PRACTICAS DE LABORATORIO FENÓMENOS DE BIOTRANSPORTE I

PRACTICAS DE LABORATORIO

FENÓMENOS DE BIOTRANSPORTE I

 DIFUSIÓN DEL VAPOR DE UN LÍQUIDO VOLÁTIL EN AIRE Y FACTORES QUE LA AFECTAN

• OBJETIVOS

- Determinar los coeficientes de difusión de diferentes vapores de líquidos volátiles en aire.

- Comprobar el efecto de la temperatura y la naturaleza química de las sustancias en el coeficiente de difusión.

• MARCO TEÓRICO

 La difusividad o coeficiente de difusión (DAm) de un componente A, indica la facilidad con que el componente A se transfiere en la mezcla.  La difusividad es una característica de un componente y condiciones de su entorno, por ello depende de la temperatura, presión, concentración y naturaleza de los otros componentes.

En este experimento se evaluará el coeficiente de difusión de vapores de líquidos volátiles, acetona, éter y acetato de etilo. Se dispone de un tubo delgado de algunos centímetros de largo y de unos milímetros de diámetro, el cual se llena con la sustancia a evaluar, a medida que el líquido se evapora desciende el nivel de la columna de líquido.

[pic 1]

El experimento consiste en medir la distancia h entre el extremo superior del tubo y la parte inferior del menisco en función del tiempo t. Una gráfica de h en función de la raíz cuadrada del tiempo t da una línea recta, a partir de la pendiente de la recta, se obtiene el coeficiente de difusión

La concentración de vapor decrece desde su valor Cs en la superficie del líquido a cero en el extremo abierto del tubo, donde el vapor es arrastrado por las corrientes imperceptibles de aire que siempre están presentes. El gradiente de concentración es por tanto, Cs/h, siendo Cs la concentración de vapor saturado.

El descenso del nivel del líquido es suficientemente lento, para considerar el proceso de difusión como cuasi-estacionario. De acuerdo con la ley de Fick, el flux J (cantidad de vapor que atraviesa la unidad de área en la unidad de tiempo) es proporcional al gradiente de concentración.

[pic 2]     (1)

J: flux de transferencia de masa

La masa de vapor que atraviesa la sección A del tubo en la unidad de tiempo es el producto JA, y será igual a la cantidad de líquido evaporado en la unidad de tiempo. Si A·dh es el volumen evaporado en el tiempo dt y ρ es la densidad del líquido.  Llegamos a la ecuación    

[pic 3]        (2)

Integrando con las condición inicial siguiente: en el instante t=0, h=0,  resulta:

[pic 4]          (3)

Suponiendo que el vapor saturado se comporta como un gas ideal se puede determinar Cs a partir de:  

[pic 5]

La relación m/V corresponde a Cs, de modo que:   [pic 6]       (4)

Donde

Ps: presión de vapor

M: peso molecular

R: constante de los gases

T: temperatura

La presión de vapor se calcula a partir de la ecuación de Antoine (Reklaitis G. V, 1993)

[pic 7]         (5)    

Donde   Ps: presión de vapor en KPa;  A, B y C: parámetros de la ecuación;  T : temperatura en grados Kelvin. 

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