DIFUSION MOLECULAR I.
Obje Ob jeti tivo vos s Determinar el valor de la difusividad en aire a temperatura constante Comparar el valor reportado en la literatura con los diferentes métodos
II.
Fundament Fundam ento o teórico teór ico
Los fenómenos de transporte tienen lugar en los procesos, conocidos como de transferencia, en los cuales se establece el movimiento de una propiedad (masa, momento o energía) en una o varias direcciones bajo la acción de una fuerza impulsora. l movimiento de una propiedad se le llama !ujo La transferencia de masa por difusión molecular es el tr"nsito de la misma como resultado de una diferencia de concentración en una mezcla. Luego de aclaradas muc#as dudas se puede proseguir con los numerosos ejemplos cotidianos de transporte de materia, como$ la difusión de #umo % otros contaminantes en la atmósfera& la transferencia de soluto entre las fases de un absorbedor de gas, un e'tractor o en una torre de enfriamiento& la mezcla del azcar en un pocillo de tinto& el secado de la ropa (difusión del vapor de agua en el aire)& el intercambio de o'ígenogas carbónico en los pulmones. La difusión molecular es el movimiento de las moléculas de los componentes de una mezcla producida por la diferencia de concentración e'istente en el sistema. La difusión de las moléculas se produce en la dirección necesaria para eliminar el gradiente de concentración. *i se mantiene el gradiente a+adiendo continuamente material nuevo a la región de la alta concentración % elimin"ndolo de la región de baja concentración, la difusión ser" continua. llo se presenta a menudo en las operaciones de transferencia de materia % en sistemas de reacción. -or ejemplo un cristal de permanganato de potasio en un vaso con agua. Las moléculas disueltas del cristal difunden lentamente desde la región de alta concentración en el fondo, tendiendo a convertir uniformemente la concentración (-roporcional a la intensidad del color) con el tiempo. ste tipo de difusión se debe al movimiento err"tico de las moléculas % se la denomina difusión molecular.
l transporte molecular resulta de la transferencia de moléculas individuales a través de un !uido por medio de los movimientos desordenados de las moléculas debido a su energía interna. -odemos imaginar a las moléculas desplaz"ndose en líneas rectas con una velocidad uniforme % cambiando su dirección al rebotar con otras moléculas después de c#ocar. ntonces su velocidad cambia tanto en magnitud como en dirección.
Diarama es!uem"tico de# $roceso de di%usión mo#ecu#ar l mecanismo real del transporte diere en gran medida entre gases, lí/uidos % sólidos, debido a las diferencias sustanciales /ue #a% en la estructura molecular de estos 0 estados físicos.
•
&ases' los gases contienen relativamente pocas moléculas por unidad de volumen. Cada molécula tiene pocas vecinas o cercanas con las cuales pueda interactuar % las fuerzas moleculares son relativamente débiles& las moléculas de un gas tienen la libertad de moverse a distancias considerables antes de tener colisiones con otras moléculas. l comportamiento ideal de los gases es e'plicado por la teoría cinética de los gases
•
L(!uidos$ los lí/uidos contienen una concentración de moléculas ma%or por unidad de volumen, de manera /ue cada molécula tiene varias vecinas con las cuales puede interactuar % las fuerzas intermoleculares son ma%ores. Como resultado, el movimiento molecular se restringe m"s en un lí/uido. La migración de moléculas desde una región #acia otra ocurre pero a una velocidad menor /ue en el caso de
los gases. Las moléculas de un lí/uido vibran de un lado a otro, sufriendo con frecuencia colisiones con las moléculas vecinas.
