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UNIVERSIDAD TÉCNICA DE MANABÍ FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS FÍSICAS Y QUÍMICAS ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA

DOCENTE ING. SANCHEZ PLAZA FRANCISCO ALFREDO

RESOLUCIÓN DE EJERCICIOS DE MEDIO CICLO

ESTUDIANTE BAZELAIS MEDINE

ASIGNATURA TRANSFERENCIA DE MASA

NIVEL SEXTO SEMESTRE Paralelo “A”

PERIODO ACADÉMICO OCTUBRE 2020- MARZO 2021

09/01/2021

2.3-1. Se está transportando una propiedad a través de un fluido en estado estacionario por un área de corte transversal constante. En el punto 1 la concentración r1 es 2.78 x 10-2 en cantidad de propiedad/m3 y 1.50 x 10-2 en el punto 2 estando ambos puntos a una distancia de 2.0 m entre sí. La difusividad depende de la concentración r como sigue: (j = A + Br = 0.150 + 1.65r a) Deduzca la ecuación integrada para el flujo en términos de r , y r 2. Después, calcule el flujo. b) Calcule r en z = 1.0 m y grafique r en función de z para los tres puntos. Respuesta: a) 'ljJz = [A(r] - r 2) + (B/2)(q - Q )]/Z2 - Zl)

6.1.1. Un tubo contiene CH4 y He gaseosos a 101.32 kPa de presión y 298 K. En un punto, la presión parcial del metano es PAl = 60.79 kPa y en otro a 0.02 m, de distancia P A2 = 20.26 kPa. Si la presión total es constante en todo el tubo, calcule el flujo específico de CH4 (metano) en estado estacionario para contradifusión equimolar. . Respuesta: J;2 = 5.52 X 10-5 kg mol A/s • m2(5.52 x 10-6 g mol A/s • cm2)

6.1-2. Una corriente de CO2 gaseoso se difunde en estado estacionario a través de un tubo de 0.20 m de longitud con un diámetro de 0.01 m que contiene N2 a 298 K. La presión total es constante e igual a 101.32 kPa. La presión parcial del CO2 en un extremo es 456 mm Hg y 76 mm Hg en el otro. La difusividad D AB es 1.67 x 10-5 m2/s a 298 K. Calcule el flujo específico de CO2 en unidades cgs y SI para contradifusión equimolar.

6.2-1. Un conducto de 5 mm de diámetro y 0.1 m de longitud contiene helio y nitrógeno gaseoso a 298 K Y a presión uniforme constante de 1.0 a Un abs. La presión parcial del He en un extremo del tubo es 0.060 atm yen el otro es 0.020 atm. La difusividad puede obtenerse de la tabla 6.2-1. Calcule lo siguiente para contradifusión equimolar en estado estacionario. a) Flujo de He en kg mol/s· m2 y g mol/s · cm2. b) Flujo de N2. c) Presión parcial del He en un punto a 0.)5 m de cualquiera de los extremos.

6.2-2. Contradifusión equimolar de NH3 y N2 en estado estable. A través de un tubo recto de vidrio de 2.0pies (0.610 m) de longitud, con diámetro interno de 0.080 pie (24.4 mm), se produce una contradifusión de amoniaco gaseoso (A) y nitrógeno gaseoso (B) a 298 K Y 101.32 kPa. Ambos extremos del tubo están conectados a grandes cámaras de mezclado colocadas a 101.32 kPa. La presión parcial de NH3 en una cámara es constante e igual a 20.0 kPa yen la otra cámara la presión es 6.666 kPa. La difusividad, a 298 K Y 101.32 kPa es 2.30 x 10-5 m2/s. a) Calcule la difusión del NH3 en lb mol/h y kg molls. b) Calcule la difusión del N2. c) Calcule las presiones parciales en un punto situado a 1.0 pie (0.305 m) en el tubo y grafíquense P A' P B Y P en función de la distancia z. Respuesta: a) Difusión de NH3 = 7.52 x 10-7 lb mol A/h, 9.48 x 10- 11 kg mol A/s;. e) PA= 1.333 x 104 P

