Laboratorio de fenomenos de transporte practica difusion de un gas

LABORATORIO DE FENOMENOS DE TRANSPORTE

PRÁCTICA DIFUSIÓN DE UN GAS

EQUIPO 4

Resumen ejecutivo

La difusión de un vapor 'A' de un líquido volátil a otro gas 'B' puede estudiarse confinando una pequeña muestra del líquido en un tubo vertical estrecho, y observando su velocidad de evaporación a un flujo de gas 'B' que pasa a través de la parte superior del tubo. Normalmente, para propósitos didácticos sencillos, 'B' es aire y 'A' es un disolvente orgánico, en este caso propanaldehido.

El aparato consiste esencialmente en un tubo capilar de vidrio (Tubo de Stefan) colocado en un baño de agua de paredes transparentes de temperatura controlada. Un tubo de vidrio horizontal está sujeto al extremo superior del tubo capilar, y el aire es impulsado por este tubo por una pequeña bomba de aire incluida con la unidad. Este sistema permite mantener una diferencia de presión parcial dentro del tubo capilar, entre la superficie del líquido en evaporación y el flujo de aire. Un microscopio móvil, con escala de nonio deslizante, está montado en un soporte rígido junto al baño termostático, y se utiliza para medir la velocidad de descenso del menisco de disolvente/aire dentro del capilar.

Se realizo el experimento antes mencionado, para medir la difusión a dos temperaturas diferentes y poder analizar en cada caso como la difusión se ve afectada a una diferencia de temperaturas.

Índice

Pag.

Portada …………………………………………………………………………… 1

Resumen ejecutivo………………………………………………….…………… 2

índice…………………………………………………………………….….......... 3

Objetivos…………………………………………………………………….……. 4

Fundamentos Teóricos……………………………………..…………………… 4

Ecuación de trabajo……………………………………………………………… 5

Hoja de datos…………………………………………………………………….. 6

Realización de la experiencia…………………………………………………...

Equipo para la elaboración de la práctica.

Procedimiento experimental. 7

Análisis de datos y resultados………………………………………………….. 8

Observaciones………………………………………………………………….... 11

Conclusiones……………………………………………………………………...

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Objetivos

Medición directa de velocidades de transferencia de masa en ausencia de efectos de convección.

Aplicar la ley de Fick para medir coeficientes de difusión en presencia de un gas estacionario.

Determinar el efecto de la temperatura en el coeficiente de difusión.

Fundamentos Teóricos.

En la difusión, los desplazamientos o transferencias moleculares se hacen a expensas de los movimientos intrínsecos propios de esas partículas, desde las zonas de mayor concentración a las zonas de menor concentración; de esta forma, la difusión es un mecanismo de transferencia de materia en la que no intervienen los movimientos moleculares masivos, tales como el fluir de un gas o el verter de un líquido a un recipiente.

La difusión puede producirse entre substancias colocadas en íntimo contacto como también cuando entre ellas se interpongan membranas semipermeables o superficies porosas. En el caso de los gases, la difusión hacia un líquido o a través de una membrana acuosa, se ve favorecida si en esas fases el gas es altamente soluble, en cuyo caso la velocidad de difusión es alta aunque no directamente proporcional al coeficiente de solubilidad.

La difusión como fenómeno único, permite la mezcla completa de dos gases en muy poco tiempo, mientras que con los líquidos se llega al mismo resultado en un tiempo mucho mayor.

Entre líquidos la difusión obedece a las concentraciones de los mismos. Estableciéndose así la ley de Fick que dice: "la magnitud de la difusión es proporcional al gradiente de presiones parciales de los gases o de las concentraciones de los líquidos".

Figura 1. Representación del equipo de difusividad gaseosa (CERa).

Ecuación de trabajo.

La relación entre la velocidad de transferencia de masa molar medida ('NA' por área unitaria), el gradiente de presión parcial y el coeficiente de difusión D se deduce a partir de la versión de la ley de Fick de estado estable en una dimensión con flujo global:

W_A= -D_AB A (∆C_A)/∆z (1)

Donde C_Aes la concentración molar de 'C3 H6 O' propanaldehido en la fase gaseosa.

Considerando que al final no tenemos propanaldehido Ca (t=tf)=0, cuando ∆z=z entonces llegamos a:

W_A= D_AB A C_Af/z (2)

Como la masa de vapor que atraviesa la sección A del tubo en la unidad de tiempo NA, será igual a la masa de líquido evaporado en la unidad de tiempo. Si A•dz es el volumen evaporado en el tiempo dt y ρ es la densidad del líquido podemos decir que la ley de Fick se convierte en:

W_A=ρA dz/dt (3)

Si igualamos la ecuación (2) con la ecuación (3) llegamos a la siguiente expresión:

zdz=(D_AB C_Af)/ρ dt (4)

Al integrar con las condiciones iniciales (cuando t=0, z=0 y en t=t, z=h) llegamos a lo siguiente:

h^2=((2D_AB C_Af)/ρ)t (5)

Donde: C_Af es la concentración del propanaldehido la cual se puede obtener mediante la ley del gas ideal y al sustituirla obtenemos la ecuación deseada.

h^2=t((2D_AB P_Af PM)/ρRT)

Hoja de datos.

h^2=t((2D_AB P_Af PM)/ρRT)

Datos del tubo capilar. A T= 60 [°C]

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