Difusividad de Vapores

8/10/2019 Difusividad de Vapores

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DIFUSIVIDAD DE VAPORES FENMENOS DE TRANSPORTE II

25-11-2014

DIFUSIVIDAD DE

VAPORESFENMENOS DE TRANSPORTE

INTEGRANTES:

- CAIPO INFANTES, GIMENA

- JULCA GONZLES, ALEJANDRO

- DAZ SNCHEZ, LEONARDO JAIR

- PUELLES ROMN, JENIFFER

- RETTO HERNNDEZ, PATRICIA

DOCENTE:

Ing. Jess Alexander Snchez Gonzles

TRUJILLO PER

2 14


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DIFUSIVIDAD DE VAPORES

I. INTRODUCCIN

La difusin es el movimiento, bajo la influencia de un estmulo fsico, de un

componente individual a travs de una mezcla. La causa ms frecuente de la

difusin es un gradiente de concentracin de componente que difunde. Un

gradiente de concentracin tiende a mover el componente en una direccin tal que

iguale las concentraciones y anule el gradiente. Cuando el gradiente se mantiene

mediante el suministro continuo de los componentes de baja y de alta

concentracin, el flujo del componente que se difunde es continuo. Aunque la

cauda habitual de la difusin es un gradiente de presin, por ser un gradiente de

temperatura o por la a aplicacin de un fuerza externa. La difusin molecular

inducida por un gradiente de presin (no presin parcial) recibe el nombre de

Difusin de Presin, la inducida por la temperatura es la Difusin Trmica y la

debida a un campo externo es la Difusin Forzada.

La difusin de un vapor "A" de un lquido voltil a otro gas "B" puede estudiarse

confinando una pequea muestra del lquido en un tubo vertical estrecho, y

observando su velocidad de evaporacin a un flujo de gas "B" que pasa a travs de

la parte superior del tubo. Normalmente, para propsitos didcticos sencillos, "B"

es aire y "A" es un disolvente orgnico, por ejemplo acetona o alcohol metlico. El

aparato consiste esencialmente en un tubo capilar de vidrio colocado en un bao

de agua de paredes transparentes de temperatura controlada. Un tubo de vidrio

horizontal est sujeto al extremo superior del tubo capilar, y el aire es impulsado

por este tubo por una pequea bomba de aire incluida con la unidad.

II. OBJETIVOS

Determinar experimentalmente el coeficiente de difusividad de sustancias

voltiles

Comparar los coeficientes de Difusividad obtenidos experimentalmente con los

valores encontraos en la bibliografa.

III. MATERIALES Y METODOLOGA

Materiales

-

Sustancias voltiles (acetona, alcohol)


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-

Capilares o tubos delgados

- Cronmetro

- Regla graduada

Metodologa

- Registrar la temperatura a la que se realizara el experimento y mantenerla

constante.

Instalar el experimento como el mostrado en la figura 1.

-

Hacer circular aire en la posicin 2 de tal manera de asegurar que Ca2=0.

- Medir la diferencia a diferentes intervalos de tiempo la distancia entre la posicin

1 y 2. Para un tiempo inicial (t=0) l correspondera una altura inicial (L=Lo).

- Calcule la difusividad de cada una de las sustancias en funcin de las siguientes

ecuaciones de la forma, donde b es la pendiente:

a)

En funcin de las concentraciones

b) En funcin de las presiones:

Donde:

Figura 1. Esquema del experimento.


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Finalmente:

IV. PROCESAMIENTO DE DATOS

Para la determinacin de la difusividad para cada sustancia se utiliz el Mtodo

de Winkelmann para el anlisis de transferencia de masa en un tubo de Stefan.

