UNIVERSIDAD DE GUANAJUATO DIVISION DE CIENCIAS NATURALES Y EXACTAS DEPARTAMENTO DE INGENIERIA QUIMICA
REPORTE DE PRÁCTICA DIFUSIVIDAD LIQUIDO-LIQUIDO
López Esquivel Sharon Stephanie Martínez Molina Alexis Zamudio Granados Cesar Abel LABORATORIO DE INGENIERIA QUIMICA II
FUNDAMENTO
Características de la difusividad en líquidos • No existe para líquidos una teoría cinética • Las difusividades en líquidos son cinco órdenes de Magnitud inferiores a las de los gases. • Dependen de la concentración. • En cambio, los flujos difusivos en los gases son sólo del or den de cien veces superiores que en los
líquidos, (la concentración molar en los líquidos es unos tres órdenes de magnitud mayor). • La difusión el líquido puede ser: – Difusión como moléculas, – Difusión como iones (se ionizan) • Hay que distinguir claramente entre difusividad de electrolitos y no electrolitos (correlaciones
diferentes). La teoría de la difusión en líquidos no se encuentra tan desarrollada o bien los datos nos son tan abundantes como en el caso de los gases. Las difusividades en los líquidos son generalmente de 4 a 5 órdenes de magnitud más pequeños que los de los gases a presión atmosférica. La difusión en los líquidos ocurre por el movimiento aleatorio de las moléculas, pero la distancia promedio desarrollada 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. Como resultado, las difusividades de los líquidos son generalmente de órdenes de 4 a 5 veces menores de magnitud que las de los gases a presión atmosférica. Sin embargo, debido a las mayores densidades de los líquidos, los flujos para un determinado gradiente de fracción mol en un líquido o en un gas pueden ser casi los mismos. Las difusividades para grandes 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 moviéndose en un fluido continuo.
Donde k es la constante de Boltzman, 1.38 x 1023 J/K Una forma conveniente de la ecuación es
Donde: Dv = difusividad, cm2/s T = temperatura absoluta, K r0 = radio molecular, cm m = viscosidad, cP Para solutos de peso molecular pequeño a moderado (M<400) la difusividad en los líquidos es mayor que la calculada por la ecuación anterior, porque el arrastre es menor que el predicho para un fluido continuo. La difusividad varía más o menos de manera proporcional al volumen molar elevado a la potencia de -0.6 en lugar de la potencia de -1/3 derivada de la ecuación de Stokes –
Einstein. Una correlación ampliamente usada para la difusividad de pequeñas moléculas en líquidos es la ecuación de Wilke – Chang:
Donde: f B = parámetro de asociación para el disolvente VA = volumen molar del soluto como líquido en su punto de ebullición normal MB = Peso molecular del disolvente Ésta ecuación es válida para bajas concentraciones de soluto y no se aplica cuando la solución ha sido espesada por la adición de polímeros de alto peso molecular. Para soluciones acuosas no electrolíticas diluidas se puede usar una ecuación más sencilla: MATERIALES
Flexómetro Cronometro Vaso de precipitados Propipeta Pipeta Agitador de vidrio
SUSTANCIAS
Cristal violeta Agua destilada Alcohol etílico
DISPOSITIVO
PROCEDIMIENTO
limpiar lo mejor posible el sistema que se nos muestra.
Introducir por un lado agua verificando que nom queden burbujas
saber manipular la valvula para concocer entradas y salidas del fluiido.
Calcular las difusividades
Abrir la valvula y medir el tiempo en que tarda en llegar el color a cada punto.
En el otro orificio introducir violeta verificando no dejar burbujas
MEDICIONES Distancia
Tiempo
cm 3 6 9 12 15 18 21 24
min 2 5 9 14 19 25 32 39
m
seg 31 51 33 0 1 8 26 35
Con temperatura = 19°C=292.15 K Viscosidad del cristal violeta: 0.091 CALCULOS D AB
1.05 10
9
T v
1/ 3
Y sabiendo v=distancia/tiempo
mil 39 85 25 3 2 60 38 12
Tiempo total seg 151.39 351.85 573.25 840.03 1141.2 1508.60 1946.38 2375.12
Velocidad 2500 2000 s o 1500 p m e i t 1000
500 0 0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
Distancia m
Con el cálculo de la difusividad 151.39 8.0441E-09 351.85 7.6512E-09 573.25 7.4433E-09 840.03 7.2127E-09 1141.02 7.0153E-09 1508.6 6.7925E-09 1946.38 6.5685E-09 2375.12 6.4264E-09
Difusividad vs tiempo 9E-09 8E-09 s 7E-09 / 2 6E-09 m d 5E-09 a d i 4E-09 v i s u 3E-09 f i D2E-09 1E-09 0 0
500
1000
1500
Tiempo s
2000
2500
Sharon Stephanie López Esquivel En ésta práctica pudimos observar la transferencia de masa por difusión en líquidos. Pudimos apreciar que en un principio, la difusión comenzó relativamente rápida, debido a que en el inicio, la presión ejercida por la vía vertical participó como fuerza impulsora, pero después de un muy breve periodo de tiempo, la difusividad se comenzó a hacer más lenta y relativamente constante, ya que en ese momento, la difusión sólo se llevó a cabo por la fuerza impulsora de la diferencia de densidades. Pudimos observar claramente la difusión de un líquido en otro y determinar la difusividad de la tinta. Alexis Martínez Molina Se logró el objetivo de la practica el cual era determinar la difusividad liquido-liquido, la cual como se menciona en la bibliografía no está muy bien desarrollada como lo es la de los gases, utilizamos la ecuación más común(Ec. De Stoke-Eistein) , los resultados experimentales se realizaron todos a temperatura constante, por lo cual las difusividades obtenidas fueron casi iguales y entran en el rango de difusividades teóricas reportadas en la bibliografía.
Cesar Abel Zamudio Granados Es posible hacer una aproximación del flux de tinta a través de la solución de violeta de metilo en base a los cálculos realizados, aunque al hacerlo de este modo se introduce mucho error debido a que no se involucra la difusividad, sin embargo, a pesar de considerar como cero la concentración final (lejos del inicio de cada punto) de referencia, sería muy difícil determinar la concentración final, por lo que optamos por determinar el flux de esta manera.
Bibliografía
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Mc Cabe, W.L.; J.C. Smith y P. Harriot. Operaciones Unitarias en Ingeniería Química. Séptima edición. Editorial McGaw-Hill / Interamericana Editores. México, 2007 Geankoplis, C.J. Procesos de transporte y principios de procesos de separación. Cuarta edición. Grupo editorial Patria. México, 2009.
