TRANSFERENCIA DE MASA POR DIFUSIÓN

TRANSFERENCIA DE MASA POR DIFUSIÓN

Resumen

En este documento se mostrará la corroboración por método experimental de la Ley de Fick de la difusión, con un equipo de diseño y montaje propio que consta de 2 tanques, unidos por un pequeño tramo de tubería, en donde uno contiene una solución de agua y sal, y en el otro contiene solo agua pura, separadas por una membrana, que al momento de retirar, se observa el fenómeno de transporte de masa por difusión, obteniendo así la velocidad de difusión y la comparación de la constante de difusividad obtenida con la teórica, en el cual se pueden obtener diversas variaciones, dependiendo de su montaje, recirculado, estado de operación del sistema (estacionario o no estacionario), (estático- dinámico).

Conceptos clave: Transferencia de masa, difusión, ley de Fick, velocidad de difusión, constante de difusividad, estado estacionario.

OBJETIVOS

Demostrar experimentalmente la ley de Fick

Comparar la constante de difusividad teóricade la sal con la obtenida en la experiencia

Aplicar nuestros conocimientos adquiridos llevándolos a la práctica, desarrollando unidades de proceso a partir del criterio ingenieril.

D

INTRODUCCION

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 [1]. 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 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.La rapidez con la cual se transfiere un componente en una mezcla de penderá del gradiente de concentración existente en un punto y en una dirección dados. Su movimiento está descrito por el flux, el cual está relacionado con la difusividad por medio de la Primera Ley de Fick para un sistema isobárico e isotérmico.

Existen numerosos ejemplos cotidianos de transporte de materia: la difusión de humo y otros contaminantes en la atmósfera; la transferencia de soluto entre las fases de un absorbedor de gas, un extractor o en una torre de enfriamiento; la mezcla del azúcar en un pocillo de tinto; el secado de la ropa (difusión del vapor de agua en el aire); el intercambio de oxígeno - gas carbónico en los pulmones.

Concentraciones: La concentración de las especies en un sistema de varios componentes puede expresarse de diversas formas pero nosotros consideramos sólo las cuatro siguientes:

Concentración másica volumétrica, ρi que es la masa de la especie i por unidad de volumen de solución.

Concentración molar:

C_i=ρ_i/M_i

Donde ρi es la densidad molar), el número de moles de la especie i por unidad de volumen de solución. Mi, peso molecular de la especie i.

Fracción másica:

w_i=ρ_i/ρ

Donde w_i es la concentración de masa de la especie i dividida por la densidad total de la solución.

Fracción molar:

x_i=C_i/C

Que es la concentración molar de la especie i dividida por la concentración molar de la solución. Frecuentemente se usa yi en el caso de gases. Para el caso que sea aplicable la ley de los gases ideales, las presiones parciales son también una medida de la concentración:

P_T=p_A+p_B

De igual manera, la suma de moles de ambas especies es la cantidad de moles totales en la solución:

n=n_A+n_B

Pero se sabe que:

P_T=nRT/V

Igualmente, para las especies A y B se tiene que:

p_A=(n_A RT)/V

p_B=(n_B RT)/V

Dividiendo

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