Laboratorio

RESUMEN

El objetivo fundamental del presente informe es predecir e interpretar con datos experimentales el Fenómeno de Difusión Molecular en líquidos para los sistemas Hidróxido de Potasio-Agua, Ácido a través de una Película Porosa (una piedra pómez y la otra en una esponja) en Estado Estacionario, el cual se realizo en el laboratorio de operaciones de procesos unitarios.

El método utilizado en dicho laboratorio es el experimental, ya que se procedió a realizar las corridas y tomar datos cada cierto intervalo de tiempo de las sustancias que se difunden en el agua, luego se procedió a realizar los cálculos propiamente mencionados en los objetivos. Para tal fin es necesario conocer los principios básicos de difusión molecular, así como un método para la determinación de las concentraciones del ácido clorhídrico y del hidróxido de potasio, en nuestro caso se utilizo el método de titulación; con el cual se pudo determinar el perfil de concentraciones y el flujo difusivo para cada caso respectivamente.

Con el presente trabajo de hecho en el laboratorio se asimilo mejor el concepto de difusión molecular en una película gaseosa, de ahí la importancia que tiene la difusión en los distintos procesos y operaciones industriales

INDICE

Contenido Pág.

RESUMEN 2

ÍNDICE 3

HOJA DE NOMENCLATURA 4

INTRODUCCIÓN 5

OBJETIVOS 6

1. Objetivo General 6

2. Objetivo Específico 6

MARCO TEÓRICO 7

1. Transferencia de masa 7

2. Ley de fick para la difusión molecular: 9

3. Difusión en sólidos porosos en los que afecta la estructura: 10

4. Ejemplo de difusion en un medio poroso 12

PARTE EXPERIMENTAL 15

1. Materiales y equipos 15

2. Reactivos 15

3. Procedimiento experimental 16

CÁLCULOS Y RESULTADOS 20

DISCUSIÓN DE RESULTADOS 28

CONCLUSIONES 29

RECOMENDACIONES 29

BIBLIOGRAFÍA 31

HOJA DE NOTACIÓN

n: Numero de especies presentes en la mezcla.

i : Velocidad absoluta de la especie i con relación a ejes estacionarios de coordenadas.

C: Concentración total de A y B en Kg. (A + B) /m3

XA: Fracción mol de A en la mezcla de Ay B.

ε: Fracción de espacios varios.

DAB: Difusividad del componente A en el componente B.

τ: Factor de corrección de la trayectoria mas larga de (Z2 – Z1).

Def: Difusividad efectiva, m2/s

H: Constante de Henry.

CA: Concentración del soluto A.

CA0: Concentración del soluto A inicial.

C2: Constante.

C1: Constante.

L: Espesor en medio poroso.

JA: Flujo molar difusible de la especie A.

(WA) i: Flujo difusivo en la dirección i.

INTRODUCCIÓN

La difusión es la tendencia natural de las moléculas a moverse desde zonas de alta concentración hacia zonas de baja concentración. Cuando se retira la barrera entre dos sustancias, las moléculas se redistribuyen (o difunden) por todo el recipiente, al final la mezcla alcanza un estado de equilibrio, en que las moléculas de ambas sustancias están mezcladas uniformemente. Por ello, las moléculas con mayor masa se difunden más lentamente. También la difusión es un proceso molecular que depende exclusivamente de los movimientos aleatorios de cada molécula.

La difusión de A en un sistema A y B, tiene lugar debido a la existencia de una gradiente de concentración de A. Este fenómeno se denomina a veces difusión ordinaria para distinguirla de la difusión de presión, de la difusión térmica y de la difusión forzada.

En la transferencia microscópica de masa, independiente de cualquier convección que se lleve acabo dentro del sistema, se define con el nombre de difusión molecular.

La difusión molecular depende de una gradiente de concentración, donde existieran moléculas de soluto de uno de los elementos de volumen que el otro, resultando así una transferencia neta de una concentración mayor a una menor y el flujo de cada una de las especies moleculares ocurre en la dirección del gradiente negativo de concentración.

