Transferencia de oxigeno


Informe experiencia n4: Transferencia de Oxigeno
Laboratorio de Ingeniería Química







Resumen

Indice




Introducción
Introducción y Antecedentes
El presente informe trata acerca del experimento n° 4 del curso Laboratorio de Ingeniería Química. Esta experiencia es acerca del proceso de absorción de oxígeno, es decir, de la transferencia de masa de oxígeno gaseoso a unmedio acuoso. El proceso de transferencia de oxígeno es esencial para garantizar la respiración de microorganismos presentes en procesos biotecnológicos como fermentaciones, tratamientos de aguas residuales, lagunas aireadas y digestiones aeróbicas.
El fundamento detrás de la transferencia de oxígeno es la transferencia de masa entre las fases gas y líquido. La ley de Fick describe la tasa demovimiento de las moléculas que van de una fase a otra. Esta ley describe el fenómeno difusivo. La tasa de movimiento de las moléculas será directamente proporcional al gradiente de concentración de la especie en estudio (oxígeno), entre las fases donde se produce el movimiento.


Figura 1: Diagrama de transferencia de masa.
Específicamente, para el caso de este experimento, se estudiará elfenómeno convectivo de la transferencia de masa. Este fenómeno corresponde a la absorbancia y a la desorción del oxígeno gaseoso. A continuación, se presentan las ecuaciones que los modelan:


Si el sistema se encuentra en estado estacionario, se alcanzaría , es decir, la concentración mínima de oxígeno que la solución podría tener.
Dado que el propósito de este trabajo es encontrar el coeficientede transferencia de oxígeno () para los casos posteriormente descritos, se requiere señalar de que parámetros depende este coeficiente. Las constantes de transferencia de masa suelen depender de: la concentración de la solución, velocidad de agitación, temperatura y presión del sistema, burbujas formadas por el gas en movimiento y las sales presentes en la solución.
Otro elemento importante usadodurante el laboratorio es el electrodo de oxígeno disuelto. Este electrodo está conectado a un amplificador de señal, y éste a su vez, a un sistema automático de registro de datos. Este aparato consiste en una celda de dos electrodos, una membrana permeable al oxígeno y un electrolito1. Los electrodos son un ánodo de plata y un cátodo de algún metal noble que, por lo general, es platino. Ambosunidos por un electrolito que contiene cloruro de potasio (KCl). El oxígeno de la solución a medir difunde a través de la membrana permeable, produciéndose las siguientes reacciones químicas en los electrodos:


Estas reacciones generan una corriente eléctrica, la cual entrega una señal que luego será amplificada. Esto es la base de la medida de la concentración de oxígeno en una solución. Existendos tipos de sensores para estos electrodos:
Polarográfico: Es el que se va a usar en esta oportunidad. Se le aplica un voltaje para efectuar la medida.
Galvánico: La propia celda genera el voltaje necesario para efectuar la medida.

Figura 2: Electrodo de oxígeno disuelto.
Por último, se entrega una breve descripción de los distintos reactores a usar en esta experiencia:
1. Reactor tipo‘Airlift’: Estos reactores toman ventaja de la inyección de gas, para mezclar los componentes y transferir gas a la fase líquida. Su diseño permiten que el líquido circule entre sus dos zonas interconectadas: zona elevada y de descenso. Esto ocurre por el gradiente de densidad de la solución entre las dos zonas, provocado por la inyección del gas2.

2. Reactor Agitado: Estos reactores trabajan enestado estacionario, es decir, sus propiedades no varían con el tiempo. En general, se supone un mezclado perfecto para este tipo de reactor. Dado que en la práctica no es así, se considera un mezclado de alta eficiencia para el sistema.

Figura 3: Reactor Agitado y Reactor tipo ‘Airlift’, respectivamente.





Objetivo y Alcance de las Experiencia
Esta experiencia tiene como...