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PRÁCTICA I. DIFUSIVIDAD DE UN LÍQUIDO EN UN GAS

INGENIERÍA QUÍMICA Profesor: Eder Jesús Valentín Lugo Medina

Laboratorio Integral I

DIFUSIVIDAD DE UN LÍQUIDO EN UN GAS DIFFUSIVITY OF A LIQUID IN A GAS I.N. Beltrán Borquez, A.P. Del Rincón Franco, M.F. Galaviz Urías, M.F. Gutiérrez Márquez, C.E. López Palma, M.J. Rodríguez Ortiz TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO. Instituto Tecnológico de Los Mochis. UNIDAD LOS MOCHIS: Blvd. Juan de Dios Batiz y 20 de noviembre. C.P. 81259 Los Mochis. Sin. Tels. 668-8125858, 668-8125959. A Mayo de 2018 Resumen La difusividad térmica en los problemas de transferencia de calor, es valor obtenido de la conductividad térmica de un cierto material dividida entre el producto del valor de su densidad y la capacidad calorífica específica del mismo. En unidades del sistema internacional se expresa como m²/s, siendo habitual emplear el cm²/s. Es un índice que expresa la velocidad de cambio, y flujo de temperaturas, en un material hasta que alcanza el equilibrio térmico. Es por esta razón que un material A, con difusividad térmica mayor que otro B, alcance el equilibrio en menor tiempo. La difusividad térmica es igualmente un parámetro para averiguar la capacidad que tiene un material para difuminar la temperatura en su interior. Abstract The thermal diffusivity in heat transfer problems is the value obtained from the thermal conductivity of a certain material divided between the product of the value of its density and its specific heat capacity. In units of the international system, it is expressed as m² / s, it being usual to use cm² / s. It is an index that expresses the speed of change, and temperature flow, in a material until it reaches thermal equilibrium. It is for this reason that a material A, with thermal diffusivity greater than another B, reaches equilibrium in less time. Thermal diffusivity is also a parameter to determine the ability of a material to diffuse the temperature inside.

1 Objetivos

2 Introducción

Conocer la difusividad de diversos líquidos en un gas, cambiando algunas de sus variables, en este caso la temperatura, que es la que influye en el cambio de esta.

La difusividad suele representarse con la letra α (en algunas ocasiones también con la letra mayúscula D) y es una propiedad característica de un material. La expresión matemática que relaciona la

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conductividad térmica (expresada como k), el calor específico (expresado como Cp y denominado igualmente como capacidad de calor), y su densidad (ρ) es: 𝑘 𝛼= 𝜌 𝐶𝑝 O dicho de otra forma, la difusividad térmica es directamente proporcional a la conductividad térmica de un material, e inversamente proporcional a su densidad y calor específico. El denominador (producto de la densidad por la capacidad calorífica) puede ser considerado como la capacidad calorífica volumétrica. Por regla general los metales tienen un coeficiente de difusión térmica mucho mayor que los materiales aislantes. De igual forma los gases poseen una difusión térmica casi nula por su baja conductividad y escasa densidad. En cierta forma es una medida de la inercia térmica de un material. En un material con alta difusividad térmica el calor se propaga con rapidez y los cambios de temperatura se producen con dinámica elevada. Es por esta razón por la que aparece en uno de los términos de la ecuación del calor.

3 Antecedentes Se suele averiguar el cociente de la difusividad térmica mediante la técnica de Flash Láser (LFA). Uno de los métodos más clásicos consistía en calentar un hilo y comprobar la tasa de cambio de temperatura, y mediante la ecuación del calor comprobar el valor de α. Este método aparece en la literatura como el método del hilo caliente. Variantes del método empleando

planchas calientes, en lugar de hilos, se popularizó en los años 80. El método más empleado actualmente en la industria es la técnica de Flash Láser (LFA), y consiste en la medida de cambio de temperatura en un material (generalmente una muestra cilíndrica) al ser expuesto a un pulso láser de gran intensidad.

4 Metodología 1. Se colocan en dos tubos de ensayo cloroformo y alcohol isopropílico. 2. Se sujetan en un soporte universal. 3. Se sumergen en un vaso de precipitado con agua caliente. 4. Se hace circular una corriente de aire caliente a través de un tubo previamente preparado para el experimento. 5. Se hacen las mediciones y cálculos correspondientes.

5 Resultados Para realizar los cálculos se usará la siguiente formula: 𝐷𝐴−𝐵 𝑇2 = 𝐷𝐴−𝐵 𝑇1

𝑃1 𝑇2 ( )( ) 𝑃2 𝑇1

Para la difusividad tenemos que:

del

3⁄ 4

Ω𝑡1 ) Ω𝑡2

cloroformo 3⁄ 4

𝐷𝐴−𝐵 𝑇2

(

𝑐𝑚2 1 65 °𝐶 = 0.093 ( )( ) 𝑠𝑒𝑔 1 25 °𝐶

0.6088 ( ) 0.5317

𝐷𝐴−𝐵 𝑇2 =0.2180

3

Para la difusividad del isopropílico tenemos que: 3⁄ 4

𝐷𝐴−𝐵 𝑇2

𝑐𝑚2 1 65 °𝐶 = 0.099 ( )( ) 𝑠𝑒𝑔 1 25 °𝐶

alcohol

8 Nomenclatura 𝑃1 Presión inicial

0.6088 ( ) 0.5310

𝑃2 Presión final

𝐷𝐴−𝐵 𝑇2 =0.2324

𝑇1 Temperatura ambiente

6 Conclusión

𝑇1 Temperatura final

En esta práctica pudimos visualmente detectar la diferencia de la difusividad en ambos compuestos, qué, aunque era muy poca si era notable.

Ω𝑡1 Difusividad a T1 Ω𝑡2 Difusividad a T2

9 Evidencias fotográficas

Después realizando las mediciones y cálculos correspondientes pudimos comprobar esto mediante las ecuaciones, que, si hay una diferencia, pero es mínima.

7 Agradecimientos Al Laboratorio de Química, del Instituto Tecnológico Nacional de México, Campus Los Mochis, por su excelente disponibilidad para llevar a cabo la práctica que fue realizada con éxito, obteniendo los resultados esperados. Al Dr. Eder Jesús Valentín Lugo Medina por su guía en la elaboración de este trabajo. También a los integrantes que conforman este equipo, que con la colaboración de todos coadyuvó a un resultado exitoso.

10 Bibliografía Mc.Cabe, J. C. Smith, J. C. y Harriot, P. Operaciones Unitarias en Ingeniería Química. Mc.Graw – Hill.

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