Transporte de Masa Dr. Bernardo Hernández Morales Transporte

Transporte de Masa
Dr. Bernardo Hernández Morales
Transporte por difusión y convección en fluidos
Serie de Problemas
Semestre 2012-1
1. Se combustionan partículas finas de carbón a 1450 K en oxígeno puro a 101.3 kPa. Si la reacción
C(s) + O(g) = CO2(g)
es suficientemente rápida como para que la concentración de oxígeno en la fase gaseosa en la superficie de
la partícula sea cero, y la reacción es controlada por difusión de oxígeno desde el gas hacia la superficie
de la partícula, calcula: (a) la rapidez de combustión de una partícula esférica de radio inicial 10−4
m; (b) el tiempo necesario para que una partícula de radio inicial 10−4 m combustione completamente.
Considera que la partícula es de carbón puro con una densidad de 2000 kg m−3 . El coeficiente de
interdifusión DO2 −CO 2 es 1.7 × 10−4 m2 s−1 a 1450 K. El espesor de la capa límite es de 0.1 cm.
2. El gas A se transporta a través de una película gaseosa hacia la superficie de un catalizador cilíndrico,
largo, no poroso. Al llegar a la superficie del catalizador reacciona de acuerdo a:
2A(g) → B(g)
Considerando que la reacción química es instantánea, determina una expresión matemática para calcular
el flujo molar del gas A a través de la película gaseosa.
3. Repite el problema anterior, pero considera una reacción química que ocurre con una cinética de 1er
orden con respecto a la concentración de A.
4. Un tubo de ensayo, de 15 cm de longitud y 1.5 cm de diámetro, contiene etanol y está abierto a la
atmósfera. El nivel del etanol está inicialmente a 10 cm por debajo de la boca del tubo. La temperatura
en el laboratorio es de 26 o C y la presión atmosférica es 0.987 atm. La presión de vapor del etanol a
esas condiciones es de 60 mm Hg. Determina: a) una expresión matemática para calcular el perfil de
concentraciones del etanol en la mezcla gaseosa dentro del tubo de ensayo; b) una expresión matemática
para calcular el flujo molar instantáneo del etanol y c) el tiempo requerido para que el nivel de etanol
disminuya 5 mm. La densidad del etanol es 784 kg/m3 .
5. Para estudiar los efectos del transporte de masa sobre la reacción de Boudouard, una lámina de grafito
se calienta hasta 700 o C y se pone en contacto con una atmósfera de CO/CO2 . La presión total del
sistema es de 1 atm y la presión parcial del CO en el borde de la capa límite (que se estima sea de 1mm)
es de 0.1 atm. El coeficiente de difusión de CO2 en aire a 1 atm y 25 o C es 0.164 cm2 /s. Calcula la
rapidez de formación de grafito: a) en (g-mol grafito)/(cm2 s) y b) en (g grafito)/(cm2 s).
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