8/16/2019 Ejercicios de difusión en sólidos.pdf

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Universidad Industrial de Santander, Escuela de Ingeniería QuímicaFenómenos de Transporte II

Ejercicios de difusión en sólidos

1. Una mezcla de O2 (A) y N2 (B) se difunde a través de poros de 2 mm de espesor de unaplaca de porcelana con una presión total de 0,1 atm y temperatura de 293 K. El diámetropromedio del poro es 0,3 µm, la porosidad es 30,5% y la tortuosidad es 4,39. Calcule los fluxesde difusión para ambos componentes cuando las fracciones molares de O

2 son 80% y 20% en

los lados de la placa. σO2-N2 = 3,632 Å, D AB= 2,01 cm2/s

2. Las dextrinas son un grupo de carbohidratos de bajo peso molecular producidos por lahidrólisis del almidón. Las dextrinas tiene un amplio uso en la industria, se utilizan comoagentes espesantes para alimentos y agente de unión en fármacos. Se tiene una membranacon diámetro de poro de 88,8 Å y tortuosidad de 1,1, y porosidad de 2,33%. El diámetromolecuar de la β-dextrina es 17,96 Å y su difusividad en soluciones acuosas diluidas a 298 K es3,22 *10-6 cm2/s. Calcule la difusividad efectiva de la β-dextrina a través de esta membrana.

3. Se quiere analizar la transferencia de oxígeno (A) desde el interior de los pulmones hasta lared de vasos sanguíneos atravesando el tejido del pulmón (B). El tejido del pulmón se puedeaproximar como una placa plana de espesor L. Se puede considerar que por la inhalación laconcentración en el interior del pulmón es constante C A0 y que la absorción de oxígeno en lasangre mantiene la concentración molar constante en la parte externa del tejido C AL. Dentro delinterior del tejido hay un consumo de oxígeno debido a los procesos metabólicos, la reacción esde cero orden siendo R A= - k0 (mol s

-1 m-3). Considere que no hay convección. Calcule lavelocidad de asimilación de oxígeno en la sangre por unidad de área de tejido.

4. Una corriente de helio está fluyendo a 4 bar, 25 °C, a través de un tubo de vidrio de 100 mmde diámetro interno y 5 mm de espesor, la concentración molar total es constante dentro yfuera del tubo. En el exterior del tubo, la presión parcial de helio es 0,2 bar. La difusividad del

helio en las condiciones de operación es 0,4*10

-13

 m

2

/s y la solubilidad es 0,45 kmol/(m

3

 bar).Calcular la pérdida de helio por metro de longitud de tubo.

5. Una placa de arcilla de 50 mm de espesor se secó mediante exposición al aire por las dossuperficies más amplias, teniendo los cuatro lados estrechos sellados. El contenido inicialuniforme de humedad en la placa era de 15%. El secado tuvo lugar por difusión interna delagua líquida hacia la superficie, seguida de evaporación en la superficie. Puede suponerse quela difusividad es constante al variar la concentración de agua y uniforme en todas lasdirecciones. El contenido de humedad en el aire es de 3%. Luego de 5 h el contenido dehumedad promedio había descendido hasta 10,2%.

a) ¿En cuanto tiempo se secará un cilindro de arcilla de 0,333 m de longitud y 150 mm dediámetro que se seca por toda su superficie desde el 15% de humedad hasta 6% ?.

c) Si cambiara la placa de arcilla por otra del mismo material pero con mayor porosidad,¿cambiaría el tiempo necesario para alcanzar una humedad de 10,2%? ¿Por qué?

d) ¿Qué contenido de humedad debería alcanzarse en la placa para que el flux de agua hastael aire sea nulo?