La ley de Fick de la Difusión establece una relación con la difusión binaria

OBJETIVOS

1. OBJETIVO GENERAL:

Predecir e interpretar con datos experimentales el Fenómeno de Difusión Molecular en una película porosa en líquidos para los sistemas Hidróxido de Potasio-Agua, a través de una Película Porosa (una piedra pómez y la otra en una esponja) en Estado Estacionario

2. OBJETIVO ESPECÍFICOS:

Determinar el perfil de concentraciones para cada sistema.

Determinar el flujo molar difusivo para cada sistema.

Graficar el perfil de concentraciones en estado estacionario para cada sistema.

Determinar las concentraciones y el flujo molar difusivo del KOH en agua en intervalos de tiempo para cada sistema.

MARCO TEÓRICO

1. TRANSFERENCIA DE MASA:

La transferencia de masa, estudia el movimiento de las moléculas entre fase y fase por medio de mecanismos de difusión, convección y condiciones que les favorece.

La transferencia de masa es la transferencia de un constituyente de una región de alta concentración ajena de baja concentración. [1]

1.1 Mecanismos:

En el caso de un fluido en reposo o fluyendo laminarmente en dirección perpendicular a la gradiente de concentración, la transformación se desarrolla únicamente como consecuencia del movimiento al azar de las moléculas de la mezcla. [2]

1.2 Concentración total de masa o densidad:

Es la concentración total de la mezcla contenida en la unidad de volumen. [3]

1.3 Fracción de masa (WA):

Es la concentración de la especie A, dividida entre la densidad total de la masa. [3]

la suma de las fracciones de maza, deben ser uno:

1.4 Concentración molar de la especie A (CA):

Se define como el número de moles de A, presentes por unidad de volumen de la mezcla. Por definición, un mol de cualquier especie contiene una masa equivalente a su peso molecular. Los términos de la concentración de masa y de la concentración molar están relacionados por medio de la siguiente expresión: [3]

1.5 Concentración molar total (C):

Es el número total de moles de la mezcla, contenidos en la unidad de volumen, esta es: [4]

1.6 Fracción molar (XA):

La fracción molar correspondiente alas mezclas de líquidos o sólidos, XA, son las concentraciones molares de la especie A divididas entre la concentración molar total. [4]

La suma de las fracciones molares debe ser igual a uno, por definición:

1.7 Velocidades:

Es un sistema de componentes múltiples, las diferentes especies se moverán de manera normal a diferentes velocidades. [4]

1.7.1 Velocidad promedio o media de la masa:

Se define en función de las densidades y velocidades de la masa, de todas las componentes. [3]

1.7.2 Velocidad molar media o promedio:

Se define en función de las concentraciones molares de todos los componentes, por medio de la expresión. [3]

2. LEY DE FICK PARA LA DIFUSIÓN MOLECULAR:

La difusión molecular (o el transporte molecular) puede definirse como la transferencia (o el movimiento) de moléculas individuales a través de un fluido por medio de los movimientos individuales y desordenados de las moléculas.

Podemos imaginar a las moléculas desplazándose en líneas rectas y cambiando su dirección al rebotar con otras moléculas después de chocar con ellas. Puesto que las moléculas se desplazan en trayectorias desordenadas, a la difusión molecular a veces se le llama también proceso de camino desordenado.

En la Fig.(1). Se muestra esquemáticamente el proceso de difusión molecular. Se ilustra la trayectoria desordenada que la molécula A puede seguir al difundirse del punto (1) al (2) a través de las moléculas de B.

Si hay un número mayor de moléculas de A cerca del punto (1) con respecto al punto (2). Entonces, y puesto que las moléculas se difunden de manera desordenada en ambas direcciones, habrá más moléculas de A difundiéndose de (1) a (2) que de (2) a (1). La difusión neta de A va de una región de alta concentración a una de baja concentración. [2]

Fig. 1 Diagrama esquemático del proceso de difusión molecular

La ecuación general de la ley de Fick puede escribirse como sigue para una mezcla de A y B.

Si C es constante entonces, puesto que.

Sustituyendo esta relación en la relación

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