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ESTIMACIÓN DE LA DIFUSIVIDAD PARA SISTEMAS BINARIOS GASEOSOS Y LÍQUIDOS.
OBJETIVO ▪
Conocer la definición de difusión y la predicción de la misma para sistemas binarios gaseosos y líquidos .
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DIFUSIÓN ▪ Difusión
se define como el movimiento neto de
las moléculas en el seno de un fluido (líquido o gas) desde las zonas en las que se encuentran en mayor concentración hacia aquellas en las que su concentración es menor.
VARIACIONES ▪ La
difusión en los líquidos ocurre
por el movimiento aleatorio de las moléculas,
pero
la
promedio
desarrollada
distancia entre
colisiones es menor que el diámetro molecular, en contraste con los gases, en los cuales la trayectoria libre media es de mayores órdenes de magnitud que el tamaño de las moléculas.
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CAUSA ▪
La causa más frecuente de difusión es un gradiente de concentración del componente
que
difunde.
Un
gradiente de concentración tiende a mover dirección
el
componente tal
que
en
una
iguale
las
concentraciones y anule el gradiente.
PREDICCIÓN DE DIFUSIVIDADES
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DIFUSIÓN EN GASES ▪
Una sencilla teoría para los gases muestra que
Du es
proporcional al producto de la
velocidad molecular media ū y la trayectoria libre media λ .
≡
1 3
ū
Una aproximación más rigurosa basada en una teoría cinética moderna tiene en cuenta los diferentes tamaños y velocidades de las moléculas y las interacciones mutuas en tanto se aproximan unas a otras.
▪
Usando el potencial de Leonard-Jones (6-12)21a con parámetros y conduce a la siguiente ecuación para la difusión binaria. La ecuación se conoce como la ecuación de Chapman-Enskog.
=
0.001858 / +
/
= difusividad, cm2/s T
= temperatura, K
M , M = pesos moleculares de los componentes A y B P
= presión, atm
= ( + )/2 = diámetro de colisión efectiva, Å Ω = colisión integral = k
= constante de Boltzmann
= constante de fuerza de Lennard-Jones para gases comunes =
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DIFUSIÓN EN LÍQUIDOS ▪ Las
difusividades en los líquidos son generalmente de 4 a 5 órdenes de magnitud
más pequeños que las de los gases a presión atmosférica. Las difusividades para grandesDonde: moléculas esféricas en soluciones diluidas se pueden predecir a partir de la ecuación de Stokes-Einstein, que se derivó al considerar el arrastre sobre una esfera 2/s = difusividad, cm moviéndose en un fluido continuo.
T
= temperatura absoluta, K D_u=kT/(6πr_o μ) = radio molecular, cm
Donde = viscosidad, cP k es la constante de Boltzmann, 1.380x1023 J/K.
▪
Una correlación ampliamente usada para la difusividad de pequeñas moléculas en líquidos es la ecuación empírica de W ilke-Chang. −
= 7.4 10
/
.
Donde: = difusividad, cm2/s T = temperatura absoluta, K = viscosidad de la solucion, cP = volumen molar del soluto como liquido en su punto de ebullicion normal, cm3/g mol = parametro de asociacion para el disolvente = peso molecular del disolvente
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CONCLUSIÓN La difusividad de los líquidos puede variar bastante con la concentración; cuando no se indica ésta hay que suponer que la difusividad está dada para disoluciones diluidas del soluto A en el disolvente B.
REFERENCIAS
EQUIPO 3
Masciarelli, R., & Stancich, S. (15 de 09 de 2017). Universidad Tecnologica
Agama Torres Rey Miguel
Nacional. Obtenido de Facultad Regional Rosario: https://www.frro.utn.edu.ar/repositorio/catedras/quimica/4_anio/ingenieria_re
Ayala Guzmán Diana Gabriela Espinosa López Haidee Martínez Velázquez Karla Verónica
aciones/Transferencia_de_Materia.pdf
McCabe, W. L., Smith, J. C., & Harriott, P. (2007). Operaciones Unitarias en Ingeniería Química. México: McGraw-Hill Interamericana.
Treybal, R. (1998). Operaciones de transferencia de masa. México: McGrawHill. Obtenido de https://laboratoriodeoperacionesunitarias2.files.wordpress.com/2009/10/det erminacion-de-la-difusividad-masica.pdf
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