Determinación de la difusividad de gases en un sistema binario
Páginas: 21 (5236 palabras)
Publicado: 27 de octubre de 2013
Índice
Contenido
Resumen
El experimento fue realizado el día 23 de Septiembre de 2013 en el Laboratorio de Fenómenos de Transporte ubicado en el segundo piso del LOPU (Laboratorio de operaciones y procesos unitarios) del departamento de Ingeniería Química de la Universidad de Santiago de Chile. Se midió la difusividad de una mezcla de gases binaria de CO2 y N2. Unos de losobjetivos analizados fue determinar los perfiles de concentración del compuesto CO2 en N2, en función del tiempo para la celda inferior y superior, los cuales fueron: y = 0,0039x 0,5997, con un índice de correlación de 0,9795 para la celda superior e y = 3,1939x-0,193 para la celda inferior con un índice de correlación de 0,6684.
La celda superior fue llenada con dióxido de carbono y la celdainferior con nitrógeno, de ambas se obtuvieron las fracciones molares de dióxido de carbono cuando el tiempo de difusión fue completado, este mismo procedimiento se efectuó para tiempos de 10, 15, 20, 35, 40, 50 y 60 minutos. La fracción molar fue determinada mediante una muestra obtenida a partir de un globo, el cual se llenó con aproximadamente un litro de la mezcla CO2-N2 de cada una de las celdas,la muestra fue extraída con una jeringa y posteriormente sometida a análisis en el Laboratorio de la Facultad de Química y Biología, para obtener de ésta la fracción molar de CO2.
Por otro lado el Volumen de gas remanente en el globo fue cuantificado en una probeta llena de agua, la cual en posición invertida y en un lavatorio repleto de agua, permitió determinar el volumen de gas en elglobo, datos que combinados permitieron determinar la fracción molar de CO2 en la celda de Loschmidt y con ello la difusividad asociada a cada tiempo de experimentación para cada celda, donde finalmente se obtuvo un promedio de las dos celdas. Obteniéndose una difusividad experimental promedio de 0,167730 [cm2s-1], el cual arrojo un error porcentual aproximado de 0,2 %.
Al Medir las fraccionesmolares en función del tiempo, se observó una gran desviación de la idealidad lo que se puede deber a muchos factores, como por ejemplo; el mal aislamiento de las celdas (fuga de gas) y presión dentro de las celdas. Es por esto, que se utilizó un análisis estadístico (GPN) para la eliminar datos que escapaban del comportamiento esperado.
Finalmente se logró obtener el instante donde se alcanza elestado estacionario, en el cual ambos componentes poseen una concentración de equilibrio, esta se consiguió tras 78,87 minutos de difusión en la celda, llegando así al estado estacionario. Es importante el cuidado, la responsabilidad y el trabajo en equipo en la realización de este experimento.
1 Objetivos
1.1 Determinar la difusividad en gases en un sistema binario formado por nitrógeno (N2)y dióxido de carbono (CO2).
1.2 Comparar los valores de difusividad obtenida en la experiencia con los reportados por la bibliografía.
1.3 Obtener una relación funcional de la concentración de dióxido de carbono (CO2) en la celda en función del tiempo y predecir el tiempo en que las fracciones en ambas celdas sean iguales.
2 Teoría
La transferencia de masavaría la composición a nivel molecular de una solución o mezcla gaseosa entre un punto de referencia y otro. Este fenómeno es conocido como difusividad y corresponde al viaje de uno o más componentes a través de otros ocasionados por una diferencia de concentraciones cuando se ponen en contacto dos fases que se encuentran estancadas o en régimen laminar. La rapidez con la cual se transfiere uncomponente en una mezcla o solución dependerá principalmente del gradiente de concentración que existe en un punto y en una dirección dada. Este mecanismo de transferencia de masa se rige por la primera ley de Fick para un sistema isobárico e isotérmico, es decir, a presión y temperatura constante.
