Se evalúan distintas definiciones del coeficiente de transferencia convectiva de masa

1. “Evaluación de las diferentes definiciones del
coeficiente de transferencia de masa por convección”
Alumno:
Rafael Cruz Ruiz
19-Febrero-2014

2. Autores: H.-J. Steeman(a) , C. T’Joen (a), M. Van Belleghem (a), A.
Janssens(b) , M. De Paepe(a)
a)
b)
Procedencia:
Department of Flow, Heat and Combustion Mechanics, Ghent
University–UGent, Sint-Pietersnieuwstraat 41, 9000 Gent, Belgium
Department of Architecture and Urbanism, Ghent University –
UGent, Jozef Plateaustraat 22, 9000 Gent, Belgium
Revista: “International Journal of Heat and Mass Transfer”
Otros datos: Volumen 0017, número 9310, año 2009, páginas de la
3758 hasta 3766

3. 
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Introducción
Explicación de las partes del contenido
Consideraciones teóricas acerca de la elección de la
fuerza motriz para el transporte de masa
Interpretación de los diferentes parámetro que
indican la composición de la mezcla
Análisis del ejemplo
Proceso de saturación adiabático
Aplicación práctica de un experimento de
evaporación real
Conclusión

4. La transferencia de masa en la interfase entre un líquido o
sólido y un gas es un fenómeno importante para diversas
disciplinas de la ingeniería . Dependiendo del autor y la
disciplina científica hay diferentes opciones para definir el
coeficiente de transferencia de masa y las fuerzas motrices
relacionadas.
Las condiciones ambientales variables también pueden afectar
las propiedades de los materiales necesarios para describir el…

5. … calor y proceso de transferencia de masa. Boukakdida
estudió el efecto de una variación en condiciones de flujo libre
en el coeficiente de transferencia de masa para un caso de la
evaporación y declaró que la evolución de el coeficiente de
transferencia de masa con las variables investigadas cambia
cuando otro fuerza de accionamiento se utiliza para definir el
coeficiente de transferencia de masa.

6. 
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1.- El comportamiento de las diferentes fuerzas motrices
para el transporte de masas basado en consideraciones
teóricas. Las diferentes definiciones del coeficiente de
transferencia de masa por convección.
2.- un estudio de CFD(Computational Fluid Dynamics) de
un experimento de evaporación. El estudio CFD demuestra
el efecto de la utilización indebida de los coeficientes de
transferencia de masa .

8. Cuando se estudia el coeficiente de transferencia de
masa convectivo se relaciona con diferentes fuerzas
motrices y es muy común escribirlas con las
ecuaciones gobernantes de transferencia de masa en la
interface del gas y el líquido o sólido.
Bajo la condición de la ley de Fick de difusión y si la
interfase es semipermeable es válido que el flujo de
masa puede expresarse por las siguientes ecuaciones:

9. Son 4 alternativas para representar la
transferencia de masa en la superficie
1.- Usando la densidad del vapor (ec. 1)
2.- Fracción masa (ec. 2)
3.- Presión del vapor (ec. 3)
4.- Fracción mol (ec. 4)
Como fuerza impulsora.

10. Para mejor entendimiento de las limitaciones de
los diferentes parámetros que indican la
composición de la mezcla se muestra un ejemplo
de aire húmedo pasando a través de un canal de
calefacción(fig.1). En el interior del canal sólo se
añade calor,no se agrega ni se quita humedad.
Por lo tanto la composición en la entrada es igual
que en la salida.

11. Basado en las condiciones de entrada, las
condiciones de salida para este ejemplo se calcula
mediante la ley de los gases ideales y las ley de
conservación de masa, energía y momento. En
esta tabla podemos ver las condiciones de entrada
y de salida.
Tabla 1

12. Se muestra que bajo las condiciones no isotérmicas la
diferencia en la densidad del vapor es una
despreciable fuerza motriz para el transporte de
masa.
La presión del vapor de agua no es constante sin
embargo, es muy pequeño su cambio comparado con
el cambio de densidad.

