POR MI RAZA HABLAR EL ESPRITU

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTNOMA DE MXICO

FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES CUAUTITLN

MATERIA: LEM IV

TRABAJO: REPORTE EXPERIMENTAL NO. 1

TEMA: DIFUSION MOLECULAR

NOMBRES: ARIAS BARDALES OSCAR DANIELCRUZ CASTILLO JOS ALBERTOHERNNDEZ JIMENEZ JESSICA LILIANAZERMEO ALCAZAR LETICIA

CARRERA: 118 - INGENIERIA QUMICA

GRUPO: 1651

PROFESORAS:ELVIA MAYEN SANTOSABIGAIL MARTINEZ ESTRADA

OBSERVACIONES:

_________________________________________________________________

________________________________________________________________________INTRODUCCION

En la difusin molecular se trabaja con el movimiento de las molculas individuales a travs de una sustancia debido a su energa trmica. La teora cintica de los gases proporciona una forma de imaginar lo que sucede.

La rapidez de transferencia puede describirse adecuadamente en funcin del , ya que el rea se mide en una direccin normal a la difusin.La transferencia de masa se da de un componente de mayor a menor concentracin. As, la difusividad o coeficiente de difusin DAB de un componente A en solucin en B, que es una medida de la movilidad de difusin, se define como la relacin de su flux JA y su gradiente de concentracin.

La difusividad es una caracterstica de un componente y de su entorno (temperatura, presin, concentracin) ya sea en soluciones liquidas, gaseosas o slidas y la naturaleza de los otros componentes.

OBJETIVOS

Aplicar la ley de Fick para un fenmeno de difusin molecular Realizar una difusin molecular para lquidos y gases y calcular su coeficiente de difusin. Conocer el funcionamiento de una celda de Arnold, as como una celda de tubos capilares.

GENERALIDADES

Al aumentar la temperatura de velocidad media de las molculas se incrementa, por lo que la velocidad de difusin aumenta. Por otro lado al aumentar la presin el nmero de molculas por unidad de volumen tambin aumenta, por lo que el nmero de colisiones se incrementa retardando el proceso de difusin.

Para calcular la velocidad de difusin en gases se utiliza la ecuacin de Wilke-Lee para mezclas de gases polares o de un gas polar con uno no polar.

La celda de Arnold consiste en un tubo capilar en el cual se coloca un lquido voltil a una altura z del tope del capilar. Una suave corriente se hace circular por la parte superior para eliminar el vapor que asciende por difusin. El capilar y su contenido se deben de mantener a temperatura constante para evitar los errores ocasionados por l expansin trmica del lquido, los cambios en las propiedades de los fluidos y la variacin en la difusividad Salida de aguaAire

ZAcetona

Entrada de agua

En la literatura la ecuacin la ecuacin para determinar el coeficiente de difusin en una celda de Arnold.

O en el caso de una mezcla binaria, se expresa en funcin del componente A

Donde

La ecuacin tambin se puede describir en funcin de las presiones. En un gas ideal:

Entonces la ecuacin se transforma:

Para el clculo de la velocidad de difusin en lquidos se utiliz una celda de tubos capilares. La cual est expresada mediante la relacin

DondeDAB = coeficiente de difusividad tericoV = volumen de agua en litros = 1 L = 0.001m3x = longitud del tubo capilar = 0.5 cm = 0.005md = dimetro = 0.1 cm = 0.001mN = nmero de capilares = 139M = molaridad de la solucin = 2 MCM = cambio de conductividad elctrica dada en el manual = 0.41

METODOLOGIA

RESULTADOS EXPERIMENTALES

Resultados Experimentales Celda para Gases Acetona-aireTemperatura (c)Tiempo (min)Distancia (mm)

30.200

30.2202

30.2401

30.2401

Total1204

Resultados Experimentales Celda para Lquidos NaCl Agua

POR MI RAZA HABLAR EL ESPRITU

CUAUTITLAN IZCALLI, ESTADO DE MXICO. A LOS 10 DIAS DEL MES DE SEPTIEMBRE DEL 2015

Tiempo(s)Conductividad (S)

013.940

200406

400419

600428

800436

1000444

1200450

1400457

1600465

1800473

2000479

2200487

2400494

2600501

2800508

ANALISIS DE RESULTADOS

Grafica 1. Conductividad vs Tiempo

Resultados Difusividad en Lquidos (dk/dt) DAB exp (electrolito)DAB terico (electrolito)DAB Literatura

Resultados de Difusividad en gasesDAB exp (gases)DAB terico (gases)DAB Literatura

MEMORIA DE CLCULO

Para un sistema pseudo- estacionario se obtiene la siguiente ecuacin que determina la velocidad de difusin del sistema acetona-aire

Donde

YA1 y YA2= fraccin mol de acetona y aire en la mezcla, siendo para la acetona Y para el agua se usa la relacin

Z Y Z2 = distancia de desplazamiento de la acetona en la celda dada en cm Z=1.9 cm Z2=1.5cm

