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DIFUSIN BINARIA EN GASES

1. PROBLEMA

Se ha solicitado el estudio particular de un fenmeno difusivo de etanol en aire,

para ello se han seleccionado cuatro celdas de difusin de diferentes dimetros. Elpro!lema es encontrar el "radiente de concentraciones en fracciones mol # la

ma"nitud del rea de difusin para o!tener en un periodo de $% min &.1& "mol de

etanol vapori'ado. La temperatura de difusin es de %& () # la presin es la

atmosf*rica.

El llenado de las celdas con etanol es a $ cm a partir del !orde superior.

El "radiente de concentraciones solicitado es desde la interfase l+uido-"as al

!orde superior de las celdas

$. PARE E/PER0MEAL

$.1 MAER0ALES

2n !a3o de temperatura controlada

2n vaso de precipitados de 4&& mL

2n distri!uidor de aire con man"uera 5ca6ita de acr+lico7

2na pin'a de Mohor

2na t* de cristal

)inco man"ueras de hule lte8

)inco celdas de difusin

2n cronmetro

2n catetmetro

9os soportes universales con pin'as

2n plumn con tinta para escri!ir en ro6o o en ne"ro

2na re"la fle8i!le2na !om!a de vac+o

2na 6erin"a de plstico de % mL

$.$ S2SA)0AS

:&& mL de etanol RA5Reactivo Anal+tico7

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$.: SER;0)0OS A2/0L0ARES

Ener"+a el*ctrica de 11& volts

A"ua caliente a %& 9EL E?20PO

Los dimetros internos # las reas transversales de las celdas son@

)elda 1@ 9i &.% cm, con rea transversal de &.C& cmD$

)elda $@ 9i 1.:% cm, con rea transversal de 1.=:1 cmD$

)elda :@ 9i 1.& cm, con rea transversal de $.%=% cmD$

)elda =@ 9i $.$& cm, con rea transversal de :.&1 cmD$

$.% 90AFRAMA

)elda de difusinGi"ura 1

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$.4 ME909AS 9E H0F0EE I SEF2R09A9

2tili'ar lentes de se"uridad para el mane6o del etanol

Su6etar las man"ueras de hule lte8 a las celdas de difusin

Su6etar las man"ueras de hule lte8 al !a3o de temperatura controlada

$.C 9ESARROLLO E/PER0MEAL

Arranue del euipo

1.- Empe'ar las e8perimentaciones con la celda de menor dimetro

$.-ra'ar un punto a $.& cm a!a6o del !orde superior de cada celda

:.- 2tili'ar un soporte universal con pin'as para su6etar la celda de difusin, esta

de!er conectarse con man"ueras de hule lte8 al !a3o de temperaturacontrolada a %&()

=.- 2tili'ar un soporte universal con pin'as para su6etar el distri!uidor de acr+lico

colocando la ranura de salida del aire a la misma altura ue el !orde superior de

la celda, este de!er conectarse con man"ueras de hule lte8 # la t* de cristal a

la !om!a de vac+o, utili'ar la pin'a de Mohor para o!tener un flu6o mu# !a6o de

aire para ue pase perpendicular al !orde de la celda.

%.- ;aciar etanol RA 5Reactivo Anal+tico7 hasta ue el menisco del alcohol toue la

marca tra'ada a $.& cm de la celda. Hacer coincidir el menisco del etanol

contenido en la celda con el puntero ptico del catetmetro. Esperar : min para

considerar el factor de e8pansin del etanol cuando se calienta a %&() # corre"ir

la nueva altura en el catetmetro, asimismo oprimir el !otn de cero u!icado en

su cartula di"ital.

Operacin del euipo

4.- Hacer pasar la corriente de aire por la ranura del distri!uidor # esperar :&

se"undos antes de arrancar el cronmetro, durante este tiempo verificar ue la

ranura del distri!uidor de la ca6a de acr+lico est* alineada a la !ouilla de la

celda. Re"istrar al final de los $% min en la ta!la de datos e8perimentales el valor

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le+do en la cartula del catetmetro, despu*s de apuntar nuevamente el puntero

ptico a la altura ue descendi el etanol.

C.- )ontinuar la e8perimentacin con las celdas de ma#or dimetro.

Paro del euipo

.- Apa"ar los !otones de ener"+a el*ctrica de la !om!a de vac+o # del !a3o de

temperatura controlada

.- Apa"ar el !otn de encendido del catetmetro

1&.- ;aciar el a"ua caliente del !a3o de temperatura controlada

11.-9esconectar cuidadosamente las man"ueras de hule lte8

1$.- Fuardar las celdas en sus !olsas correspondientes

$. 0GORMA)0> E/PER0MEAL

a!la 1 de datos e8perimentales

Celda (1)

t h t Z = Z 1 h t t Z / t

5min7 5cm7 5cm7 5min7 5cm J min7& h 1 & K 1 $.&& ---------- ----------

$% h t - $%JA WA

5"mol EtOH J min cmD$7 5"mol EtOH J min7---------- ---------

..

