OPERACIONES UNITARIAS

Gua de ejercicios: Transferencia de masa

Programa Trabajador Calama 2015 (ICI 2014)

1. Difusin de metano u travs de helio. Un tubo contiene CH4 y He gaseosos a 101.32 kPa

de presin y 298 K. En un punto, la presin parcial del metano es pA1 = 60.79 kPa y en

otro 0.02 m, de distancia PA2 = 20.26 kPa. Si la presin total es constante en todo el tubo,

calcule el flujo especfico de CH4 (metano) en estado estacionario para contradifusin

equimolar.

Respuesta: J = 5.52 x 1O-5 kg mol A/s * m2 (5.52 x 10-6 g mol Als * cm2)

2. Difusin de CO2, en una mezcla binaria de gases. Una corriente de CO2 gaseoso se

difunde en estado estacionario a travs de un tubo de 0.20 m de longitud con un dimetro

de 0.01 m que contiene N2 a 298 K. La presin total es constante e igual a 101.32 kpa. La

presin parcial del CO2 en un extremo es 456 mm Hg y 76 mm Hg en el otro. La difusividad

DAB es 1.67 x 10-5 m2/s a 298 K. Calcule el flujo especfico de CO2 en unidades cgs y SI para

contradifusin equimolar

3. Contradifusin equimolar de una mezcla binaria de gases. Un conducto de 5 mm de

dimetro y 0.1 m de longitud contiene helio y nitrgeno gaseoso a 298 K y a presin

uniforme constante de 1.0 atm. La presin parcial del He en un extremo del tubo es 0.060

atm y en el otro es 0.020 atm. La difusividad puede obtenerse de la tabla 6.2-l. Calcule lo

siguiente para contradifusin equimolar en estado estacionario.

a. Flujo de He en kg mol/s*m2 y g mol/s*cm2.

b. Flujo de N2.

c. Presin parcial del He en un punto a 0.05 m de cualquiera de los extremos.

4. Contradifusin equimolar de NH3 y N2 en estado estable. A travs de un tubo recto de

vidrio de 2.0 pies (0.610 m) de longitud, con dimetro interno de 0.080 pie (24.4 mm), se

produce una contradifusin de amoniaco gaseoso (A) y nitrgeno gaseoso (B) a 298 K y

101.32 kPa. Ambos extremos del tubo estn conectados a grandes cmaras de mezclado

colocadas a 101.32 kPa. La presin parcial de NH3 en una cmara es constante e igual a

20.0 kPa y en la otra cmara la presin es 6.666 kPa. La difusividad a 298 K y 101.32 kPa es

2.30 x 10-5 m2/s.

a. Calcule la difusin del NH3 en Ib mol/h y kg mol/s.

b. Calcule la difusin del N2.

Respuesta: a) Difusin de NH3 = 7.52 x 10-7 Ib mol A/h, 9.48 x 10-11 kg mol A/s;

5. Difusin de A a travs de B en reposo. Se difunde amoniaco gaseoso a travs de N2 en

estado estacionario, donde N2 es el gas que no se difunde, puesto que es insoluble en uno

de los lmites. La presin total es 1.013 x 105 Pa y la temperatura marca 298 K. La presin

parcial de NH3 en un punto es 1.333 x 104 Pa y en el otro punto, situado a una separacin

de 20 mm, es 6.666 x 103 Pa. El valor de DAB para la mezcla a 1.013 x 105 Pa y 298 K es

2.30 x 105 m2/s.

a. Calcule el flujo especfico de NH3 en kg mol /s *m2.

Respuesta: a) NA = 3.44 x 106 kg mol/s*m2

6. Difusin de metano a travs de helio que no se difunde. Una corriente de metano

gaseoso se difunde en un tubo recto de 0.1 m de longitud que contiene helio a 298 K y a

presin total de 1.01325 x 105 Pa. La presin parcial de CH4 en un extremo es 1.400 x 104

Pa y en el otro extremo es 1.333 x 103 Pa. El helio es insoluble en uno de los lmites, por lo

que es un material en reposo que no se difunde. La difusividad puede encontrarse en

tablas. Calcule el flujo especfico de metano en kg mol/s *m2 en estado estable.