Clculo de la Difusividad de la Acetona

Para la acetona, a temperatura ambiente (25 C = 298 K) y presin atmosfrica,

se tiene:

( ) (

)

Calculamos la concentracin total y parcial de A y B:

( ) ()

( )

( )

De la grfica 2 que corresponde a la acetona, se tiene:


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Y la pendiente es:

( )

Calculando la Difusividad D:

( )

()

Clculo de la Difusividad del Alcohol

Para el alcohol, a temperatura ambiente (25 C = 298 K) y presin atmosfrica,

se tiene:

(

) (

)

Calculamos la concentracin total y parcial de A y B:

( ) ()

( )


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( )

De la grfica 3 que corresponde a la acetona, se tiene:

Calculando la Difusividad D:

( )

( )

( )

V. RESULTADOS Y DISCUSIN

Se trabaj con dos tipos de sustancias voltiles: alcohol etlico (96) y acetona,

con el fin de determinar el coeficiente de difusividad de la acetona y del alcohol

a temperatura ambiente y a presin atmosfrica, basndose en el mtodo de

Winklemann a partir de datos experimentales de altura de interfase en un

determinado intervalo de tiempo.

Ambas sustancias se colocaron en dos tubos de ensayo delgados, estos debieron

ser transparentes para de esta manera lograr visualizar los niveles de fluido en

cada medicin. Se deja evaporar lquido en un tubo de vidrio vertical sobre cuya

boca superior se hace circular una corriente de gas exenta de vapor con una

velocidad suficientemente elevada para que la presin parcial del vapor

permanezca prcticamente igual a cero. Se asumieron ciertas condiciones del

sistema, las cuales son: presin y temperatura constantes; el vapor se mueve en

rgimen pseudoestacionario; no se absorbe aire hacia el lquido y se consideran

que los tubos de ensayo de trabajo son cilindros perfectos. Cabe sealar que la


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velocidad de evaporacin se puede seguir a partir de la velocidad de descenso de

la superficie del lquido y puesto que el gradiente de concentracin es conocido,

se puede calcular la difusividad. Es por esto, que en la prctica se midi el

descenso de cada lquido durante ciertos periodos de tiempo.

Los datos de cada tratamiento experimental se reportan en las siguientes tablas.

Tabla 1. Resultados experimentales para la difusividad de la acetona

ACETONA

Tiempo (s) L L-Lo (cm) t/(L-Lo)

0 4,40

18000 4,90 0,50 36000

43200 5,20 0,80 54000

79200 5,90 1,50 52800

93600 6,10 1,70 55059

129600 6,50 2,10 61714

144000 6,60 2,20 65455

158400 6,80 2,40 66000

176400 7,00 2,60 67846

217800 7,40 3,00 72600

233100 7,50 3,10 75194

248400 7,70 3,30 75273

266400 7,80 3,40 78353

277200 7,90 3,50 79200

298800 8,00 3,60 83000

313200 8,10 3,70 84649

Tabla 2. Resultados experimentales para la difusividad del alcohol etlico

ALCOHOL

Tiempo (s) L L-Lo (cm) t/(L-Lo)

0 4,60

18000 4,70 0,10 180000

43200 4,90 0,30 14400079200 5,00 0,40 198000

93600 5,10 0,50 187200

129600 5,20 0,60 216000

144000 5,30 0,70 205714

158400 5,30 0,70 226286

176400 5,40 0,80 220500

217800 5,50 0,90 242000

233100 5,50 0,90 259000

248400 5,60 1,00 248400

266400 5,70 1,10 242182277200 5,80 1,20 231000


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298800 5,80 1,20 249000

313200 5,90 1,30 240923

Con los datos obtenidos durante 4 das de experimentacin es posible realizar la

siguiente grfica

Figura 2. Dispersin obtenida con los datos experimentales de Difusividad de

Acetona

Figura 3. Dispersin obtenida con los datos experimentales de Difusividad de

Alcohol

y = 12830x + 35152R = 0.9485

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

90000

0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00

t/(L-Lo)

L-Lo (cm)

Acetona

y = 74229x + 161448

R = 0.6996

0

50000

100000

150000

200000

250000

300000

0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40

t/(L-Lo)

L-Lo (cm)

Alcohol


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Luego se resumieron los resultados obtenidos en el procesamiento para ambas

sustancias y se compararon con los valores tericos extrados de Cengel (2007),

en la tabla 3.

