Práctica No. 1. “Determinación de la difusividad en gases”
maria guadalupe rufino sierraExamen26 de Septiembre de 2022
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UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DEL ESTADO DE MÉXICO
FACULTAD DE QUÍMICA
LIC. EN INGENIERÍA QUÍMICA
U. A. LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS II
Práctica No. 1. “Determinación de la difusividad en gases”
Grupo 76
EQUIPO 06
Fernández Reyes Carlos Alberto
Martínez Clavel Adamari Susana
Rufino Sierra María Guadalupe
Sandoval Colín Diego Manuel
Valdés Martínez Daniel
Prof. Dr. en C. en M. Fernando Romero Romero
Toluca, Méx.; 26 de agosto de 2022
Práctica No. 1. “Determinación de la difusividad en gases”.
Objetivos.
- Determinar experimentalmente el valor de la difusividad (DAB) de un componente gaseoso A en otro gas B.
- Comparar el valor de difusividad obtenido experimentalmente contra los valores obtenidos en la literatura.
Marco de referencia.
Difusión Molecular
En un material con dos o más especies de masa cuyas concentraciones varían dentro del material, hay una tendencia para que la masa se mueva. La transferencia de masa difusiva es el transporte de un componente de masa de una región de mayor concentración a una región de menor concentración.
[pic 1]
Se utilizarán dos enfoques para simplificar las ecuaciones diferenciales de transferencia de masa:
- La ecuación de Fick y la ecuación diferencial general para la transferencia de masa pueden ser simplificado eliminando los términos que no se aplican a la situación física.
- Se puede realizar un balance de materia en un elemento de volumen diferencial del control volumen para la transferencia de masa.
[pic 2]
El coeficiente de difusión o difusividad de masa de un gas puede medirse experimentalmente en una celda de difusión de Arnold. Esta celda se ilustra esquemáticamente en la Figura 1. El estrecho tubo, que esta parcialmente lleno de liquido puro A, se mantiene a una temperatura constante y presión El gas B, que fluye por el extremo abierto del tubo, tiene una solubilidad en el líquido A y también es químicamente inerte a A. El componente A se vaporiza y se difunde en la fase gaseosa; la velocidad de vaporización puede medirse físicamente y puede también puede expresarse matemáticamente en términos del flujo de masa molar.
Datos experimentales.
Las siguientes tablas muestran los datos de tiempo a diferentes valores de z del líquido en el capilar de la celda de Arnold.
Tabla 1. Temperatura a 20 °C .
T=20°C | ||
Corrida | Tiempo(s) | Distancia (z) |
1 | 0 | 0 |
2 | 5 | 0.3 |
3 | 10 | 0.2 |
4 | 15 | 0.3 |
5 | 20 | 0.4 |
Total= 1.2 |
Tabla 2. Temperatura a 25 °C .
T=25°C | ||
Corrida | Tiempo(s) | Distancia (z) |
1 | 0 | 0 |
2 | 5 | 1 |
3 | 10 | 0.5 |
4 | 15 | 0.8 |
5 | 20 | 0.7 |
Total= 3 |
Tabla 3. Temperatura a 35°C .
T=35°C | ||||
Corrida | Tiempo(s) | Distancia (z) | ||
1 | 0 | 0 | ||
2 | 5 | 1 | ||
3 | 10 | 1.15 | ||
4 | 15 | 0.36 | *Aparición de gotas | |
5 | 20 | 0.58 | ||
Total= 3.09 |
Memoria de cálculo.
Difusividad para gases
[pic 3]
Calculo del coeficiente de difusión experimental
El experimento nos permitió medir el tiempo y distancia en que el vapor de metanol se difunde en el aire, a medida que la distancia desciende el líquido problema se difunde en la otra especie. El método de la celda de Arnold nos permite conocer el coeficiente de difusión a través de una regresión, graficando la distancia contra la raíz cuadrada de tiempo.
a) T =20 ºC = 293K
Realizando la gráfica, se obtiene la siguiente pendiente:
[pic 4]
Grafica 1. Regresión a temperatura 1.
De la regresión m = 0.0178 mm =1.78 x 10−3 cm[pic 5][pic 6]
√s √s
La ecuación de los gases ideales aplica para éste sistema, ya que tenemos presiones bajas.
Para calcular la presión de saturación del vapor de metanol, se emplea la ec. de Antoine
log P = A− B (torr)[pic 7]
T (ºC )+C
Donde las constantes son: A=8.0724 B=1574.99 C=238.87
(Smith Van Ness, 5ta ed.)
Aplicando la ec. a 20°C Psat = 126.94 torr Mediante la ecuación de los gases ideales
PV = m RT C = m ( g )[pic 8][pic 9][pic 10][pic 11]
Donde R= 62.36365 L torr / K mol = 62363.65 cm3 torr /K mol M = peso molecular de metanol = 32.042 g/mol
C =( M )( Ps )
[pic 12]
s RT
C = (32.042)(126.24 ) =2.1755 x 10−4 g
s (62363.65)(298.15)
cm3
Para el cálculo del coeficiente de Difusión, de acuerdo a la ley de Fick:[pic 13][pic 14]
J A =−D
Ԁn =−D
A Ԁ x A[pic 15][pic 16]
0−cs D cs z A z
La masa de vapor que atraviesa la sección A del tubo capilar en la unidad de tiempo J A será igual a la masa de líquido evaporado en la unidad de tiempo. Si A dh es el volumen evaporado en el tiempo dt y es la densidad del líquido. (ITESCO, 2013)
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