Determinacion Coeficiente

Fenómenos de Transporte. Licenciatura en Ciencia y Tecnología de Alimentos Licenciatura en Ciencia y Tecnología Ambiental Licenciatura en Biotecnología y Biología Molecular

LABORATORIO Nº 8 TRANSFERENCIA DE MATERIA Determinación del coeficiente de difusión de un gas OBJETIVO Determinar el coeficiente de difusión de una sustancia gaseosa a partir de la evaporación de la misma. INTRODUCCIÓN La difusividad del vapor de un líquido volátil en aire puede ser determinada por el método de Winklemann, en el cual el líquido es contenido en un tubo vertical de pequeño diámetro, a temperatura constante, circulando vapor de aire sobre la parte superior del tubo que contiene el líquido. Este tiene una determinada presión de vapor a la temperatura de trabajo seleccionada, por lo que moléculas de gas en equilibrio con el líquido difunden en la corriente de aire produciéndose la difusión molecular. La velocidad de transferencia de masa viene dada por: C CT N A = −D A L C Bm

(1)

Donde D es la difusividad (m2/seg); CA es la concentración de saturación en la interfase (kmol/m3); L es la distancia efectiva de transferencia de masa (mm); CBm la concentración molecular de vapor logarítmica (kmol/m3); CT concentración molar total (CA + CBm) (kmol/m3). Considerando la evaporación del líquido como:

ρ dL NA = − L M dt

(2)

donde ρL es la densidad del líquido a T, entonces: ρ L dL C CT = −D A M dt L C Bm

(3)

Integrando con la condición de contorno L = Lo a t = 0: L2 − L20 = −

2 ⋅ M ⋅ D CACT ⋅ ⋅t ρL C Bm

(4)

L y L0 no pueden ser medidos en forma directa, pero si la diferencia por medio de un Vernier por lo cual se debe efectuar la siguiente corrección:

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(L − L 0 )(L − L 0 + 2 ⋅ L 0 ) = − 2 ⋅ M ⋅ D ⋅ C A C T ρL

C Bm

⋅t

(5a)

Reordenando: t 2 ⋅ M ⋅ D CACT (L − L 0 ) + ρ L ⋅ C Bm ⋅ L 0 = ⋅ L − L0 ρL C Bm M ⋅ D ⋅ CA CT

(5b)

con M peso molecular (kg/mol), t es el tiempo en segundos. La ecuación 5b puede ser graficada como t/(L-Lo) vs. (L-Lo) cuyo valor de pendiente S permite calcular por la ecuación (6) el coeficiente de difusión: D=−

ρ L ⋅ C Bm 2 ⋅ M ⋅ CA CTS

(6)

S pendiente

CT = (1Kmol Vol)(Tabs/T0)

Vol.de Kmol=22.14 l/kmol

CB1 = CT

CB2 = (PA-PV/PA)CT

CBm = (CB1-CB2)/ln(CB1/ CB2)

CA = (PV/PA)CT EXPERIMENTAL Se debe tener en cuenta que la temperatura de calentamiento no debe superar los 4045°C. Se llena parcialmente el capilar con acetona unos 35mm. La pieza T se introduce

en

el

baño

termostático,

conectándose posteriormente el tubo de aire flexible. Se ajusta el microscopio moviéndose la altura en forma vertical

acetona

hasta que el capilar es visible (Imagen invertida). Cuando el menisco es visible se ajusta el vernier, se conecta la bomba de aire y el baño de agua (no debe superarse los 40 °C). Aproximadamente a los 30 minutos Se apaga el baño, para evitar problemas con burbujas que pueden formarse, y se lee el nivel interno del tubo. Se repite -la operación cada 30 minutos durante 3 horas. Se lee desde t=0 seg; L-Lo = 0 hasta t=11800 seg. Se grafica t/(L-Lo) contra (L-Lo) y se determina la pendiente S, calculándose la difusividad partir de (6). Pv acetona = 56 kN/m2

T = 313 K

ρ (acetona) = 790 Kg/m3

kmol = 22.4 m3

CT = 0.0389 kmol/m3

PM (acetona) = 58.08

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