Só#idos' n los sólidos, las moléculas se encuentran m"s unidas
•
/ue en los lí/uidos& el movimiento molecular tiene ma%ores restricciones. n muc#os sólidos, las fuerzas intermoleculares son sucientemente grandes para mantener a las moléculas en una distribución ja /ue se conoce como red cristalina
1ransporte molecular l transporte molecular es comnmente estudiado a través del concepto de densidad de !ujo (!u'). La densidad de !ujo, , es la cantidad de la propiedad e'tensiva, , /ue se mueve a través de una unidad de "rea por unidad de tiempo$
Donde$ •
•
•
es una constante de proporcionalidad /ue recibe el nombre genérico de difusividad. es la dirección de transporte.
se le conoce genéricamente como fuerza impulsora.
*e pueden observar tres casos especiales de transporte molecular correspondientes al transporte de momento, energía % materia.
Le) de Ne*ton de #a viscosidad
Le) de Fourier
La rapidez del !ujo de calor por unidad de "rea es directamente proporcional al gradiente negativo de la temperatura$
sta ecuación es la forma unidimensional de la 2Le% de la Conducción de Calor2 *in embargo si se utiliza la cantidad conocida como la difusividad térmica entonces el término
es despejado de la siguiente relación$
-or lo /ue al sustituir en la ecuación de 3ourier obtenemos $
Donde$ es la Difusividad 1érmica es la Densidad es la Capacidad Caloríca a presión constante
+rimera #e) de Fic, La rapidez del !ujo de la especie por unidad de "rea es directamente proporcional al gradiente negativo de la concentración de $
Com$aración de #os %enómenos de di%usión
4a% notables similitudes en la ecuación de momento, energía % transferencia de masa. 5 los cuales pueden ser transportados por difusión, como se ejemplica a continuación$ 6asa$ disipación de olores en el aire es un ejemplo de difusión de masa.
•
nergía$ conducción de calor en un material sólido, es un ejemplo de difusión de calor
•
6omento$ la e'periencia de la lluvia, cuando cae en la atmósfera, es un ejemplo de difusión (la gota de lluvia pierde 2momento2 al estar rodeada de aire % caer, por lo /ue se desacelera).
•
Las ecuaciones de transferencia o transporte neto de cantidad de movimiento (Le%es de 7e8ton), transferencia de calor (Le%es de 3ourier) % transferencia de masa (Le%es de 3ic9), son mu% similares. s posible convertir desde un coeciente de transferencia a otro % comparar los distintos fenómenos de transporte.
-RANS+OR-E
FENMENO F/SICO
6omento
:iscosidad
Le%es de 7e8ton
nergía
Calor
Le%es de 3ourier
6asa
Difusión
Le%es de 3ic9
III.
ECUACIN
E0UI+O 1 MA-ERIALES' MA-ERIAL DE ES-UDIO' E-ANOL
FRMULA
El compuesto químico etanol, conocido como alcohol etílico,
es
un alcohol que
se
presenta
condiciones
en
normales
depresión y temperatura como
un
líquido
incoloro e inflamable con un punto de ebullición de 78,4 °C. Meclable
con a!ua en
cualquier
proporción" a la concentración de #$ % en peso se forma una mecla aeotrópica. &u fórmula química es C'()C'*)+' C*'-+, principal producto de las bebidas alcohólicas como el /ino alrededor
de
un
0( %,
la cer/ea $ %,
los licores hasta un $1 % o los a!uardientes hasta un 71 %.
DESCRI+CION DEL MDULO'
Z= z2-z1
AIRE
ETANOL
;tilizaremos un tubo de ensa%o el cual llenamos con un lí/uido vol"til (17
I2.
+ROCEDIMIEN-O E3+ERIMEN-AL'
2.
RESUL-ADOS' ;tilizando *L11=> ? @A=D 1
b
(
D AB= a∗T rAB∗ PCA∗ PCB
9
1
1
1
) ∗( T ∗T ) ¿( M + M ) 3
12
CA
2
CB
A
B
1enemos$ aB .E'5FGE mol bB 5.M0
1cBE5HC B I5E J
1C@B 50.E J
-CB K0 atm B EMMF mm4g -C@B 0. atm B M mm4g
6B EK.F g
6@B N gmol