Sustituyendo

Para el clculo del coeficiente de difusin terico se hace referencia a la ecuacin

DondeMa Y Mb = pesos moleculares de ambos gases respectivamenteT = temperatura KP = presin N/m^2rAB = separacin molecular Donde

La separacin molecular para el aire fue obtenida de la tabla 2.2 Treybal con un valor de 0.3711 nm, en cambio para la acetona fue calculada mediante

Siendo v = volumen molal en el punto de ebullicin, siendo calculado por las molculas que componen acetona C3H6O = (3*0.0148) + (6*0.0037) + (0.0074); donde el numero entero representa la cantidad de molculas de Carbono, Hidrogeno y Oxigeno de la acetona el numero decimal fue tomado de la tabla 2.3 Treybal. Y posteriormente se llega a la razn de mezcla que sera un promedio aritmtico.

k = cte de BoltzmanEAB = energa de atraccin molecular; que en un tratamiento parecido a la separacin molecular depende de otras propiedades que para el aire fueron sacadas de la tabla 2.2 Treybal siendo e/k=78.6; para la acetona se toma la ecuacin ; siendo Tb la temperatura de ebullicin para la acetona 329.15 K; dando as e/k = 398.2715 y se llega a la razn de mezcla que sera:

La Kt/e se utiliza para obtener la funcin de la figura 2.5 Treybal que en este caso fue =0.75; ya obteniendo este barrido de datos se sustituye en la ecuacin.

Para obtener los datos de la literatura solo se necesita

Difusividad lquido-lquidoEl clculo del coeficiente de difusividad experimental est dado por una relacin de datos de la celda proporcionada en LEM IV para lo cual necesitamos cierta informacin sobre la celda; quedando del siguiente modo:

DondeDAB = coeficiente de difusividad tericoV = volumen de agua en litros = 1 L = 0.001m3x = longitud del tubo capilar = 0.5 cm = 0.005md = dimetro = 0.1 cm = 0.001mN = nmero de capilares = 139M = molaridad de la solucin = 2 MCM = cambio de conductividad elctrica dada en el manual = 0.41

Teniendo en cuenta a partir del grafico que:

Se tiene que la pendiente es m = 4x10-8, por lo tanto:

Para convertir la velocidad de difusin

Ahora bien si utilizamos una curva de calibracin basndonos en la tabla 2.4 del Treybal tenemos que a 18C:

Difusividad del NaCl

Conc. Del soluto (kmol/m3)Difusividad (m2/s) x10-9

0.051.26

0.21.21

1.01.24

3.01.36

5.41.54

Obteniendo la correccin de temperaturas necesarias se tiene una diferencia de temperaturas de menos de 20C, pues se utiliza la temperatura ambiente a la que se trabajao la celda; por lo que se utiliza el mtodo corto.

Para el clculo del coeficiente de difusin terico se hace referencia a la ecuacin de

Sustituyendo

CONCLUSIONES

Comparando los valores obtenidos de la velocidad de transferencia de masa en ambos casos se tiene que para el sistema acetona-aire, tomaremos en cuenta el valor terico obtenido con el mtodo de Wilke Lee como aquel que sea reportado por la literatura:

DAB exp (gases)DAB terico (gases)DAB Literatura

Es un valor aprobado pues los coeficientes de difusin en gases abarcan de exponentes base 10 de -4 a -6 por lo que el valor obtenido es aceptable, a pesar de haberse presentado diversos errores en la experimentacin, como lo fueron la mala medicin de la altura el cual corresponde a un error instrumental, pues la graduacin de la celda de Arnold no se observaba con claridad.

Comparando los valores de la velocidad de difusin de la celda de tubos capilares se obtuvo que:(dk/dt) DAB exp (electrolito)DAB terico (electrolito)DAB Literatura

El valor de la difusividad de la solucin electroltica vari mucho con lo esperado tericamente y de la literatura; esto fue debido a que la curva de concentracin vs conductividad fue obtenida muy horizontal casi sin pendiente, lo que dice qe los valores arrojados de conductividad eran incorrectos. Este error, considerado experimental se pudo eliminar al calibrar el conductmetro.

Se conoci de forma satisfactoria la diferencia entre la velocidad de deifusin entre un lquido y un gas y se puede obtener mayor velocidad de difusin en el gas puesto que este tiene sus su red de molculas dispersas por lo que se evita el choque ente las molculas a difundir.

BIBLIOGRAFIA

James R. Welty, fundamentos de transferencia de momento, calor y masa, LIMUSA. Treybal, (1981), Operaciones en Transferencia de Masa, 3a Edicin, Mxico DF, Mc Graw-Hill http://es.aliexpress.com/w/wholesale-ceramic-intalox-saddle.html , http://es.aliexpress.com/wholesale?SearchText=anillo+raschig&catId=0 http://ace-product.com/es_ceramic_packing.html

CUAUTITLAN IZCALLI, ESTADO DE MXICO. A LOS 10 DIAS DEL MES DE SEPTIEMBRE DEL 2015