6.2-3. Se difunde amoniaco gaseoso a través de N2 en estado estacionario, donde N2 es el gas que no se difunde, puesto que es insoluble en uno de los límites. La presión total es 1.013 x 105 Pa y la temperatura marca 298 K. La presión parcial de NH3 en un punto es 1.333 x 104 Pa y en el otro punto, situado a una separación de 20 mm, es 6.666 x 103 Pa. El valor de DABpara la mezcla a 1.013 x 105 Pa y 298 K es 2.30 x 10-5 m2/s. a) Calcule el flujo específico de NH3 en kg molls . m2. b) Haga lo mismo que en a) pero suponiendo que el N2 también se difunde, esto es, ambos límites son permeables a los dos gases y el flujo específico es una contradifusión equimolar. ¿En qué caso es mayor el flujo específico? Respuesta: a) NA = 3.44 X 10-6 kg mol/s' m2

6.2-4. Una corriente de metano gaseoso se difunde en un tubo recto de 0.1 m de longitud que contiene helio a 298 K ya presión total de 1.01325 x 105 Pa. La presión parcial de CH4 en un extremo es 1.400 x 104 Pa y en el otro extremo es 1.333x 103 Pa. El helio es insoluble en uno de los límites, por lo que es un material en reposo que no se difunde. La difusividad puede encontrarse en la tabla 6.2-1. Calcule el flujo específico de metano en kg molls . m2 en estado estable.

6.2-5. Se verifica una transferencia de masa de una esfera de naftaleno con radio igual a 10 mm. La esfera está en un gran volumen de aire en reposo a 52.6 oC y 1 atm abs de presión. La presión de vapor del naftaleno a 52.6 oC es 1.0 mm Hg. La difusividad del naftaleno en el aire a O oC es 5.16 x 10-6 m2/s. Calcule la velocidad de evaporación del naftaleno de la superficie en kg moVs • m2. [Nota: La difusividad puede corregirse con respecto a la temperatura mediante el factor de corrección de temperatura de Fuller y colaboradores, de la ecuación (6.2-45.)]

6.2-6. Pronostique la difusividad usando el método de Fuller y colaboradores de una mezcla gaseosa de etanol (CH3CH20H) y metano (CH4). a) A 1.0132 x 105 Pa y 298 y 373 K. b) A 2.0265 X 105 Pa y 298 K. Respuesta: a) D AB = 1.43 X 10-5 m2/s (298 K)

6.2-7. En un tubo de 0.11 m de longitud que contiene N2 y CO gaseosos a presión total de 1.0 atm abs, se verifica una contradifusión equimolar en estado estacionario. La presión parcial del N2 es 80 mm Hg en un extremo y 10 mm en el otro. Pronostique el valor de D AB con el método de Fuller y colaboradores. a) Calcule el flujo específico en kg mol/s' m2 a 298 K para el N2 . b) Repita a 473 K. ¿Hay un aumento del flujo específico? c) Repita a 298 K, pero a una presión total de 3.0 atm abs.La presión parcial de N2 permanece a 80 y 10 mm Hg, como en el inciso a). ¿Hay algún cambio del flujo específico? Respuesta: a) DAB = 2.05 X 10-5 m2/s, NA = 7.02 X 10-7 kg mol/s' m2 ; b) NA = 9.92 X 10-7 kg mol/s' m2; c) NA = 2.34 X 10-7 kg mol/s' m2

6.2-8. Por un canal de irrigación subterráneo cubierto fluye agua a 25 oC. Cada 100 pies hay una línea de ventilación de 1.0 pulg de diámetro interno y 1.0 pie de longitud, que sale a la atmósfera a 25 oc. Hay diez líneas de ventilación en el canal de 1 000 pies. Se puede suponer que el aire exterior está seco. Calcule la pérdida total de agua por. evaporación en lbm/d. Suponga que la presión parcial del vapor de agua en la superficie de la misma es su presión de vapor, 23.76 mm Hg a 25 oC. Use la difusividad de la tabla 6.2-1.

