Instituto Tecnológico de Salina Cruz TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO INSTITUTO TECNOLÓGICO DE SALINA CRUZ “PRÁCTICA COEFICIENTE DE DIFUSIÓN EN CELDAS DE ARNOLD” TEMA 6: TRANSFERENCIA DE MASA ASIGNATURA: LABORATORIO INTEGRAL I INGENIERÍA QUÍMICA SEMESTRE: 6 GRUPO: “F2” PARTICIPANTES: OROZCO MARTÍNEZ ANDREA MICHELL 191020221 ROMERO HERNÁNDEZ ITZEL 191020322 SALINAS PATRICIO JESÚS ARMANDO 191020225 ZALDIVAR JUÁREZ RICARDO 191020217 PROFESOR: ING. MARGARITA JIMÉNEZ GUZMÁN SALINA CRUZ, OAX. JUNIO 2022 Índice Objetivo general .................................................................................................... 1 Objetivos específicos ........................................................................................... 1 Marco teórico ......................................................................................................... 2 Materiales ............................................................................................................... 3 Procedimiento ....................................................................................................... 4 Resultados ............................................................................................................. 8 Coeficiente de difusión (Acetona-Aire)................................................................................................ 8 Coeficiente de difusión (Cloroformo-Aire). ........................................................................................ 12 Conclusiones ....................................................................................................... 14 Fuentes consultadas........................................................................................... 15 1 Objetivo general Elaborar una práctica sobre la difusión en celdas de Arnold. Objetivos específicos Determinar el coeficiente de difusión en celdas de Arnold Describir el comportamiento de la transferencia de masa Comprender la relación de la transferencia de masa mediante evaporación 2 Marco teórico El coeficiente de difusión es un parámetro fundamental para describir el transporte de una especie en otra mediante el fenómeno de difusión en una misma fase, impulsada por la diferencia de concentración de una especie particular y el movimiento aleatorio de sus moléculas en dirección opuesta a ese gradiente de concentración, para lo cual se han desarrollado modelos de transferencia de masa y correlaciones para una gran variedad de sistemas que pueden estar presentes a nivel de laboratorio o industrial, los cuales pueden ser binarios o multi componentes, así como pueden también incluir las interacciones de la fase en donde se desarrolla la difusión con el medio que la rodea. El coeficiente de difusión, para un sistema gaseoso, puede ser medido experimentalmente en una celda de difusión de Arnold. Consta de un tubo angosto parcialmente lleno con líquido puro A, (figura 1), el cual se mantiene a temperatura y presión constante por medio de un baño de