garraio-fenomeno

1. Kim.

Partikulak edota propietateak toki batetik bestera aldarazten dituen mekanismoetako bakoitza. Higidura-kantitatearen, energiaren eta materiaren transferentzian oinarritzen dira. Ezinbestekoak dira ingenieritza kimikoko oinarrizko eragiketa fisiko-kimikoetan.

Garraio-fenomenoetako propietateen kontzentrazioak eta fluxuak dituzten unitateak (SI)
Garraio-fenomenoetako propietateen kontzentrazioak eta fluxuak dituzten unitateak (SI)

1. Kim.
Partikulak edota propietateak toki batetik bestera aldarazten dituen mekanismoetako bakoitza. Higidura-kantitatearen, energiaren eta materiaren transferentzian oinarritzen dira. Ezinbestekoak dira ingenieritza kimikoko oinarrizko eragiketa fisiko-kimikoetan.

Garraio-fenomenoak Edit

Egilea: Martin Olazar

GARRAIO-FENOMENOAK

Industria kimikoaren oinarrizko eragiketa fisiko-kimikoetan, jariagaiak eta solidoak bultzatu, nahasi, berotu, hoztu, bereizi edo kontzentratu behar dira edo erreakzionarazi egin behar zaie. Oro har, aldaketa horiek fase bakar batean edo bi fase nahastezin edo gehiago elkar ukiaraziz gertatzen dira. Hala ere, oinarrizko eragiketa ugari izan arren, funtsean antzekoak dira, eta guztiak higidura-kantitatearen, energiaren edo materiaren garraioan oinarritzen dira. Propietate horien transferentzian oinarritzen diren prozesuei garraio-fenomeno deritze, eta ezinbestekoak dira ingeniaritza kimikoaren aplikazioan.

Eragiketa fisikoa edo kimikoa gertatzen den ekipoa diseinatzeko, propietate horien garraio-abiadura edo fluxua jakin behar da, hots, propietatearen kantitate-aldaketa denbora eta gainazal unitateko. Garraio-fenomenoetan erabiltzen diren propietateen kontzentrazioa eta fluxua adierazteko unitateak hurrengo taulan erakusten dira.

Garraio-fenomenoetako propietateen kontzentrazioak eta fluxuak dituzten unitateak (SI)

grafikoak1

Higidura-kantitatearen, energiaren eta materiaren garraioa mekanismo biren arabera gertatzen da jariagaien eta solidoen barnean:

  • Propietatearen kontzentrazio-gradientearen ondorioz. Orekako baldintzen eta sistemaren baldintzen arteko diferentziarekiko proportzionala da transferentziaren abiadura. Beraz, propietatearen kontzentrazio-gradiente hori garraioa eragiten duen indar bultzatzailea da.

  • Jariagaiaren higiduraren ondorioz. Garraio-mota hori ez da gertatzen solidoetan eta geldi dauden jariagaietan.

Gainera, jariagaiaren zirkulazio-erregimenaren arabera, garraioa molekularra edo zurrunbilotsua izan daiteke:

  • Garraio molekularra molekulen banako desplazamenduan dago oinarrituta, eta ebazpen analitikoa duten ekuazioen bidez azter daiteke. Garraio-mota hori geldi dauden edo erregimen laminarrean higitzen diren jariagaietan gertatzen da.

  • Garraio zurrunbilotsua molekula-taldeen mugimenduan dago oinarrituta, eta garraio-koefiziente enpirikoak dituzten ekuazioen bidez deskribatzen da. Garraio-mota hori erregimen zurrunbilotsuan mugitzen diren jariagaietan gertatzen da.

Oinarrizko eragiketa gehienetan, batera gertatzen dira hiru garraio-fenomenoak, hots, higidura-kantitatearena, energiarena eta materiarena, baina normalean horietako bat besteak baino motelagoa da. Garraio-fenomenorik motelenari mugatzaile deritzo. Hori da prozesu osoaren abiadura mugatzen duena, eta ekipoa diseinatzeko kontuan hartu behar dena.

Garraio molekularraren lege zinetikoak oinarrizko teoria zinetikoen bidez deduzitzen dira. Ikuspuntu fisikotik hiru garraio-fenomenoak oso desberdinak izan arren, horiek deskribatzeko lege zinetikoek antzeko itxura eta esangura matematikoa dute, hots, “propietatearen fluxua” = “indar bultzatzailea/garraioaren aurkako erresistentzia”; propietatearen gradientea garraioaren indar bultzatzailea da, hain zuzen. Beraz, berdintsuak dira korronte elektrikoaren garraioa deskribatzen duen Ohmen legea (I = ΔV/R) eta propietatearen fluxua deskribatzen duena. Lege horien arabera, zenbat eta gradientea handiagoa den orduan eta fluxua handiagoa da. Garraio-fenomenoen kasuan, sistema orekara heltzen denean, propietatearen garraioa gelditu egiten da, gradientea zero egiten baita.

Hauxe da lege zinetikoen adierazpen matematikoa:

Φ z = δ d φ d z (1)

Φz z norabideko propietatearen fluxua da; δ, difusibitate deritzon proportzionaltasun-konstantea; Φ, propietatearen kontzentrazioa. “dΦ/dz ” gaia garraioa eragiten duen indar bultzatzailea da. Hiru garraio-fenomeno horiek banan-banan hartuz, honako lege hauek dagozkio:

  • Higidura-kantitatearen garraioa Newtonen legeaz adierazten da, eta dentsitatea konstante denean hauxe da:

    τ zx = ν d d z ( ρv x ) (2)

    τzx esfortzua edo higidura-kantitatearen fluxua da; υ, biskositate zinematikoa edo higidura-kantitatearen difusibitatea (υ = μ/ρ); μ, biskositatea; ρ, dentsitatea; vx, x norabideko abiadura lineala.

  • Beroaren garraioa Fourierren legeaz adierazten da, eta ρCp konstante denean hauxe da:

    q z = α d d z ( ρC p T ) (3)

    qz energiaren fluxua da; α, difusibitate kalorifikoa (α = k/ρCp); k, eroankortasun termikoa; ρ, dentsitatea; Cp, presio konstanteko bero-ahalmena; T, tenperatura.

  • Masaren garraioa Ficken legeaz adierazten da, eta dentsitatea konstante denean hauxe da:

    j Az = D AB d ρ A d z (4)

    jAZ z norabideko A osagaiaren fluxua da; DAB, A-ren B inguruneko difusibitatea; ρA, A osagaiaren dentsitatea.