Difusion Molecular

EXPERIMENTO DE DIFUSION BINARIA MOLECULAR DE N-HEXANO, ALCOHOL Y ACETATO DE ETILO

LOPEZ ESTRADA ANGELICA VIVIANA

CURSO DE OPERACIONES DE TRANSFENCIA DE MASA

PROFESOR ING.HUGO ALEXANDER MARTINEZ

FACULTAD DE INGENIERIA Y ADMINISTRACION

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA

SEDE-PALMIRA

Resumen

La finalidad de este estudio fue determinar experimentalmente la difusividad molecular del n-Hexano, Acetato de Etilo, y Alcohol, se utilizo una balanza analítica y se midió la longitud evaporada en un lapso de tiempo de 10-100 minutos al aire ambiente. Se usaron modelos matemáticos como la ley de Fick la ecuación de Wilkes-lee y la de ecuación de Hirschfelder para los análisis estadísticos se uso la regresión lineal simple para la demostrar la trayectoria de los solventes a medida que avanza el tiempo usando Microsoft Excel. Para esta experimentación se obtuvieron valores de coeficientes de difusividad experimentales de n-hexano en aire de 0.005-0.008cm2/s, del acetato de etilo 0.08 cm2/s y del etanol de 0,00088 cm2/s, comparados con valores difusividades teóricas. Los resultados de estudio demostraron que los valores de coeficientes de difusividad tienen una variación de acuerdo a la temperatura y tiempo, cuanto mayor sea el cambio en la temperatura esta ocasionara una inestabilidad en los datos obtenidos para el coeficiente de difusividad experimental.

PALABRAS CLAVES: Ley de Fick, difusión binaria molecular, regresión lineal simple, ecuación de Wilke - lee, Ecuación de Hirschfelder.

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INTRODUCCION

La difusión molecular es el viaje de uno o más componentes a través de otros ocasionados por una diferencia de concentraciones o de potencial químico cuando se ponen en contacto dos fases inmiscibles, que se encuentran estancadas o en régimen laminar.

Cuando un sistema contiene dos o más componentes cuyas concentraciones varían de punto a punto, hay una gran tendencia a la transferencia de masa, minimizando las diferencias de concentración en el sistema.

El transporte de un constituyente, de una región de alta concentración a una de concentración baja, se denomina transferencia de masa.

El mecanismo de transferencia de masa, así como el de transferencia de calor, dependen del sistema dinámico 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 características dinámicas de flujo, esto es el movimiento forzado de grandes grupos de moléculas.

La rapidez con la cual se transfiere un componente en una mezcla dependerá del gradiente de concentración existente en un punto y en una dirección dados.

Su movimiento está relacionado por medio de la Primera Ley de Fick para un sistema isobárico e isotérmico.

1.1 BASES TEORICAS: LA LEY DE FICK PARA DIFUSION MOLECULAR

La difusión molecular (o transporte molecular) puede definirse como la transferencia (o desplazamiento) de moléculas individuales a través de un fluido por medio de los desplazamientos individuales y desordenados de las moléculas.

La difusión de las moléculas es debido a la gradiente de concentración.

La ley de Fick puede ser escrita como sigue, para una mezcla binaria de los componentes A y B.

Si C es constante, entonces CA=CXA

Sustituyendo (2) en (1) tenemos:

Donde JAZ= Es el flujo molar del componente A en dirección Z debido a la difusión molar (g-mol/s*cm2)

DAB= Coeficiente de difusión de las moléculas de A en B (cm2/s)

Z=Distancia de difusión (cm)

XA=Fracción de A en la mezcla de A y B (adimensional)

Un componente de un gas A difundiéndose a través de una capa estancada de un componente B.

Cuando B esta estancado, no se difunde, el valor de NB=0, entonces se tiene

Como la ecuación de Transferencia de masa por difusión para líquidos

Manteniendo la presión constante P y sustituyendo tenemos

Reagrupando e integrando; limites: Cuando:

Donde PMB=Presión media logarítmica del componente B.

Si a (Z2-Z1)=L y la ecuación (6) la colocamos en función a la concentración de A (CA)

Figura 1

Según la figura 1 la concentración del solvente en la boca del tubo es CA2=0 y constante con respecto al tiempo.

Cuando Z1 disminuye con respecto al tiempo el volumen del solvente demuestra la variación del flujo molar del solvente (A) con respecto al tiempo

Una difusión en estado pseudo-continuo del componente A al gas B estancado se asume desde la longitud de la trayectoria de difusión no cambia significativamente durante un corto período de tiempo

El flujo molar (N Az) del componente A también se describe en términos de la cantidad del componente líquido vaporizado A como se muestra

Sustituyendo la Ecuación (9) en la Ecuación (10) y la integración de la ecuación combinada produce

La cantidad del componente líquido A vaporiza para la duración de la vaporización (t) se obtiene a partir de

Sustituyendo la ecuación 11 en la 12 se obtiene

Los coeficientes de difusión para predecir de gases y vapores de líquidos volátiles, varios modelos (11,13) se han desarrollado.

Los métodos de Lee Wilke (véase la ecuación 14) y Hirschfelder se eligen para predecir coeficientes de difusión de los sistemas binarios seleccionados en este estudio.

Este método se recomienda exclusivamente para las mezclas de gases no polares o de gas polar con un grupo no polar gas.

La Ecuación (13) se reordena para obtener la Ecuación (16) con duraciones de evaporación como una variable independiente de los valores del lado izquierdo de la ecuación y (16), que contienen cantidades de pérdida de un líquido volátil como una variable dependiente

MATERIALES Y METODOS

En el Laboratorio de Nutrición animal de la Universidad Nacional de Colombia sede-Palmira se llevaron a cabo los procedimientos experimentales para la obtención

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