2.1 Ley de Fick de la Difusión
La ecuación que describe el proceso de transporte molecular de...
Contenido
Resumen
El experimento fue realizado el día 23 de Septiembre de 2013 en el Laboratorio de Fenómenos de Transporte ubicado en el segundo piso del LOPU (Laboratorio de operaciones y procesos unitarios) del departamento de Ingeniería Química de la Universidad de Santiago de Chile. Se midió la difusividad de una mezcla de gases binaria de CO2 y N2. Unos de losobjetivos analizados fue determinar los perfiles de concentración del compuesto CO2 en N2, en función del tiempo para la celda inferior y superior, los cuales fueron: y = 0,0039x 0,5997, con un índice de correlación de 0,9795 para la celda superior e y = 3,1939x-0,193 para la celda inferior con un índice de correlación de 0,6684.
La celda superior fue llenada con dióxido de carbono y la celdainferior con nitrógeno, de ambas se obtuvieron las fracciones molares de dióxido de carbono cuando el tiempo de difusión fue completado, este mismo procedimiento se efectuó para tiempos de 10, 15, 20, 35, 40, 50 y 60 minutos. La fracción molar fue determinada mediante una muestra obtenida a partir de un globo, el cual se llenó con aproximadamente un litro de la mezcla CO2-N2 de cada una de las celdas,la muestra fue extraída con una jeringa y posteriormente sometida a análisis en el Laboratorio de la Facultad de Química y Biología, para obtener de ésta la fracción molar de CO2.
Por otro lado el Volumen de gas remanente en el globo fue cuantificado en una probeta llena de agua, la cual en posición invertida y en un lavatorio repleto de agua, permitió determinar el volumen de gas en elglobo, datos que combinados permitieron determinar la fracción molar de CO2 en la celda de Loschmidt y con ello la difusividad asociada a cada tiempo de experimentación para cada celda, donde finalmente se obtuvo un promedio de las dos celdas. Obteniéndose una difusividad experimental promedio de 0,167730 [cm2s-1], el cual arrojo un error porcentual aproximado de 0,2 %.
Al Medir las fraccionesmolares en función del tiempo, se observó una gran desviación de la idealidad lo que se puede deber a muchos factores, como por ejemplo; el mal aislamiento de las celdas (fuga de gas) y presión dentro de las celdas. Es por esto, que se utilizó un análisis estadístico (GPN) para la eliminar datos que escapaban del comportamiento esperado.
Finalmente se logró obtener el instante donde se alcanza elestado estacionario, en el cual ambos componentes poseen una concentración de equilibrio, esta se consiguió tras 78,87 minutos de difusión en la celda, llegando así al estado estacionario. Es importante el cuidado, la responsabilidad y el trabajo en equipo en la realización de este experimento.
1 Objetivos
1.1 Determinar la difusividad en gases en un sistema binario formado por nitrógeno (N2)y dióxido de carbono (CO2).
1.2 Comparar los valores de difusividad obtenida en la experiencia con los reportados por la bibliografía.
1.3 Obtener una relación funcional de la concentración de dióxido de carbono (CO2) en la celda en función del tiempo y predecir el tiempo en que las fracciones en ambas celdas sean iguales.
2 Teoría
La transferencia de masavaría la composición a nivel molecular de una solución o mezcla gaseosa entre un punto de referencia y otro. Este fenómeno es conocido como difusividad y corresponde al viaje de uno o más componentes a través de otros ocasionados por una diferencia de concentraciones cuando se ponen en contacto dos fases que se encuentran estancadas o en régimen laminar. La rapidez con la cual se transfiere uncomponente en una mezcla o solución dependerá principalmente del gradiente de concentración que existe en un punto y en una dirección dada. Este mecanismo de transferencia de masa se rige por la primera ley de Fick para un sistema isobárico e isotérmico, es decir, a presión y temperatura constante.
2.1 Ley de Fick de la Difusión
La ecuación que describe el proceso de transporte molecular de...
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