Practica 01 Dif.estacionario

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LABORATORIO DE INGENIERÍA AGROINDUSTRIAL III

PRACTICA Nº 01

DETERMINACIÓN DEL COEFICIENTE DE DIFUSION DE LA SOLUCIÓN DE SACAROSA EN AGUA.

I. INTRODUCCION

La difusión de solutos en líquidos es muy importante en muchos procesos agroindustriales,

en especial en las operaciones de separación, como extracción líquido-líquido o extracción

con disolventes, en la absorción de gases y en la destilación. Resulta evidente que la

velocidad de difusión molecular en los líquidos es mucho menor que en los gases. Las

moléculas de un líquido están muy cercanas entre sí en comparación con las de un gas, por

tanto, las moléculas del soluto A que se difunde chocarán contra las moléculas del líquido B

con más frecuencia y se difundirán con mayor lentitud que en los gases. En general, el

coeficiente de difusión es de un orden de magnitud 105 veces mayor que en un líquido. No

obstante, el flujo específico en un gas no obedece la misma regla, pues es sólo unas 100

veces más rápido, ya que las concentraciones en los líquidos suelen ser considerablemente

más elevadas que en los gases.

II. OBJETIVOS

Determinar el coeficiente de difusión de la solución de azúcar que se difunde en el

agua

Comparar los resultados experimentales con el valor teórico de la literatura para el

coeficiente de difusión del sistema azúcar- agua.

III. FUNDAMENTO TEORICO

III.1. Difusión molecular

Si una solución es completamente uniforme con respecto a la concentración de sus

componentes, no ocurre ninguna alteración; en cambio, si no es uniforme, la solución

alcanzará espontáneamente la uniformidad por difusión, ya que las sustancias se moverán de

un punto de concentraci6n elevada a otro de baja concentración. La rapidez con la cual un

soluto se mueve en cualquier punto y en cualquier dirección dependerá, por tanto, del

gradiente de concentración en ese punto y esa dirección. Para describir cuantitativamente

este proceso, se necesita una medida apropiada de la rapidez de transferencia. La rapidez de

transferencia puede describirse adecuadamente en función del flujo molar, o moles/

(tiempo) (área), ya que el que se mide en una dirección normal a la difusión.

Universidad Nacional Micaela Bastidas de Apurímac

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III.2. Ecuaciones para la difusión en líquidos

Puesto que las moléculas de un líquido están más próximas unas de otras que en los gases,

la densidad y la resistencia a la difusión en aquél son mucho mayores. Además, y debido a

esta proximidad de las moléculas, las fuerzas de atracción entre ellas tienen un efecto

importante sobre la difusión. Puesto que la teoría cinética de los líquidos no está

desarrollada totalmente, escribiremos las ecuaciones para la difusión en líquidos con

expresiones similares a las de los gases. En la difusión en líquidos, una de las diferencias

más notorias con la difusión en gases es que las difusividades suelen ser bastante

dependientes de la concentración de los componentes que se difunden.

III.2.1. Contradifusión equimolar. A partir de la expresión general de transferencia de

materia se puede obtenerse una ecuación similar para contradifusión equimolar,

para gases en estado estacionario donde NA = NB

Donde NA es el flujo específico de A en kg mol A/s m2, DAB la difusividad de A en B en

m2/s, CA, la concentración de A en kg mol A/m3 en el punto 1, XA1, la fracción mol de A en

el punto 1 y CPROM, se define como:

Donde C

PROM es la concentración total promedio de A + B en kg mol/m3, M1 es el peso

molecular promedio de la solución en el punto 1 en kg masa / kg mol y ρ1 es la densidad

promedio de la solución en el punto 1 en kg/m3.

IV. MATERIALES Y METODOLOGÍA

MATERIALES

Equipo de ensayo armado para contradifusión equimolar (con agitadores y válvula)


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3 Kg de azúcar rubia Envase de 5 lt para preparar la solución de sacarosa a 40º Brix Termómetro o Termopar Cronometro Cinta métrica o regla Refractómetro Picnómetro

METODOLOGÍA

Acondicionar adecuadamente el equipo para determinar la difusividad entre líquidos.

Preparar la solución de sacarosa a 50 ºBrix. Verter un volumen de 5Lt de solución de sacarosa en uno de los recipientes, y en

otra 5Lt de agua calentada y agitar en ambos recipientes manteniendo la válvula cerrada.

Abrir la válvula y registrar la concentración en el recipiente de agua cada 2 minutos.

V. RESULTADOS Y CALCULOS

5.1. CÁLCULOS

DIFUSIVIDAD EN DISOLUCIONES LIQUIDAS:

CÁLCULO PARA CONTRADIFUSIÓN ENTRE 02 LÍQUIDOS:


V

Z cA2cA1

DONDE:

Z : Distancia entre líquidos

V : Volumen de los líquidos (m3)

CA1 : Concentración en el recipiente 1

CA2 : Concentración en el recipiente 2

A : Área de tubo de conexión (m2)

∆t : Tiempo transcurrido para la variación de la concentración inicial (s)

DAB=V . Z

A.

C A2

C A1−CA 2

.1Δt

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DONDE:NA : Flujo especifico de A (molKg A/m2s)

Cprom : Concentración total promedio de A+B (molKg/m3)

M1 : Peso molecular promedio de la solución en el punto 1

M2 : Peso molecular promedio de la solución en el punto 2

XA1 : Fracción mol de A en 1

XA2 : Fracción de mol de A en 2

XB1 : Fracción de mol de B en 1

XB2 : Fracción de mol de B en 2

5.2. RESULTADOS

Registrar los datos experimentales en el siguiente cuadro:

Tiempo(seg.)

Concentración (CA1) (ºBrix)

Concentración (CA2) (ºBrix)

ρ1 (Kg/m3)(picnómetro

)

ρ2

(Kg/m3)(tablas

H2O a Tº)

Difusividad de solución de sacarosa en agua (m2/s)

Velocidad molarN A

(molKg/s)

% error

Para determinar el % de error de la difusividad de la sacarosa en el agua, comparar con el valor de 0.52*10 -9

m2/s a 25 ºC, Datos de Schartzberg y Chao (1982). Solute Diffusivities in leaching processes.

GRAFICAR LA CURVA DE CONCENTRACIÓN CA2 EN FUNCIÓN DEL TIEMPO (MIN).

GRAFICAR LA CURVA DE DIFUSIVIDAD EN FUNCIÓN DEL TIEMPO (MIN).

GRAFICAR LA CURVA DE VELOCIDAD MOLAR EN FUNCIÓN DEL TIEMPO (MIN).

VI. DISCUSIONES

VII. CONCLUSIONES

VIII. BIBLIOGRAFIA


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