La transferencia de masa es el movimiento neto de masa desde un lugar (normalmente es decir, corriente, fase , fracción o componente) a otro. La transferencia de masa ocurre en muchos procesos, como la absorción , la evaporación , el secado , la precipitación , la filtración por membrana y la destilación . La transferencia de masa es utilizada por diferentes disciplinas científicas para diferentes procesos y mecanismos. La frase se usa comúnmente en ingeniería para procesos físicos que involucran transporte difuso y convectivo de especies químicas dentro de sistemas físicos .
Algunos ejemplos comunes de procesos de transferencia de masa son la evaporación del agua de un estanque a la atmósfera , la purificación de la sangre en los riñones y el hígado y la destilación del alcohol. En los procesos industriales, las operaciones de transferencia de masa incluyen la separación de componentes químicos en columnas de destilación, absorbentes como depuradores o stripping, adsorbentes como lechos de carbón activado y extracción líquido-líquido . La transferencia de masa suele ir acompañada de procesos de transporte adicionales , por ejemplo en torres de refrigeración industriales . Estas torres combinan la transferencia de calor con la transferencia de masa al permitir que el agua caliente fluya en contacto con el aire. El agua se enfría expulsando parte de su contenido en forma de vapor de agua.
En astrofísica , la transferencia de masa es el proceso por el cual la materia unida gravitacionalmente a un cuerpo, generalmente una estrella , llena su lóbulo de Roche y queda unida gravitacionalmente a un segundo cuerpo, generalmente un objeto compacto ( una enana blanca , una estrella de neutrones o un agujero negro ), y eventualmente se acumula sobre él. Es un fenómeno común en los sistemas binarios y puede desempeñar un papel importante en algunos tipos de supernovas y púlsares .
La transferencia de masa encuentra una amplia aplicación en problemas de ingeniería química . Se utiliza en ingeniería de reacciones, ingeniería de separaciones, ingeniería de transferencia de calor y muchas otras subdisciplinas de la ingeniería química como la ingeniería electroquímica. [1]
La fuerza impulsora para la transferencia de masa suele ser una diferencia en el potencial químico , cuando se puede definir, aunque otros gradientes termodinámicos pueden acoplarse al flujo de masa e impulsarlo también. Una especie química se desplaza de áreas de alto potencial químico a áreas de bajo potencial químico. Por tanto, el alcance teórico máximo de una transferencia de masa determinada suele estar determinado por el punto en el que el potencial químico es uniforme. Para sistemas monofásicos, esto generalmente se traduce en una concentración uniforme en toda la fase, mientras que para sistemas multifásicos las especies químicas a menudo preferirán una fase sobre las demás y alcanzarán un potencial químico uniforme solo cuando la mayoría de las especies químicas hayan sido absorbidas en la fase preferida. , como en la extracción líquido-líquido .
Si bien el equilibrio termodinámico determina el alcance teórico de una determinada operación de transferencia de masa, la tasa real de transferencia de masa dependerá de factores adicionales, incluidos los patrones de flujo dentro del sistema y las difusividades de las especies en cada fase. Esta tasa se puede cuantificar mediante el cálculo y la aplicación de coeficientes de transferencia de masa para un proceso general. Estos coeficientes de transferencia de masa generalmente se publican en términos de números adimensionales , que a menudo incluyen números de Péclet , números de Reynolds , números de Sherwood y números de Schmidt , entre otros. [2] [3] [4]
Existen similitudes notables en las ecuaciones diferenciales aproximadas comúnmente utilizadas para la transferencia de momento, calor y masa. [2] Las ecuaciones de transferencia molecular de la ley de Newton para el momento del fluido con un número de Reynolds bajo ( flujo de Stokes ), la ley de Fourier para el calor y la ley de Fick para la masa son muy similares, ya que todas son aproximaciones lineales al transporte de cantidades conservadas en un flujo. campo. A un número de Reynolds más alto, la analogía entre la transferencia de masa y calor y la transferencia de momento se vuelve menos útil debido a la no linealidad de la ecuación de Navier-Stokes (o más fundamentalmente, la ecuación general de conservación del momento ), pero la analogía entre la transferencia de calor y masa sigue siendo buena. . Se ha dedicado un gran esfuerzo a desarrollar analogías entre estos tres procesos de transporte para permitir la predicción de uno a partir de cualquiera de los demás.