa son muy similares, ya que todas son aproximaciones lineales al transporte de cantidades conservadas en un campo de flujo. A mayor número de Reynolds, la analogía entre la transferencia de masa y calor y la transferencia de momento se vuelve menos útil debido a la no linealidad de la ecuación de Navier-Stokes (o más fundamentalmente, la ecuación general de conservación del momento ), pero la analogía entre la transferencia de calor y masa sigue siendo buena. Se ha dedicado un gran esfuerzo a desarrollar analogías entre estos tres procesos de transporte para permitir la predicción de uno a partir de cualquiera de los otros.
Referencias
- ↑ Boffin, Henri MJ (2014). "Transferencia de masa por viento estelar". Ecología de las estrellas rezagadas azules . Biblioteca de Astrofísica y Ciencias Espaciales. Vol. 413. pp. 153–178 . arXiv : 1406.3473 . doi : 10.1007/978-3-662-44434-4_7 . ISBN 978-3-662-44433-7.
- ↑ Electroquímica Acta 100 (2013) 78-84. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2013.03.134
- 1 2 Welty, James R.; Wicks, Charles E.; Wilson, Robert Elliott (1976). Fundamentos de transferencia de momento, calor y masa (2.ª ed.). Wiley. ISBN 9780471022497.
- ↑ Bird, RB; Stewart, WE; Lightfoot, EN (2007). Fenómenos de transporte (2.ª ed.). Wiley.
- ↑ Taylor, R.; Krishna, R. (1993). Transferencia de masa multicomponente . Wiley.
Véase también
- Fenómenos de transporte
- Ingeniería Mecánica
- Calefacción, ventilación y aire acondicionado