Determinación De Difusividad En Gases

[“DETERMINACIÓN DE LA DIFUSIVIDAD EN GASES”]

PRÁCTICA NO. 1

PRÁCTICA NO. 1 “DETERMINACIÓN DE LA DIFUSIVIDAD EN GASES”.
OBJETIVO.
Determinar experimentalmente el valor de la difusividad (DAB) de un componente gaseoso A en otro gas B. II.

INTRODUCCIÓN.
En 1815 Parrot observó cualitativamente que siempre que una mezcla gaseosa contiene dos o más especies moleculares, cuyasconcentraciones relativas varían de un punto a otro, se produce un proceso en apariencia natural que tiende a disminuir cualquier desigualdad en la composición. Este transporte macroscópico de masa, independiente de cualquier convección del sistema, se define como difusión molecular. La difusividad o coeficiente de Difusividad, DAB, es una medida de la movilidad de difusión. El coeficiente de difusióndepende de la presión, la temperatura y la composición del sistema. Sus dimensiones son longitud2 / tiempo. El coeficiente de difusión o la difusividad, en la transferencia de masa, se puede medir experimentalmente en una celda de Arnold y el principio que se aplica es el siguiente: El tubo capilar parcialmente lleno del líquido puro A a analizar, se mantiene a presión y temperaturas constantes. El gasB fluye a través del extremo abierto y posee una solubilidad despreciable en el líquido A y es químicamente inerte a A. La componente A se vaporiza y se difunde en la fase gaseosa B, se puede medir físicamente la rapidez de vaporización. En la celda de Arnold, la difusión ocurre únicamente en la dirección Z. (Ver figura 1) Así, la difusividad, o coeficiente de difusión, de un componente A en unasolución B, que es una medida de la movilidad de difusión, se define como la relación de su flux JA y su gradiente de concentración: I.

La ecuación (1) es la Ley de Fick, en este caso para la dirección en z. El Flux Molar NA se expresa de la siguiente manera:


Consideremos un sistema de difusión como en la figura no. 2. El líquido A se está evaporando en el seno del gas B. La concentraciónde la fase gaseosa, expresada en fracción molar, exactamente en la interfase líquido-gas es xA1. Eso quiere decir que xA1 es la relación entre la presión de vapor de A y la presión total, suponiendo que A y B forman una mezcla gaseosa ideal. Finalmente se supone que la solubilidad de B en el líquido A es despreciable. Por la parte superior del tubo circula lentamente una corriente de mezclagaseosa A-B cuya concentración es xA2, de forma que la fracción molar de A en la parte superior de la columna permanece constante e igual a xA2. Se supone que todo el sistema se mantiene a presión y temperatura constante y que los gases A y B se comportan como ideales. Cuando el sistema alcanza el estado estacionario, existe un movimiento neto de A alejándose de la superficie de evaporación, mientrasque para el vapor de B se tiene que NBz=0. Por lo tanto, puede utilizarse NAz correspondiente a la Ecuación (2). Despejándose a NAz:

Aplicando un balance de materia en estado estacionario a un incremento de altura ∆z, se llega a: Si bien los perfiles de concentración son útiles para describir los procesos de difusión, lo que generalmente interesa en los cálculos ingenieriles es la concentraciónmedia o la densidad de flujo de materia en una superficie. Por ejemplo, la concentración media de B comprendida entre z1 y z2 es:

Es decir que el valor medio de xB es la media logarítmica de los valores extremos. La velocidad de transferencia de materia en la interfase líquido-gas, es decir la velocidad de evaporación, se obtiene utilizando la ecuación (3):

Las ecuaciones (5) y (6) puedencombinarse para obtenerse otra expresión de velocidad de transferencia de materia:



Podemos reordenar la ecuación (7), haciendo las siguientes restricciones:  Usando un sistema unidimensional (en la dirección z).  La fuerza motriz característica de concentración sea CA la cual es la concentración en la interfase.  Las fracciones molares para la especie B sean reemplazados en términos de...