PRACTICA 2 CELDAS DE ARNOLD

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OBJETIVOS

• Determinación experimental de los coeficientes de difusión gaseosa en celdas de Arnold.

INTRODUCCIÓN

Los fenómenos de transferencia de masa son comunes en la naturaleza e importantes en todas las ramas de la ingeniería. Algunos ejemplos en los procesos industriales son: la remoción de materiales contaminantes de las corrientes de descarga de los gases y aguas contaminadas, la difusión de neutrones dentro de los reactores nucleares, la difusión de sustancias al interior de poros de carbón activado, la rapidez de las reacciones químicas catalizadas y biológicas, etc.

Difusión: La transferencia de masa por difusión molecular es el tránsito de masa como resultado de una diferencia de concentración en una mezcla.

El coeficiente de difusión es un parámetro fundamental para describir el transporte de una especie en otra mediante el fenómeno de difusión en una misma fase, impulsada por la diferencia de concentración de una especie particular y el movimiento aleatorio de sus moléculas en dirección opuesta a ese gradiente de concentración, para lo cual se han desarrollado modelos de transferencia de masa y correlaciones para una gran variedad de sistemas que pueden estar presentes a nivel de laboratorio o industrial, los cuales pueden ser binarios o multicomponentes, así como pueden también incluir las interacciones de la fase en donde se desarrolla la difusión con el medio que la rodea.

FUNDAMENTO TEÓRICO

MATERIALES[pic 7]

• Vernier
• Cronómetro
• Pipetas Pasteur
• 3 celdas de diámetro pequeño
• Conductor de flujo de aire (manguera [pic 8]
• de hule)
• Gradilla para soporte de los tubos
• Termómetro
• Vaso de precipitado de 600 ml
• Parrilla

SUSTANCIA

• Acetona
• Hexano
• Alcohol etílico

PROCEDIMIENTO

1. Se aseguró que las celdas de Arnold estén limpias y secas evitando que se contaminen las sustancias de interés.
2. Se ajustó la temperatura de la parrilla en un rango alto, y se colocó el vaso de precipitado con agua para hacer un baño maría a 50°C, cuando se encontró cerca de la temperatura se disminuyó el calor de la parrilla hasta mantenerla constante.
3. Con la ayuda de las pinzas, se colocó el termómetro dentro del vaso de precipitado y se colocó una manguera con el filtro de aire ubicado a un costado del baño maría.
4. Se marcó cada celda de Arnold a 1 cm del borde, después se introdujo cada sustancia con la ayuda de las pipetas en las celdas de Arnold a 2 cm del borde evitando que por dilatación volumétrica se derramara dicha sustancia una vez dentro del baño maría.
5. Posteriormente se colocaron en los orificios de la gradilla de madera, se ajustaron con cinta en caso de que se muevan y se introdujo dentro del baño maría. Se encendió el filtro de aire, asegurándose que el aire golpee el borde de las celdas.
6. Se reportó durante una hora y media en intervalos de 10 minutos la distancia que bajaba con respecto al borde en cada celda de Arnold.

RECOMENDACIONES

Para calentar el agua a 50°C, comenzar con una temperatura alta con el fin de empezar la operación lo más rápido posible y evitar perder tiempo, tener bien en claro que celdas y pipetas son de cada sustancia para evitar problemas, al momento de llenar las celdas con la sustancia tomar de 2 a 2.5 cm desde la parte superior del tubo ya que es posible que las sustancias se dilaten evitando que se derramen y una vez dentro del sistema suministrar la cantidad faltante hasta las marcas de 1 cm.  

También se dará como recomendación el uso correcto del vernier o pie de rey:

• Lo primero que se debe hacer es asegurarte que el vernier esté recto y nivelado con la superficie a medir.
• Ajustar las pinzas superiores o inferiores, dependiendo si se va a medir el interior o exterior del objeto, ya que ambos pares de pinzas tienen un funcionamiento de deslizamiento.
• Una vez deslizado, se fija con el impulsor para que no se mueva mientras mides.
• Después realizar la medición es importante fijarte en la división de la regla que coincida con el “0” del nonio.
• Para ver cuánto fue desplazado observas la correspondencia del nonio con el principal, midiendo los milímetros.

CÁLCULOS

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Con las siguientes formulas se obtienen los siguientes datos realizando un formato en Excel para mayor facilidad en el momento de realizar los cálculos.

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DISCUSIÓN DE RESULTADOS

Como se puede observar en las tablas y gráficas, se puede analizar que el hexano es el que tiene una mayor difusividad en comparación con el etanol y la acetona. Esto se debe a sus propiedades y que su punto de evaporación es mucho más bajo en comparación a los otros fluidos, es decir, tiene una volatilidad mayor que la de las demás sustancias. A continuación, le sigue el etanol y por último la acetona. Las gráficas nos muestran el comportamiento de la difusividad con respecto del tiempo, aunque parezcan muy similares las tres, a simple ojo no se puede observar grandes diferencias, cada una sigue un comportamiento similar con respecto a las demás gráficas. Donde si se puede ver cambios es directamente en las tablas ya que en estas podemos observar el valor numérico como tal y es más fácil de apreciar a simple vista.

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