agua. Un gas B se hace fluir a través del terminal abierto del tubo; debe tener una solubilidad despreciable en el líquido A al tiempo que debe ser inerte químicamente a él. El componente A se vaporiza y difunde dentro de la fase gaseosa La velocidad de vaporización de A, puede ser expresada matemáticamente en términos del flujo másico o molar. Figura 1. Celda de Arnold Nota. Tomado de Fundamentos de Transferencia de Momento, Calor y Masa, Welty, 1994, Limusa Editores S.A. de C.V. . 3 Considere la celda de difusión de Arnold mostrada en la figura1 , conteniendo un liquido solvente A. La temperatura y la presión de la celda se mantiene constantes tanto como sea posible. Un flujo constante de gas insoluble B que pasa en la parte superior de la celda establece una película estancada por encima del líquido. El vapor de A difunde hacia arriba a través de esta película y se mezcla con B puro en la parte superior de la celda. En el tiempo t la celda tiene la profundidad de la interfaz Zi, medida desde la parte superior de la celda hasta la base del menisco del líquido. Materiales 20 ml acetona 20 ml cloroformo 2 tubos de ensayo Termómetro Cronómetro Aparato baño maría Regla Vaso precipitado Ventilador 4 Procedimiento 1.- Medimos 20 ml de acetona y cloroformo en el vaso precipitado y se introdujo en el tubo de ensayo. 2.-Se midió con la regla cuantos cm tenía del tubo de ensayo. 5 3.-Se agrego agua al aparato baño maría. 4.-Se puso a calentar el aparato baño maría a temperatura de 50°C. 6 5.- Se introdujo los 2 tubos de ensayo con los líquidos en el dispositivo. 6.-Se dejó reposar en el aparato 10 minutos mientras se evaporara y poniendo un ventilador para despejar la parte superior del tubo de modo que no se cubriera del vapor 7 7.-No bajó mucho y se le subió la temperatura a 70°. 8.- se dejó otros 10 minutos en el aparato y bajo 2 milímetros 8 Resultados Coeficiente de difusión (Acetona-Aire) 3 0.001858𝑇 2 [ 1 1 1 2 + 𝑀𝐴 𝑀𝐵 ] 2 𝑃𝜎𝐴𝐵 Ω𝐷 𝐷𝐴𝐵 = T= 50°C + 273.15 = 323.15 K P= 1 atm MAire=29 g/mol. 𝑀𝐶𝐻3 𝐶𝑂𝐶𝐻3 = 58.08 𝜎𝐴𝐵 = 𝜎𝐴 +𝜎𝐵 2 𝑔 𝑚𝑜𝑙 σA=Acetona σ ε/k σb=Aire 4.6 560.2 3.711 78.6 𝜎𝐴𝐵 = 4.6 + 3.711 = 4.1555 2 𝜀𝐴 𝜀𝐵 ∗ = √(560.2)(78.6) = 209.8374 𝑘 𝑘 𝜎𝐴𝐵 = √ 𝜀𝐴𝐵 𝐾 = 209.8374 = 0.6493 𝑇 323.15 𝐾 (0.6493)−1 = 1.5400 Buscar en tablas 9 Figura 2. Potenciadores de Lenneard-Jones determinados a partir de datos de viscosidad. Nota. Tomado de Estimación de propiedades de transporte, (p.12), María Aguilera, 2005, (https://gecousb.com.ve/guias/GECO/Fen%C3%B3menos%20De%20Transporte%201%2 0(TF-1221)/Material%20Te%C3%B3rico%20(TF-1221)/TF1221%20Estimaci%C3%B3n%20de%20Viscosidades.pdf) 10 Figura 3. Integrales de colisión para usar con el potencial de Lennard-Jones para la predicción de las propiedades de transporte de gases a bajas densidades Nota. Tomado de Fenómenos de transporte, (p.1013), R. Byron Bird, 2006, Limusa Wiley. 