Ingeniería en Alimentos - Fenómenos de Transporte - Año 2017

“…en ciencia, es cuando nos interesamos algo por los grandes descubridores y sus vidas…, y sólo cuando empezamos a reconstruir el desarrollo de sus ideas, se convierte en fascinante.” James Clerk Maxwell Uno de los físicos más importantes del siglo XIX.

RESOLUCION DE SITUACIONES PROBLEMATICAS Nº 9 Temas a desarrollar:  Transferencia Convectiva de Masa - Estado Estable  Transferencia de Masa - Estado Inestable EJERCICIO Nº 1: Calcular la velocidad de disolución de un cristal de azúcar cuya forma puede considerarse esférica, de 3mm de diámetro, cuando se encuentra sumergido en el seno de una corriente de agua cuya velocidad es de 1cm/s. Estime el coeficiente individual de transferencia de materia y calcule el flujo molar específico. La concentración de azúcar en la interfase sólido – agua es de 660kg/m 3, la difusividad de la sacarosa en agua es de 5x10-10 m 2/s. EJERCICIO Nº 2: Un gran volumen de agua pura a 26.1 “C fluye en paralelo a una placa plana de ácido benzoico sólido, donde L = 0.244 m en la dirección del flujo: La velocidad del agua es 0.061 mls. La solubilidad del ácido benzoico en agua es 0.0295 kg mol/m 3. La difusividad del ácido benzoico es 1.245 x 10-9 m 2/s. Calcule el coeficiente de transferencia de masa kL y el flujo específico NA. EJERCICIO Nº 3: Calcule el coeficiente de transferencia de masa y el flujo específico para la transferencia de masa desde una esfera de naftaleno expuesta al aire a 35ºC y 1atm absoluta, que fluye a 0,205m/s. El diámetro de la esfera es 15,4mm. La difusividad del naftaleno en aire a 35ºC es 6,92 x10-6 m 2/s y la presión de vapor del naftaleno sólido es 0,555 mm Hg. Utilice las unidades del sistema internacional. EJERCICIO Nº 4:Calcule la velocidad máxima de absorción de O2 en un fermentador desde burbujas de aire a 1 atm abs de presión y con diámetro de 100 µm a 37 ºC, a agua con una concentración de O2 igual a cero. La solubilidad del O2 del aire en agua a 37 “C es 2.26 x 10-7 g mol O2/cm3 de líquido o 2.26 x 10-4 kg mol O2/m 3. La difusividad del O2 en agua es 3,25 x 10-9 m 2/s. Se usa agitación para producir las burbujas de aire. EJERCICIO Nº 5 En el laboratorio de control de calidad de una fábrica de derivados lácteos se efectuaron experiencias para analizar la pérdida de humedad de la leche cuando se sometía a la acción de una corriente de aire con humedad y velocidad controlada de 8 m/s. Para un área de interfase de 35 cm 2 (10x3,5 cm) se efectuaron medidas del contenido de humedad en la interfase y a 15cm por encima. Determinar los coeficientes específicos en función de las presiones parciales (K p) y en función de fracciones molares (K y). si se sabe que la presión total promedio reinante es de 1,46 atmósferas y la temperatura es de 25 ºC. CA1 = 2,140x 10-6 gr/cm 3 CA2 =1,064x 10-6 gr/cm3 DAB = 2,42 x 10-5 m2/s EJERCICIO Nº 6 Un tubo está recubierto en el interior con naftaleno y tiene un diámetro interior de 20 mm,con una longitud de 1.10 m. A través de esta tubería fluye aire a 3 18 K, con presión promedio de 101,3kPa y velocidad de 0.80 m/s. Si se supone que la presión absoluta permanece esencialmente constante, calcule la concentración de naftaleno en el aire que sale.

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EJERCICIO Nº 7: Se extrae un aceite poniendo en contacto semillas, cuya concentración inicial de aceite es de 12g/l, con un disolvente adecuado. Las semillas pueden considerarse esféricas, de 2cm de diámetro. En las condiciones de trabajo los valores de los coeficientes individuales de transferencia de materia en las semillas y en el disolvente son 2,5 x 10-7 m/s y 2 x 10-6 m/s, respectivamente. El coeficiente de reparto del aceite entre el disolvente y las semillas tiene un valor de 25. Denomine fase 1 a la semilla y fase 2 al disolvente. Calcular: a) Los coeficientes globales de transferencia de materia, referidos a la semilla y al aceite b) El flujo molar inicial de aceite extraído por cada semilla. EJERCICIO Nº 8: Una placa sólida de 4,12% de agar en peso, a 278K y 12,20mm de espesor, contiene una concentración uniforme de 0,1Kg mol/m 3 de urea. La difusión sólo se verifica en la dirección x a través de dos superficies planas paralelas con separación de 12,2mm. La placa se sumerge súbitamente en agua pura turbulenta, por lo que puede suponerse resistencia superficial despreciable; es decir el coeficiente convectivo k c es muy grande. La difusividad de la urea en el agar es 4,72 x 10-10 m2/s. a) Calcule las concentraciones en el punto medio de la placa y a 2,54mm de la superficie después de 10 horas. b) ¿Cuál sería la concentración en el punto medio de la placa después de 10 h si el espesor de la placa se redujera a la mitad? EJERCICIO Nº 9: Un trozo de carne de 12cm x 12cm x 2cm se expone al aire relativamente seco. Suponga que al principio, se sellan los extremos para limitar el proceso de secado a las caras planas grandes del trozo de carne. El líquido interno se difunde a la superficie, donde se evapora a la corriente de aire que pasa sobre él. El contenido de humedad sobre la superficie permanece constante a 7% en peso. Después de 5 horas de secado el contenido de humedad en el centro disminuye de 74 a 69% en peso. Si el coeficiente convectivo es lo bastante elevado como para que la resistencia relativa sea prácticamente 0, calcule: a) El coeficiente de difusión efectivo b) El contenido de humedad en el centro si el intercambio se realiza en las seis caras EJERCICIO Nº 10Una placa muy gruesa tiene concentración uniforme de soluto A de co = 1 .O x le2 kg mol A/m3.La cara frontal se expone de manera repentina a la acción de flujo de un fluido a concentración cl = 0.10 kg mol A/m3 y coeficiente convectivo k, = 2 x 10-’ m/s. El coeficiente de distribución de equilibrio K = cLi/ci = 2.0. Suponiendo que la placa es un sólido semiinfínito, calcule la concentración en el sólido en la superficie (x = 0) y x = 0.01 m de la superficie después de t = 3 x 10“ s. La difusividad en el sólido es DAB = 4 x 1c9 m2/s.

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