Tabla 3. Comparacin entre los resultados tericos y obtenidosexperimentalmente.

Acetona Alcohol etlico

Como se puede apreciar en la tabla anterior, el coeficiente de difusin del aire yla acetona obtenido mediante los clculos respectivos arroj un valor de 3.6*10 -5

m2/s. Sin embargo, Cengel y Ghajar (2011) indican que el valor del coeficiente

de difusin binaria del aire y la acetona a 1 atm es 1.1 x 10 -5 m2/s. Con respecto

al etanol, el coeficiente de difusin obtenido arroj un valor de -. Paraeste caso, Cengel y Ghajar (2011) indican que el valor del coeficiente de

difusin binaria del aire y la acetona a 1 atm es 1.2 x 10 -5 m2/s.

Existen mltiples factores que influyen el valor de las difusividades obtenidas.

Un factor es que la temperatura vari durante el proceso, debido a que si el

aparato se mantiene a temperatura constante, no habr corrientes de remolino en

el tubo vertical y la transferencia de materia desde la superficie tendr lugar

exclusivamente por difusin molecular. Otro factor que afect al sistema fue que

la corriente de aire que pasaba sobre el tubo, la cual no se mantuvo a una

velocidad constante. Por otro lado, en el caso de la acetona, esta no fue una

sustancia pura, ya que contena alcohol y otros compuestos voltiles indicadosen su composicin, lo que influy significativamente en los resultados

obtenidos. La difusividad o coeficiente de difusin DAB, es un valor que

representa la facilidad con que cada soluto en particular se mueve en un

disolvente determinado. En la literatura es posible encontrar valores del

coeficiente de difusin para diferentes pares de sustancias as como ecuaciones

basadas en la teora cintica y empricas que nos permiten calcular dichos

valores. Sin embargo, Winklemann proporciona un mtodo experimental para

determinar la difusividad de lquidos voltiles a travs de gases.


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Segn Mott (1996), el valor de la difusividad (D) debe ser mayor para los

lquidos ms voltiles (benceno, acetona y alcohol), ya que estos tienden a

evaporarse con mayor facilidad, adems de presentar una alta velocidad de

transferencia de masa, observndose este suceso en el experimento del alcohol.

Segn Geankoplis (1998), sustancias con mayor volatilidad, presentan una

velocidad de difusin mucho mayor que otras sustancias menos voltiles. Se

observa en la prctica que la velocidad de evaporizacin de la acetona fue mayor

que la del etanol y por tanto, este es el lquido ms voltil el cual presenta mayor

velocidad de difusin

VI. CONCLUSIONES

Se determin experimentalmente el coeficiente de difusividad de compuestos

voltiles como el alcohol etlico y la acetona.

Se realiz la comparacin respectiva con los valores obtenidos en la

bibliografa reportando resultados alejados con los de otros autores, debido a

que el experimento no se llev a cabo en las mejores condiciones.

VII. BIBLIOGRAFA

Cengel, Y. (2007). Transferencia de calor y masa. Un enfoque prctico

(Tercera edicin ed.). Mxico: Editorial McGraw-Hill Interamericana.

Geankoplis, C. (1998). Procesos de transporte y operaciones unitarias.

Tercera edicin. Compaa editorial continental, S.A. Mxico.

Mott, R. (1996). Difusin molecular. Cuarta edicin. Prentice-Hall 580 p.

Mxico.

Treball, R. (2004). Operaciones de transferencia de masa. McGraw-Hill.

Segunda edicin Mxico.


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VIII. ANEXOS

Figura 4. Tubos de ensayo utilizados para la toma de datos.

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