TRANSFERENCIA SIMULTÁNEA DE MASA Y CALOR
La transferencia de masa puede suceder simultáneamente con la transferencia de calor, ya sea como resultado de una diferencia de temperatura impuesta desde fuera o debido a la absorción o evolución de calor, lo que generalmente sucede cuando una sustancia se transfiere de una fase a otra.
Dentro de una fase, el calor transferido es el resultado de la conducción (convección) debida al gradiente de temperatura que ocurriría en ausencia de transferencia de masa, incluyendo también el calor sensible acarreado por la materia que se difunde.
Sea un fluido formado por las sustancias A y B que fluye a través de una segunda fase en condiciones que causan la transferencia de masa fluido Interfase CA1 CB1
Cai CBi
t1
ti
zF z
z=0
Efecto de la transferencia de masa Sobre la transferencia de calor
La masa total transferida está dada por la siguiente ecuación:
N A / N A N B N A N B
F ln N A / N A N B
c A,i c c A,1 c
Como resultado del gradiente de temperatura, existe un flux de calor descrito mediante el coeficiente de transferencia de calor h en ausencia de transferencia de masa, h(-dt/dz)zF. El flux de calor sensible total, Q S, con respecto a la interfase debe incluir el calor sensible llevado hasta este punto por el movimiento de la materia a través de la diferencia de temperatura.
Entonces,
QS
h
dt dz
z F
N A M AC p , A N B M B C p , B t t i
Reordenando e integrando, t 1
t i
dt QS
QS
1
N A M AC p , A N B M B C p , B t t i N A M AC p , A N B M B C p , B 1 e
N A M AC p , A N B M B C p , B / h
0
hz F z F
dz
t 1 t i
Ecuación corregida para flux de transferencia de masa elevado y puede aplicarse a la condensación del componente A en presencia de un componente B incondensable (N B = 0) o a mezclas de varios componentes para las cuales se utiliza .
Esta ecuación también puede utilizarse para el cálculo del enfriamiento por transpiración, el cual es un método de enfriamiento de superficies porosas que están expuestas a gases muy calientes; consiste en forzar un gas frío o un líquido que se está evaporando a través de la superficie hacia la corriente gaseosa. Puede observarse un coeficiente de transferencia de calor corregido para la transferencia de masa; será mayor, si la transferencia de masa se efectúa en el mismo sentido que la transferencia de calor y más pequeña si las dos van en sentidos opuestos.
El calor total disipado en la interfase Q t incluirá el efecto producido cuando la masa transferida pasa a través de la interfase. El efecto puede ser un calor latente de vaporización, un calor de solución o ambos, según sea el caso. Por tanto,
Qt = QS + λ AN A + λBNB
Donde λ, es la evolución de calor molar.
1.
2.
En algunos casos, el calor liberado en la interfase sigue fluyendo hacia la izquierda debido a la caída de temperatura en la fase adyacente. En otros casos, cuando la transferencia de masa en el fluido se realiza en la dirección opuesta a la transferencia de calor sensible, es posible que la masa que se está difundiendo acarree calor desde la interfase hasta el fluido, tan rápido como el calor sea liberado; en este caso, no entra calor en la fase adyacente.
