Difusividad

LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS III GUÍA PRÁCTICA DE DIFUSIVIDAD Agosto de 2000 OBJETIVOS • Determinar el valor de la difusividad de una sustancia en aire a temperatura ambiente. • Comparar el valor de la difusividad reportado en la literatura o calculado por los diferentes métodos con el obtenido en la práctica. • Conocer y Analizar el funcionamiento del equipo, con base a los resultadosobtenidos. MARCO TEÓRICO Cuando un sistema contiene dos o más componentes cuyas concentraciones varían de punto a punto, hay una gran tendencia a la transferencia de masa, minimizando las diferencias de concentración en el sistema. El transporte de un constituyente, de una región de alta concentración a una de concentración baja, se denomina transferencia de masa. El mecanismo de transferencia demasa, así como el de transferencia de calor, dependen del sistema dinámico en que tiene lugar. La masa se puede transferir por movimiento molecular en fluidos en reposo, o bien puede transferirse desde una superficie contenida en el seno de fluido que se mueve, ayudada por las características dinámicas de flujo, esto es el movimiento forzado de grandes grupos de moléculas. La difusión molecular esel viaje de uno o más componentes a través de otros ocasionados por una diferencia de concentraciones o de potencial químico cuando se ponen ene contacto dos fases inmiscibles, que se encuentran estancadas o en régimen laminar.. La rapidez con la cual se transfiere un componente en una mezcla de penderá del gradiente de concentración existente en un punto y en una dirección dados. Su movimientoestá descrito por el flux , el cual está relacionado con la difusividad por medio de la Primera Ley de Fick para un sistema isobárico e isotérmico. Primera Ley de Fick. Las leyes de transferencia de masa, muestran la relación entre el flujo de sustancia que se difunde y el gradiente de concentración responsable de dicha transferencia. La relación básica para difusión molecular, define el flux molarrelativo a la velocidad molar promedio, el cual se designa por JA. Una relación empírica para este flux molar, postulada por Fick, define la difusión del componente A en un sistema isobárico o isotérmico, así: JAz = − DAB dCA/dz (1) Para difusión en la dirección z, donde JA es el flux molar en la dirección z relativa a la velocidad molar promedio, dCA/dz es el gradiente de concentración de A en ladirección z y DAB es un factor de proporcionalidad, conocido como difusividad másica o coeficiente de difusión del componente A en el componente B, el signo negativo hace hincapié que la difusión ocurre en el sentido de decremento en concentración. 1

Una relación de flujo más general, que no es restringida a sistemas isobáricos e isotérmicos, conocida como Ley de Groot, es la siguiente: JAz = −c DAB dyA/dz (2) Donde c es la concentración global de la mezcla y yA es la fracción molar de A . Difusividad o Coeficiente de Difusión. La difusividad, se define como el factor de proporcionalidad de la ecuación de Fick sus dimensiones se obtienen de la ecuación (1), así: DAB = − JAz / (dCA/dz) = (M/ L2t) / (M/L3 * 1/L )= L2/t (3) Donde M son unidades de masa, L de longitud y t unidades detiempo. La difusividad másica es una propiedad del sistema que depende de la temperatura, de la presión y de la naturaleza de los componentes. En la literatura se reporta diferentes métodos analíticos para el cálculo de la difusividad, cada una con algunas limitaciones, coincidiendo generalmente en que la difusividad varía directamente con la temperatura, elevada a los tres medios e inversamenteproporcional con la presión, así: DAB P2 T2 = DAB P1 T1 (T2/T1)3/2 *(P1/P2) (4) Difusión a través de una película de gas estancado. Fundamentos de la celda de Arnold. Estado estable. El coeficiente de difusión, para un sistema gaseoso, puede ser medido experimentalmente en una celda de difusión. Consta de un tubo angosto parcialmente lleno con líquido puro A, (figura 1), el cual se mantiene a...