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• Leslie Flores

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Transporte de Masa, semestre 2018-1 Primer Serie de Problemas. 1. Gas oxígeno es mantenido a presiones de 2 bar y 1 bar a lados opuestos de una membrana de hule que tiene 0.5 mm de espesor, y el sistema entero se mantiene a 25 °C. ¿Cuáles son los valores de flux y flujo molar de O2 a través de la membrana? ¿Cuál es el valor de la concentración de O2 a ambos lados de la membrana (por fuera de ella)? 2. El aislamiento térmico sufre de degradación (experimenta un incremento en conductividad térmica) si se encuentra sujeto a la condensación de vapor de agua. Este problema puede ocurrir en el aislamiento de hogares durante los periodos invernales, cuando el vapor en cuartos humidificados difunde a través de las paredes secas y se condensa en el aislamiento adyacente. Estima la rapidez de difusión de masa para una pared de 3 m x 5 m, en condiciones para las cuales la presión de vapor es 0.03 bar en el lado interior del cuarto y 0.0 bar en el aislamiento. La pared seca tiene 10 mm de espesor, y la solubilidad del vapor de agua en el material de la pared es aproximadamente 5x10-3 kmol/m3bar. El coeficiente de difusión para el vapor de agua en la pared es aproximadamente 10-9 m2/s. 3. Un tapón de hule que tiene 20 mm de espesor y una superficie de 300 mm 2 se usa para contener CO2 al 25 °C y 5 bar de presión en un recipiente de 10 litros. ¿Cuál es la rapidez de pérdida de masa de CO2 a través del tapón? 4. Gas helio a 25 °C y 4 bar de presión se almacena en un cilindro de vidrio de 100 mm de diámetro interior y 5 mm de espesor. ¿Cuál es la rapidez de pérdida de masa por unidad de longitud en el cilindro? 5. Gas helio a 25 °C y 4 bar de presión se almacena en un contenedor esférico de Pyrex de 200 mm de diámetro interno y 10 mm de espesor. ¿Cuál es la rapidez de pérdida de masa a través del contenedor? 6. Hidrógeno a una presión de 2 atm fluye a través de un tubo de 40 mm de diámetro interno y espesor de 0.5 mm. La superficie exterior está expuesta a una corriente de gas para el cual la presión parcial de hidrógeno es de 0.1 atm. El coeficiente de difusión del hidrógeno en el material del tubo es de 1.8x10 -11 m2/s, mientras que la solubilidad del gas en el material es de 160 kmol/m3atm. Cuando el sistema se encuentra a 500 K, cuál es la rapidez de transferencia de hidrógeno a través del tubo por unidad de longitud (kg/sm).

7. Se almacena gas helio a 293 K en un recipiente esférico de 3 m de radio exterior hecho de pyrex de cm de espesor. La concentración molar del helio en el Pyrex es de 0.00069 kmol/m3, en la superficie interior, y despreciable, en la exterior. Determine el gasto de masa de helio por difusión a través del recipiente de Pyrex. 8. La solubilidad del gas hidrógeno en acero, en términos de su fracción de masa, se expresa como H2 = 2.09x10-4exp(-3950/T)PH20.5, donde PH2 es la presión parcial de hidrógeno, en bars, y T es la temperatura en K. Si se transporta gas natural en un tubo de acero de 1 cm de espesor y 3 metros de diámetro interno, a una presión de 500 kPa, y la presión parcial del hidrógeno en el gas natural es de 8%, determine la razón más alta de la pérdida de hidrógeno a través de una sección de 100 m de largo del tubo, en condiciones estacionarias, a una temperatura de 293 K, si el tubo está expuesto al aire. Tome la difusividad del hidrógeno en el acero como 2.9x10 -13 m2/s. 9. Una delgada membrana plástica separa hidrógeno del aire. Las concentraciones molares de hidrógeno en la membrana en las superficie interna y externa están determinadas como de 0.045 y 0.002 kmol/m 3, respectivamente. El coeficiente de difusión de hidrógeno en el plástico a la temperatura de operación es de 5.3x10 -10 m2/s. Determine la tasa de flujo de masa del hidrógeno por difusión a través de la membrana en condiciones estables, si el espesor de la membrana es a) 2 mm, y b) 0.5 mm.