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7/27/2019 DIFUSION MASICA_lou2

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DIFUSIN MSICA

LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS II Pgina 1

RESUMEN

En la presente prctica se determin de manera experimental el coeficiente de difusin

msica para una sustancia no polar en aire, acetona-aire, dada la temperatura de 20C.

Posteriormente se contrastaron los valores arrojados por el experimento con los obtenidos

mediante el uso de correlaciones encontradas en la literatura, como lo es la correlacin de

Hirchsfelder-Bird-Pratz y Slattery-Bird.


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I. INTRODUCCINCuando un sistema contiene dos o ms componentes cuyas concentraciones varan de

punto a punto, hay una gran tendencia a la transferencia de masa, minimizando las

diferencias de concentracin en el sistema. El transporte de un constituyente, de unaregin de alta concentracin a una de concentracin baja, se denomina transferencia de

masa.

El mecanismo de transferencia de masa, as como el de transferencia de calor, dependen

del sistema dinmico en que tiene lugar. La masa se puede transferir por movimiento

molecular en fluidos en reposo, o bien puede transferirse desde una superficie contenida

en el seno de fluido que se mueve, ayudada por las caractersticas dinmicas de flujo,

esto es el movimiento forzado de grandes grupos de molculas.La difusin molecular es el viaje de uno o ms componentes a travs de otros

ocasionados por una diferencia de concentraciones o de potencial qumico cuando se

ponen en contacto dos fases inmiscibles, que se encuentran estancadas o en rgimen

laminar.

La rapidez con la cual se transfiere un componente en una mezcla de pender del

gradiente de concentracin existente en un punto y en una direccin dados. Su

movimiento est descrito por el flux, el cual est relacionado con la difusividad por

medio de la Primera Ley de Fick para un sistema isobrico e isotrmico.

OBJETIVOS

Determinar el coeficiente de difusin de un gas en el aire. Evaluar el coeficiente de difusin aplicando las ecuaciones de: Slattery-Bird,

Hirchsfelder-Bird-Pratz, Wilke-Lee, Fuller; y comparado con el coeficiente de

difusin experimental.

Encontrar el flujo evaporado.


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II. MATERIALES Y MTODOS:2.1Materiales de Estudio:

Instrumentos:

o Tubo de ensayoo Papel milimetrado

Materiales de estudio:

Acetona: A temperatura de ambiente se presenta como un lquidoincoloro de olor cartacterstico. Se evapora fcilmente.

Punto de ebullicin]: 329.4 K

Punto de fusin: 178.2 K

Densidad: 0.792 g/cm3 a 20C

Aire: Tiene volumen indefinido.Densidad: 1.18 kg/m3

Viscocidad: 0.018 a 20C

2.2Mtodo:Primera Ley de Fick:

Las leyes de transferencia de masa, muestran la relacin entre el flujo de sustancia

que se difunde y el gradiente de concentracin responsable de dicha transferencia. La

relacin bsica para difusin molecular, define el flux molar relativo a la velocidadmolar promedio, el cual se designa por h. Una relacin emprica para este flux molar,

postulada por Fick, define la difusin del componente A en un sistema isobrico o

isotrmico, as:

Para difusin en la direccin z, donde h es el flux molar en la direccin z relativa a la

velocidad molar promedio, dCA/dz es el gradiente de concentracin de A en la


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direccin z y DAB es un factor de proporcionalidad, conocido como difusividad msica

o coeficiente de difusin del componente A en el componente B, el signo negativo

hace hincapi que la difusin ocurre en el sentido de decremento en concentracin.