6.2-9.Una gota de tolueno líquido se mantiene a una temperatura uniforme de 25.9 oC y se suspende en el aire mediante un alambre fino. El radio iniciales r¡ = 2.00 mm. La presión de vapor del tolueno a 25.9 oC es PA ¡ = 3.84 kPa y la densidad del tolueno líquido es 866 kg/m3. a) Deduzca la ecuación (6.2-34) para predecir el tiempo tF que tardará la gota en evaporarse completamente en un gran volumen de aire inmóvil. Muestre todos los pasos. b) Calcule el tiempo en segundos que tardará la evaporación completa. Respuesta: b) tF = 1 388 s

6.2-10. El amoniaco gaseoso (A) se difunde en estado estacionario a través de N2 (B) mediante contradifusión equimolar en un conducto de 1.22 m de largo a 25 oC y a presión total de 101.32 kPa absolutas. La presión parcial del amoniaco en el extremo izquierdo es de 25 .33 kPa y de 5.066 kPa en el otro extremo. El corte

transversal del conducto tiene forma de un triángulo equilátero; la longitud de cada lado del triángulo es de 0.0610 m en el extremo izquierdo, y se va ahusando uniformemente hasta que alcanza 0.0305 m en el extremo derecho. Calcule el flujo específico molar del amoniaco. La difusividad es D AB = 0.230 x 10-4 m2/s.

6.3-1. El soluto HC1 (A) se difunde a través de una p~lícula delgada de agua (B) de 2.0 mm de. espesor a 283 K. La concentración del HC1 en el punto 1, en uno de los límites de la película, es 12.0% de HC1 en peso (densidad p¡= 1 060.7 kg/m3), y en el otro límite, en el punto 2, es 6.0% de HC1 en peso (P2 = 1 030.3 kg/m3). El coeficiente de difusión de HC1 en agua es 2.5 x 10-9 m2/s. Suponiendo estado estable y uno de los límites impermeables al agua, calcule el flujo específico de HC1 en kg mol/s' m2. Respuesta: NA = 2.372 X 10-6 kg mol/s' m2

6.3-2. Una solución de amoniaco (A)-agua (B) a 278 K Y 4.0 mm de espesor está en contacto en una de sus superficies con un líquido orgánico. La concentración de amoniaco en la fase orgánica se mantiene constante, y es tal que la concentración de equilibrio del amoniaco en el agua en esta superficie es 2.0% de amoniaco en peso (la densidad de la solución acuosa es 991.7 kg/m3) y la concentración del amoniaco en agua en el otro extremo de la película situado a una distancia de 4.0 mm, es de 10% en peso (densidad igual a 961.7 kg/m3). El agua y el producto orgánico son insolubles entre sí. El coeficiente de difusión del NH3 en agua es 1.24x 10-9 m2/s. a) Calcule el flujo específico NA en kg mol/s· m2 en estado estacionario. b) Calcule el flujo Ns- Explique su respuesta.

6.3-3. Se desea predecir el coeficiente de difusión del ácido acético diluido (CH3COOH) en agua a 282.9 K ya 298 K, por el método de Wilke-Chang. Compare los valores estimados con los experimentales de la tabla 6.3-1. ~ Respuesta: D AB = 0.897 X 10-9 m2/s (282.9 K); D AB = 1.396 X 10-9 m2/s (298 K)

6.3-4. Se ha determinado experimentalmente que la difusividad en agua del metanol diluido es 1.26 x 10-9 m2/s a 288 K. a) Estime la difusividad a 293 K usando la ecuación de Wilke-Chang. b) Estime la difusividad a 293 K por medio de la corrección del valor experimental de 288 K a 293K. (Sugerencia: Proceda usando la relación DAB