13. Esto confirma que la fuerza motriz para la
transferencia de masa es la fracción masa o la fracción
mol, 2 parámetros que solo son afectados por la
composición de la mezcla.

14. 

15. La saturación adiabática es un proceso en el cual
el agua se evapora en el aire dentro de un
conducto de tal manera que el aire sale saturado
con el vapor de agua.
El calor latente necesario para la evaporación se
extrae de sólo la corriente de aire.

16. Evolución de la temperatura del aire (⎯⎯) y la
fracción masa del vapor de agua a lo largo del flujo
en el proceso de saturación adiabática.
La fracción masa está dada por la difusividad
asociada con Le=1 (• • •) y con Le=0.2( - - - ).
Mientras Le diferente a 1 el intercambio de calor y
masa en la superficie serán diferentes.

17. Proporción de calor y el coeficiente de
transferencia de masa como función de la
humedad relativa de entrada para la temperatura
de entrada y la presión de entrada de 40 ° C y 1
atm. (⎯⎯), 40 ° C y 0,8 atm.
( * * * ), 70° C y 1 atm. (- - - ) En el proceso de
saturación adiabática.
El coeficiente de transferencia de masa se ​define
con un flujo de conducción de densidades de
vapor (A), fracciones de masa (b), de presiones
vapor (c) y fracciones molares (d).

18. Los resultados de este análisis se
muestran en las figura. 4: la
dependencia de la relación h / hm
de las condiciones ambientales se
representa por cuatro diferentes
fuerzas impulsoras.
Se muestra fuertemente hm depende fuertemente de
la temperatura y la presión de entrada pero solo para
la humedad relativa de entrada.

19. 

20. Podemos observar que usando las fracciones molares
en lugar de presión vapor la dependencia del
coeficiente de transferencia de masa sobre la presión
total se cancela.

21. En general, se puede afirmar que el uso de
fracciones de masa o fracciones molares en lugar
de la densidad de vapor de agua o presiones de
vapor de agua como fuerza motriz para la
transferencia de masa por convección conduce a
coeficientes de transferencia de masa que son
menos dependientes de las condiciones
ambientales.

22. El objetivo de esta sección es examinar las
consecuencias prácticas de la utilización de los
diferentes coeficientes de transferencia de masa
por convección. Esto se realiza mediante el
estudio de un experimento de evaporación bien
definido para flujo laminar y turbulento.

23. Comparación de la predicción CFD de Nu locales (⎯⎯) y
Sh locales ( - - - ) con la correlación de Shah y Londres ( o
) para el flujo laminar. (a) no adiabática, caso isotérmico
con Sh definido, (b) el caso no adiabático, no isotérmico
con Sh define utilizando hq
m,

24. Comparación de la predicción CFD de Nu locales (⎯⎯)
y Sh locales ( - - - ) con la correlación de Sakakibara y
Endo ( o ) para el flujo turbulento. (a) no adiabática,
caso isotérmico con Sh define utilizando, (b) no
adiabático, no isotermico caso de Sh.

25. El análisis teórico demostró que la masa convectivo
coeficientes de transferencia relacionadas con la presión de
vapor como fuerza motriz sólo son aplicables a los sistemas de
isobaricos y la debe corregir por la presión total cuando se
utiliza en un ambiente diferente presión . Si esta condición no
se cumple, los valores de hq m mostrará una dependencia de
las condiciones ambientales tales como la temperatura ,
humedad relativa y la presión .

26. Por tanto, si hm se usa en condiciones no isotérmicas una
predicción precisa del flujo de masa sólo será posible en
virtud exactamente las mismas condiciones ambientales
como aquellos para los que la masa coeficientes de
transferencia se determinaron originalmente .
Por tanto, se recomienda el uso de coeficientes de
transferencia de masa relacionados de fracciones de masa
como fuerza impulsora.

27. Una ventaja adicional de esta definición del
coeficiente de transferencia de masa es que permite a
directamente convertir correlaciones de transferencia
de calor para Nu en la transferencia de masa
correlaciones para Sh para el caso de mezclas de
gases diluidos .