Operaciones Básicas de Transferencia de Materia
Problemas Tema 2-3
1.- Se difunde H2 a 17ºC y 0.01 atm de presión parcial a través de una
membrana de neopreno de 0.5 mm de espesor. La presión de hidrógeno al otro
lado de la membrana es cero. Calcular el flujo en estado estacionario
suponiendo que la única resistencia a la difusión está en la membrana. La
solubilidad del hidrógeno en neopreno a 17ºC es 0.051 m3 (STP) atm-1 m-3
sólido y la difusividad es 1.03*10-10 m2 s-1.
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Isidoro García García
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Problemas Tema 2-3
2.- Una película de polietileno de 0.00015 m se emplea para envolver un
producto farmacéutico a 30ºC. Si la presión parcial de oxígeno en la parte
externa es de 0.21 atm y dentro del paquete 0.01 atm, calcular la difusión de
oxígeno en estado estacionario. Considérese que la única resistencia es la de
la película de polietileno.
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Problemas Tema 2-3
3.- Un sólido sinterizado de sílice de 2 mm de espesor, tiene una fracción de
huecos de 0.3 y una tortuosidad de 4. Los poros están llenos de agua a 298 K.
En uno de los lados, la concentración de KCl se mantiene en 0.1 mol-g L-1, por
el otro lado fluye agua fresca. Considerando como única resistencia la del
sólido poroso, calcular la difusión del KCl en estado estacionario.
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Problemas Tema 2-3
4.- El Helio está presente en el aire en una concentración de 1 ppm
aproximadamente; con esta concentración no es posible obtenerlo, de forma
económica, a partir de aire.
Sin embargo, en el gas natural, su concentración es bastante mayor (del
0,1 al 5%), permitiendo su recuperación de forma rentable. Dado que el helio
no es un recurso renovable, desde los años 60 es obligatorio recuperar el helio
contenido en todo el gas natural destinado al consumo. Pero por otro lado, y
dado que la oferta de este gas es superior a la demanda, el exceso de gas
producido, debido a los altos volúmenes de gas natural consumido, tiene que
ser almacenado.
Una de las soluciones sugeridas para almacenar esta helio, es
bombearlo dentro de minas de sal abandonadas y mantenerlo allí a alta
presión.
Estímense las pérdidas que se producirían por difusión a través de la
capa de sal y roca suponiéndose una difusividad efectiva del helio en la fase
sólida de 10-8 m2/s. Esta difusividad es más de tres órdenes de magnitud menor
que la difusividad del helio en aire. Supóngase que la presión del helio en el
interior de la mina es de 100 atm y la temperatura de 30 ºC. Considérese la
mina como una cavidad esférica de 100 m de radio.
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Problemas Tema 2-3
5.- Considérese una lámina de cloruro de polivinilo (PVC) de 0.1 mm de
espesor y una superficie de 1m2. Si una de sus caras está expuesta a aire a 25
ºC, con una presión total de 100 kPa y la otra, a nitrógeno con una presión total
de 100 kPa, determínese:
a.- la velocidad de permeación de oxígeno en gramos al día
b.- la difusividad del oxígeno en el PVC
Datos:
S=0.29 *10-6 cm3 STP/(cm3 Pa)
Pm=0.034*10-13 cm3 STP cm/(cm2 s Pa)
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6º.- Un neumático como el que se indica en la figura, se llena de nitrógeno
hasta una presión de 4 atm. Estímese cuál sería la presión después de un mes
si la temperatura se mantuviera constante a 25ºC y que las únicas fugas a
considerar fueran las que se producen a través de la pared del neumático.
Considérese que el material es caucho vulcanizado.
1 cm de pared (espesor)
10 cm
60 cm
20 cm
Compárense los resultados obtenidos previamente con los correspondientes al
caso en el que el neumático se hubiera inflado con aire (como es el caso
habitual)
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