11 Hacer interpolación. X y 1.50 1.315 𝑦 = 𝑦𝑜 + ((𝑥1 1.54 y = 1.3006 𝑦 = 1.315 + ( 1.55 1.297 (𝑦 −𝑦0 ) 1 −𝑥0 ) ) (𝑥 − 𝑥0 ) (1.297−1.315) (1.55−1.50) ) (1.54 − 150) Ω0 → 𝑦 = 1.3006 (0.001850 𝐷𝐴𝐵 = 3 𝑇2 2 𝑃𝜎𝐴𝐵 Ω𝐷 (0.001850 (323.15 𝐷𝐴𝐵 = 1 1 1 2 [𝑀 + 𝑀 ] ) 𝐴 𝑏 3 𝑘)2 1 1 1 2 [ + ] ) 58.08 29 (1)(4.1555)2 (1.3006) 𝐷𝐴𝐵 2.454137307 𝑐𝑚2 = = 0.1092 22.45899523 𝑠 𝐴 70° → +273.15 = 343.15 𝐾 (0.001850 (343.15 𝐷𝐴𝐵 = 3 𝑘)2 (1)(4.1555)2 (1.3006) 𝐷𝐴𝐵 = 0.1099 1 1 1 2 [ + 29] ) 58.08 𝑐𝑚2 𝑠 12 Coeficiente de difusión (Cloroformo-Aire). 1 3 0.001858𝑇 2 [ 1 1 2 𝑀𝐴 + 𝑀𝐵 ] 2 𝑃𝜎𝐴𝐵 Ω𝐷 𝐷𝐴𝐵 = T= 323.15 k P= 1 atm PMAire= 29 g/mol 𝑃𝑀𝐶𝐻𝐶𝑙3 = 119.38 𝜎𝐴𝐵 = 𝑔 𝑚𝑜𝑙 𝜎𝐴 +𝜎𝐵 2 σA=Cloroformo σ ε/k σb=Aire 5.389 340.2 3.711 78.6 𝜎𝐴𝐵 = 5.389 + 3.711 = 4.55 2 𝜀𝐴 𝜀𝐵 ∗ = √(340.2)(78.6) = 163.5228 𝑘 𝑘 𝜎𝐴𝐵 = √ 𝜀𝐴𝐵 𝐾 𝑇 = 163.5228 323.15 𝐾 = (0.5060)−1 = 1.9763 Buscar en tablas. X y Por interpolación. 1.96 1.186 𝑦 = 𝑦𝑜 + ((𝑥1 1.9763 y =? 𝑦 = 1.186 + ( 2.00 1.176 (𝑦 −𝑦0 ) 1 −𝑥0 ) ) (𝑥 − 𝑥0 ) (1.176−1.186) Ω0 → 𝑦 = 1.18074 (2−1.95) ) (1.9763 − 1.95) 13 (0.001850 𝐷𝐴𝐵 = 3 𝑇2 2 𝑃𝜎𝐴𝐵 Ω𝐷 (0.001850 (323.15 𝐷𝐴𝐵 = 1 1 1 2 [𝑀 + 𝑀 ] ) 𝐴 𝑏 3 𝑘)2 1 1 1 2 [119.38 + 29] ) (1)(4.1555)2 (1.18074) 𝐷𝐴𝐵 = 0.914 𝑐𝑚2 𝑠 𝐴 70° → +273.15 = 343.15 𝐾 (0.001850 (343.15 𝐷𝐴𝐵 = 3 𝑘)2 (1)(4.1555)2 (1.18074) 𝐷𝐴𝐵 = 0.1000 1 1 1 2 [119.38 + 29] ) 𝑐𝑚2 𝑠 14 Conclusiones De manera experimental pudimos observar que al dejar las celdas a una temperatura de 50°C por 10 minutos bajó un milímetro, decidimos aumentar la temperatura ya que según la teoría a mayor temperatura mayor difusividad, por esto, se colocó una temperatura de 70°C y después de diez minutos el cloroformo bajó 2 milímetros y la acetona un poco más de dos milímetros. Con esto podemos concluir que la acetona tiene una mayor rapidez de difusión o un mayor coeficiente de difusión que el cloroformo, esto también se puede demostrar en los cálculos, ya que a 70°C la acetona tiene un coeficiente de difusión de 0.1099 y el cloroformo 0.1000 siendo menor y comprobando así la teoría. 15 Fuentes consultadas R.B. Bird., W.E. Stewart, E.N. Lightfoot. (2006). Fenómenos de transporte. Limusa Wiley Robert. E Treybal. Operaciones de Transferencia de Masa. McGraw-Hill Welty, J. (1994). Fundamentos de Transferencia de Momento, Calor y Masa. Limusa Editores S.A. de C.V. Profs. María Aguilera, Dosinda González, Aura López de Ramos, Luis Matamoros y César Oronel. (2005). Estimación de propiedades de transporte: viscosidades https://gecousb.com.ve/guias/GECO/Fen%C3%B3menos%20De%20Transporte% 201%20(TF-1221)/Material%20Te%C3%B3rico%20(TF-1221)/TF1221%20Estimaci%C3%B3n%20de%20Viscosidades.pdf Daniel Gutiérrez, Juan Larrahondo y Sergio Meneses. (2018).Coeficiente de difusión. https://www.academia.edu/36225588/DETERMINACI%C3%93N_DE_COEFICIEN TE_DE_DIFUSI%C3%93N_CELDA_DE_ARNOLD#:~:text=Celda%20de%20difusi %C3%B3n%20de%20Arnold%20%EF%BF%BD%20%3D%E2%88%92%20La%2 0celda%20de%20Arnold,binario%20para%20un%20sistema%20gaseoso Óscar García, Pineda Diana Laura y Moreno Diana Laura. (2019). Coeficientes de difusión gaseosa en celdas de Arnold. https://www.studocu.com/esmx/document/instituto-tecnologico-de-toluca/laboratorio-integral-1/p19coeficientes-de-difusion-gaseosa-a-partir-de-celdas-de-arnold/10235760
