TP5-FOI-2019

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Fundamentos de las Operaciones Industriales (FOI) 
Ingeniería Industrial 
Año 2019 
 
Dra. Dolores Gutiérrez Cacciabue - Ing., Darío Pistan Página 1 
Trabajo Práctico Nº 5 - Difusión y Convección de masa 
Libros para la consulta: Welty, Wicks and Wilson; Mass – Transfer Operations, Autor: 
Treybal, Robert E.; Heat and Mass Transfer; Autor: Mills, A.F; Transport processes and 
separation process principles; Autor: Geankoplis, C.J. 
 
Ejercicio 1. Una corriente de CO2 difunde a través de una película estancada de aire de 
0,1 pulg de espesor hacia una solución de NaOH, donde desaparece rápidamente por 
reacción química. Estimar la velocidad de transferencia de masa (en g/h) a través de un 
área de 1 pie2, si la temperatura y la presión del sistema son 0 °C y 1 atm, 
respectivamente. La concentración de CO2 en un extremo de la película es 4 % en moles. 
Ejercicio 2. Se desea mantener la presión en una tubería que transporta gas helio a 
razón de 2 kg/s a 1 atm mientras éste es eliminado hacia la atmósfera a través de un 
tubo, cuyo diámetro interior es de 5 mm, y que se extiende 15 m hacia el aire. Suponiendo 
que tanto el He como el aire atmosférico están a 25 °C, determinar: a) el flujo másico de 
He perdido hacia la atmósfera a través del tubo y b) el flujo másico de aire que se infiltra 
en la tubería (en g/año). 
Ejercicio 3. Dos depósitos que contienen una mezcla de CO y N2 están conectados por 
un tubo de 9 cm de longitud. La presión en los depósitos se mantiene a 1 atm, pero la 
concentración difiere: en un extremo, la presión parcial de N2 es de 90 mmHg, mientras 
que en el otro es 15 mmHg. Calcular: a) la densidad de flujo de N2 en mol/h m2 a 298 K; b) 
repetir el cálculo si el sistema opera a 500 K y 1 atm, c) repetir el cálculo si el sistema 
opera a 298 K y 5 atm; d) ¿Qué sucede en cada caso con el flujo cuando cambia la 
temperatura y/o la presión? Considerar que las concentraciones en cada depósito se 
mantienen en los niveles especificados. Dato: para gases, DAB es proporcional a T3/2/P. 
Ejercicio 4. Una esfera de naftaleno de 2 mm de radio está suspendida en un gran 
volumen de aire estacionario a 318 K y 1 atm. Se puede suponer que la temperatura 
superficial del naftaleno es 318 K y su presión de vapor es de 0,55 mmHg. Calcular la 
velocidad de evaporación del naftaleno en la superficie. El valor de DAB del naftaleno en 
aire a 318 K es 6,92 ×10 -6 m2/s. 
Ejercicio 5. El aislamiento térmico de un hogar en época de frío se daña cuando el vapor 
difunde a través de la pared seca (placa de yeso), condensándose en dicho aislamiento. 
Calcular el flujo molar (mol/h) para una pared de 4 x 6 m, teniendo en cuenta que la 
presión de vapor del aire en la habitación es de 0,04 bar y 0 bar en el aislamiento. La 
pared seca tiene 15 mm de espesor y la solubilidad del vapor de agua en la pared es 
aproximadamente 5×10-3 mol/m3bar. El coeficiente de difusión binaria para el vapor de 
agua en la pared seca es de 10-9 m2/s. 
Ejercicio 6. Se desea utilizar una película delgada de polietileno de 0,15 m de espesor 
para envasar de un producto farmacológico que se encuentra a 30 ºC. La presión parcial 
del O2 en el exterior del envase es de 0,21 atm y en su interior es de 0,01 atm. Calcular el 
flujo difusivo de O2 en estado estacionario. 
Fundamentos de las Operaciones Industriales (FOI) 
Ingeniería Industrial 
Año 2019 
 
Dra. Dolores Gutiérrez Cacciabue - Ing., Darío Pistan Página 2 
Ejercicio 7. Una corriente de aire a 30 °C se humidifica cuando atraviesa una pileta 
natural de salmuera de Litio, que presenta una longitud de 6 m. La velocidad de la 
corriente de aire es 4 m/s y la temperatura en la interfase agua-aire es 20 °C. Calcular la 
cantidad de agua que se evapora por 1 m de ancho del contenedor. Considerar que la 
humedad inicial del aire es de 30%. Repetir los cálculos, pero considerando ahora que la 
velocidad de la corriente de aire es 0,4 m/s. ¿En qué caso se evapora más agua? 
Ejercicio 8. Una fábrica de empaquetado de frutas realiza el lavado de naranjas con agua 
en spray a medida que estas circulan por una cinta transportadora perforada. Luego se 
secan con una corriente de aire a 27 °C y 1 atm y una velocidad de 15 m/s. Calcular el 
coeficiente de transferencia de masa en la superficie de una naranja de 5 cm de diámetro 
medio. Repetir el cálculo, pero considerando que el aire está quieto. Comparar los 
valores. Dato: La difusividad del vapor en agua es de 2, 5 10-5 m2/s. 
Ejercicio 9. Se desea secar con aire (300 K y 1 atm) el interior de un tubo de 0,015 m 
diámetro, cuya superficie interna se encuentra mojada con agua líquida como resultado 
de la condensación. Determinar el coeficiente de transferencia de masa en el interior del 
tubo utilizando las analogías adecuadas cuando el aire circula a) 1,2 m/s y b) 3,5 m/s 
Ejercicio 10. Se utiliza una columna de absorción para eliminar amoníaco (NH3) de una 
solución amoníaco-agua con una corriente de aire. El valor del coeficiente global de 
transferencia de masa en la fase líquida KL es de 0,05 lb-mol NH3/h pie2 lb-mol pie3. En un 
punto de la torre, el líquido que cae tiene una concentración de 0,25 lb-mol NH3/pie3 de la 
solución y la presión parcial del amoníaco en la corriente gaseosa es de 0,03 atm. Para 
soluciones diluidas de amoníaco en agua a la temperatura de operación, la presión parcial 
en el equilibrio puede evaluarse mediante la siguiente ecuación: 
pA,i = 0,215cA,i 
donde pA,i (atm) y cA,i (lb-mol NH3/pie3 de solución) son la presión parcial y la 
concentración en equilibrio, respectivamente. Para este caso se encontró que el 75% de 
la resistencia total estaba en la fase gaseosa. A partir de estos datos calcular: a) el 
coeficiente individual de transferencia de masa en la fase gaseosa kg, b) el coeficiente 
global de transferencia de masa en la fase gaseosa KG, c) las concentraciones en la 
interfase pA,i y cA,i