Celda (2)

t h t Z = Z 1 h t t Z / t

5min7 5cm7 5cm7 5min7 5cm J min7

& h 1 & K 1 $.&& ---------- ----------$% h t - $%

JA WA

5"mol EtOH J min cmD$7 5"mol EtOH J min7---------- ---------

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Celda ()

t h t Z = Z 1 h t t Z / t

5min7 5cm7 5cm7 5min7 5cm J min7& h 1 & K 1 $.&& ---------- ----------

$% h t - $%JA WA

5"mol EtOH J min cmD$7 5"mol EtOH J min7---------- ---------

..

Celda (!)

t h t Z = Z 1 h t t Z / t

5min7 5cm7 5cm7 5min7 5cm J min7

& h 1 & K 1 $.&& ---------- ----------$% h t - $%JA WA

5"mol EtOH J min cmD$7 5"mol EtOH J min7---------- ---------

ra'ar la si"uiente "rfica con los resultados e8perimentales o!tenidos en las

ordenadas, los valores del flu6o difusivo molar A5"mol de etanol J min7 # en las

a!scisas los valores del rea transversal de las celdas A5cmD$7

:. )2ES0OAR0O

1.- )ul es el propsito de hacer pasar una corriente mu# li"era de aire

perpendicular al !orde superior de las celdasN

$- Para cualuier instante de operacin, )ul es el si"nificado f+sico de la

disminucin de la altura del nivel del l+uido con respecto al tiempo 5d K Jd t7 en

la celda de difusinN

:.- Para cualuier instante de operacin en la interfase l+uido-"as, el flu8 por

difusin molecular AJ se puede e8presar en funcin de la masa molar del

l+uido vapori'ado ALm en las celdas de difusin, as+ como del tiempo t,

dtAmdJALA

= donde A es el rea de la superficie interfacial. 9emuestre ue

A tam!i*n se puede escri!ir en funcin de la densidad molar del etanol

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AA M multiplicada por la disminucin de la altura del nivel del l+uido con

respecto al tiempo dtdZ . Presente sus deducciones.

=.- Aplicar la e8presin anterior para evaluar A# escri!ir los valores calculados en

las columnas de la a!la 1 de datos e8perimentales

%.- 2tili'ar los valores calculados de A para evaluar los flu6os difusivos A #

escri!irlos en las columnas de la a!la 1 de datos e8perimentales.

4.- )ul es el si"nificado de la diferencia de las fracciones molares #A1 - #A$

mostradas en la Gi"ura 1N. Escri!ir las e8presiones para evaluarlas # los

valores de estas diferencias para cada celda. 2tili'ar la informacin del punto

$.

C.- Poru* los valores del flu8 difusivo molar A# del flu6o difusivo molar Ade la

ta!la de datos e8perimentales no permanecen constantesN. E8pliue surespuesta

.- )ul es el comportamiento de la concentracin c 5" de me'cla J cmD: de

me'cla7 mostrada en la Gi"ura 1 a lo lar"o de la fase "aseosa de las celdas de

difusinN. E8plicar la respuesta # reportar sus valores.

.- Hacer las si"uientes "rficas donde se contempla slo el punto de vista de lafase l+uidaQ en la superficie del etanol, descri!ir lo o!servado # presentar susconclusiones para cada una de las "rficas.

1&.- Aplicar la si"uiente ecuacin para calcular el flu6o molar Adesde el punto devista de la fase "aseosaQ, el valor del coeficiente de difusin 9AB 11.%1 cmD$J min se cumple para el sistema etanol-aire a las condiciones de &.CC1 atm # %&

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11.- )omparar los perfiles A contra A de la fase l+uida # la fase "aseosa,Poru* no son i"uales los flu6os molares de A de la fase l+uida # de la fase"aseosaN

1$.- )ul es la ma"nitud del rea de difusin para o!tener en un periodo de $%min &.1& "mol de etanol vapori'adoN

=. OME)LA2RA

A rea de la superficie interfacial entre el a"ua # el aire 5cmD$7

A rea transversal de las celdas de difusin en 5cmD$7

h t Altura de la !ase del menisco del etanol en el catetmetro a los $% min en

5cm7

h 1 Altura con valor de cero cm a tiempo cero de la !ase del menisco del etanol

en el catetmetro en 5cm7

A Rapide' instantnea de transferencia de masa molar por difusin en 5"mol

EtOH J min cmD$7

mAL Masa molar de l+uido A vapori'ado 5"mol7

MA Peso molecular de A 5" J"mol7

n E8ponente adimensional

P

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1.- Ernest . Henle#, .9. Seader.. Operaciones de separacin por etapas de

euili!rio en in"enier+a u+mica.

Ediciones Repla, S.A. M*8ico 9.G. 1&

$.- Ernest . Henle#, .9. Seader.. Separation Process Principles. ohn ile# and

Sons, 0nc. 2nited States of America 1

:.- ames R. elt#, )harles E. icUs, Ro!ert E. ilson. Gundamentos de

transferencia de momento calor # masa Editorial Limusa, S.A. de ).;. M*8ico

9.G. $&&&

=.- R. B#ron Bird, arren E. SteVart, EdVin . Li"htfoot. ransport Phenomena,

second edition. ohn ile# W Sons, 0nc. eV IorU. $&&$

4. AE/O517 Ecuacin para calcular la densidad del etanol, 5" J mL7

)onstantes

A1 &.$4%C, B1 &.$4:%, n &.$:4C&, c %14.$%

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