Balances de cantidad de movimiento y de materia necesarios para deducir, a partir de

la primera ley de Fick, la ecuacin empleada:

El clculo de NAz nmero de moles que difunden por unidad de rea de interfase y

tiempo vendr dado por la ley de Fick, que para un sistema unidireccional es:

Una vez alcanzado el rgimen estacionario, el desplazamiento del componente B en el

sentido contrario al de difusin es nulo, es decir:

Y la densidad de flujo de la especie A ser:

que integrada para las condiciones lmites:

Condicin lmite 1: z1---xA=xA1

Condicin lmite 2: z2---xA=xA2

Se obtiene:


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Expresin que en funcin de las presiones parciales suponiendo un comportamiento

ideal para las mezclas gas-vapor:

El proceso evoluciona en rgimen pseudo estacionario, de forma que:

Teniendo en cuenta que segn el modelo descrito, el nmero de moles que se

evapora por unidad de tiempo y superficie en la interfase viene dado por:

Teniendo en cuenta la ecuacin en funcin de presiones parciales se obtiene:

Siendo PA la densidad de A en fase lquida a la temperatura de operacin y M A la

masa molecular de A. dh/dt es la velocidad de descenso de nivel de A. De acuerdo

con el modelo indicado anteriormente la composicin de la especie A en la zona

superior del tubo se puede considerar nula debido a un defecto de barrido del gas

inerte, mientras que en la interfase corresponde al valor de equilibrio, es decir, supresin de vapor a la temperatura de operacin:


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Sustituyendo el valos de NAz em la expresin anterior tendremos la forma

diferencial de la ecuacin:

Expresin que integrada entre los limites adecuados:

... (a)

( )

Como ho es la distancia inicial para um tempo t=0 entre la interfase y la boca de la

columna y hi es el descenso de la interfase que corresponde a um tempo t=ti se tiene:

Integrando de nuevo la expresin:

( )

( )

(

)

Englobando los trminos constantes de la ecuacin anterior em uma constante K seobtiene:

(

)Con lo que operando:


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Difusividad o Coeficiente de Difusin:

...(1)DAB: cm

2/s

CAL: mol/litro

P: atm

T: kelvin

R: 0.0821 atm-H/gr-molK

...(2)

...(3)

...(4)

()...(5)

Z2: Nivel superior de la trayectoria de difusin.

Z1: Nivel del menisco del lquidoi em el tempo

Z0=t=0(tempo inicial)


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III. RESULTADOSTIEMPO (seg) z(cm)

0 0

2700 14.26300 13.6

9600 13.3

13500 13.1

16500 13

Z2=15 cm

Z0=14.8cm

TIEMPO (seg)

2700 0.3

6300 0.96

9600 1.425

13500 1.79

16500 1.98

Ecuacin:

IV. DISCUSION: Principalmente se utilizan celdas de pequeo dimetro para asegurar que la difusin

se produzca unidireccionalmente. Un dimetro de mayor tamao implicara una

difusin en dos direcciones, la radial y la longitudinal, y adems facilitara

turbulencias.

Hemos visto que los porcentajes de error estn entorno al 25 % se puede concluirdiciendo que las medidas experimentales fallan principalmente debido a errores enla medida. Este tipo de errores tienen que ver con la persona que realiza la medida y


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tambin a que no siempre mida la misma.

V. CONCLUSIONES: El coeficiente de difusividad obtenido experimentalmente es: 13.03x10-6 m2/s El porcentaje de error obtenido es alrededor del 28%; comparado con las

difusividades calculadas con las correlaciones de difusividad.

La difusividad obtenida mediante el uso de la correlacin de Hirchsfelder-Bird-Pratzes : 0.086 cm2/s y la obtenida con el uso de la correlacin de Sattery Bird es: 0.093

cm2/s

VI. RECOMENDACIONES

Se debe evitar los cambios en la temperatura en el sistema, para obtener una buenatoma de datos.

Se debe trabajar con tubos de ensayo de menor dimetro posible, para asegurar unflujo unidireccional del lquido que se evapora.

VII. BIBLIOGRAFA:

Robert Treybal Operaciones de Transferenciade Masa, 1988. 3ra Edicin EditorialMc Graw Hill. Pg. 34-40.

Perry R. y D. Green.1984. Manual del Ingeniero Qumico. 6ta Edicin. Editorial McGrawHill

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