Operaciones Básicas de Transferencia de Materia Problemas Tema 2-3 1.- Se difunde H2 a 17ºC y 0.01 atm de presión parcial a través de una membrana de neopreno de 0.5 mm de espesor. La presión de hidrógeno al otro lado de la membrana es cero. Calcular el flujo en estado estacionario suponiendo que la única resistencia a la difusión está en la membrana. La solubilidad del hidrógeno en neopreno a 17ºC es 0.051 m3 (STP) atm-1 m-3 sólido y la difusividad es 1.03*10-10 m2 s-1. Área de Ingeniería Química 1 Isidoro García García Operaciones Básicas de Transferencia de Materia Problemas Tema 2-3 2.- Una película de polietileno de 0.00015 m se emplea para envolver un producto farmacéutico a 30ºC. Si la presión parcial de oxígeno en la parte externa es de 0.21 atm y dentro del paquete 0.01 atm, calcular la difusión de oxígeno en estado estacionario. Considérese que la única resistencia es la de la película de polietileno. Área de Ingeniería Química 2 Isidoro García García Operaciones Básicas de Transferencia de Materia Problemas Tema 2-3 3.- Un sólido sinterizado de sílice de 2 mm de espesor, tiene una fracción de huecos de 0.3 y una tortuosidad de 4. Los poros están llenos de agua a 298 K. En uno de los lados, la concentración de KCl se mantiene en 0.1 mol-g L-1, por el otro lado fluye agua fresca. Considerando como única resistencia la del sólido poroso, calcular la difusión del KCl en estado estacionario. Área de Ingeniería Química 3 Isidoro García García Operaciones Básicas de Transferencia de Materia Problemas Tema 2-3 4.- El Helio está presente en el aire en una concentración de 1 ppm aproximadamente; con esta concentración no es posible obtenerlo, de forma económica, a partir de aire. Sin embargo, en el gas natural, su concentración es bastante mayor (del 0,1 al 5%), permitiendo su recuperación de forma rentable. Dado que el helio no es un recurso renovable, desde los años 60 es obligatorio recuperar el helio contenido en todo el gas natural destinado al consumo. Pero por otro lado, y dado que la oferta de este gas es superior a la demanda, el exceso de gas producido, debido a los altos volúmenes de gas natural consumido, tiene que ser almacenado. Una de las soluciones sugeridas para almacenar esta helio, es bombearlo dentro de minas de sal abandonadas y mantenerlo allí a alta presión. Estímense las pérdidas que se producirían por difusión a través de la capa de sal y roca suponiéndose una difusividad efectiva del helio en la fase sólida de 10-8 m2/s. Esta difusividad es más de tres órdenes de magnitud menor que la difusividad del helio en aire. Supóngase que la presión del helio en el interior de la mina es de 100 atm y la temperatura de 30 ºC. Considérese la mina como una cavidad esférica de 100 m de radio. Área de Ingeniería Química 4 Isidoro García García Operaciones Básicas de Transferencia de Materia Problemas Tema 2-3 5.- Considérese una lámina de cloruro de polivinilo (PVC) de 0.1 mm de espesor y una superficie de 1m2. Si una de sus caras está expuesta a aire a 25 ºC, con una presión total de 100 kPa y la otra, a nitrógeno con una presión total de 100 kPa, determínese: a.- la velocidad de permeación de oxígeno en gramos al día b.- la difusividad del oxígeno en el PVC Datos: S=0.29 *10-6 cm3 STP/(cm3 Pa) Pm=0.034*10-13 cm3 STP cm/(cm2 s Pa) Área de Ingeniería Química 5 Isidoro García García Operaciones Básicas de Transferencia de Materia Problemas Tema 2-3 6º.- Un neumático como el que se indica en la figura, se llena de nitrógeno hasta una presión de 4 atm. Estímese cuál sería la presión después de un mes si la temperatura se mantuviera constante a 25ºC y que las únicas fugas a considerar fueran las que se producen a través de la pared del neumático. Considérese que el material es caucho vulcanizado. 1 cm de pared (espesor) 10 cm 60 cm 20 cm Compárense los resultados obtenidos previamente con los correspondientes al caso en el que el neumático se hubiera inflado con aire (como es el caso habitual) Área de Ingeniería Química 6 Isidoro García García