DETERMINACIÓN DEL COEFICIENTE DE DIFUSIÓN DE UN VAPOR EN EL AIRE

DETERMINACIÓN DEL COEFICIENTE DE DIFUSIÓN DE UN VAPOR EN EL AIRE

1.-OBJETIVOS

Determinar el coeficiente de difusión para un vapor que se difunde en el aire.

Seleccionar un líquido volátil para el sistema.

2.-FUNDAMENTO TEORICO

LEY DE FICK PARA LA DIFUSIÓN 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. Podemos imaginar a las moléculas desplazándose en línea recta y cambiando su dirección al rebotar otras moléculas cuando chocan. Puesto que las moléculas se desplazan en trayectorias al azar, la difusión molecular a veces se llama también proceso con trayectoria aleatoria.

La ecuación de la ley de Fick para una mezcla de dos componentes A y B es:

J_AZ^*= - C DAB 〖dx〗_A/d_Z

Donde:

C es la concentración de A y B en kg mol de (A + B) / m3

xA es la fracción mol de A en la mezcla de A y B

JAZ es el flujo de masa en mol Kg/ (seg m2)

DAB difusividad de la masa A, que se difunde a través de B en cm2/seg

La difusividad es una característica de un componente y su entorno (temperatura, presión, concentración; ya sea en solución líquida, gaseosa o sólida y la naturaleza de los otros componentes)

La magnitud numérica de la difusividad indica la facilidad con que el componente A se transfiere en la mezcla. Si la difusividad tiene un valor elevado, entonces hay mucha facilidad para el transporte de masa.

El flujo del componente A se mide con relación a la velocidad molar promedio de todos los componentes.

El signo negativo hace hincapié que la difusión ocurre en el sentido del decremento en concentración, y el gradiente es negativo, pero el flujo de masa debe ser positivo.

CASO GENERAL PARA LA DIFUSIÓN DE LOS GASES A Y B MÁS CONVECCIÓN

Hasta ahora se ha considerado la ley de Fick para la difusión en un fluido estacionario; es decir, sin movimiento neto (o flujo convectivo) de la totalidad de la fase de la mezcla binaria de A y B. El flujo específico de difusión J*A se debe en este caso al gradiente de concentraciones. La velocidad a la cual los moles de A pasan por un punto fijo hacia la derecha, lo cual se tomará como flujo positivo, es J*A kg mol A/s.m2. Este flujo puede transformarse en una velocidad de difusión de A hacia la derecha por medio de la expresión

〖J^*〗_A (KgmolA/(s.m^2 ))=v_Ad c_A (m/s KgmolA/m^3 )

donde vAd es la velocidad de difusión de A en m/s.

Considérese ahora lo que sucede cuando la totalidad del fluido se mueve con un flujo general o convectivo hacia la derecha. La velocidad molar promedio de la totalidad del fluido con respecto a un punto estacionario es vM m/s. El componente A sigue difundiéndose hacia la derecha, pero ahora, su velocidad de difusión vAd se mide con respecto al fluido en movimiento. Para un observador estacionario. A se desplaza con mayor rapidez que la fase total, pues su velocidad de difusión vAd se añade a la de la fase total vM. Expresada matemáticamente, la velocidad de A con respecto al punto estacionario es la suma de la velocidad de difusión y de la velocidad convectiva o promedio.

VA= VAd + VM

Donde vA es la velocidad de A con respecto al punto estacionario.

Multiplicando la ecuación por cA.

CA VA = CA VAd+ CA VM

Cada uno tres Componentes es un flujo específico.

El primer término, CA V A puede representarse por el flujo específico NA kg mol A/s m2. Este es el flujo específico total de A con respecto al punto estacionario.

El segundo término es J*A, esto es, el flujo específico de difusión con respecto al fluido en movimiento.

El tercer término es el flujo convectivo específico de A con respecto al punto estacionario.

Por consiguiente, la ecuación se transforma en:

NA =J*A¬¬+CA VM (1)

Sea N el flujo conectivo total de la corriente general con respecto al punto estacionario. Entonces:

N=〖CV〗_M=N_A+N_B

Despejando VM

v_M=(N_A+N_B)/c (2)

Sustituyendo la ecuación (2) en la ecuación (1)

█( @N)_A=〖J^*〗_A+c_A/c(N_A+N_B)

Puesto que J*A es la ley de Fick,

N_A=-cD_AB (dx_A)/dz+c_A/c (N_A+N_B ) (3)

La ecuación (3) es la expresión general final para la difusión más convección, que debe usarse cuando se emplea NA y se refiere a un punto estacionario. Puede escribirse una ecuación similar para NB,

N_B=-cD_BA (dx_B)/dz+c_B/c (N_A+N_B ) (4)

Para resolver la ecuación (3) o la (4) debe conocerse la relación entre el flujo específico NA y NB. Las ecuaciones (3) y (4) son validas para la difusión en gases, líquidos y solidos.

Caso especial de A que se difunde a través de B no difusivo en reposo

El caso de la difusión de A a través de B, que esta estacionario y no se difunde, es una situación de estado estacionario

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