UNIVERSIDAD NACIONAL FEDERICO VILLAREAL FACULTAD DE OCEANOGRAFIA PESQUERIA Y CIENCIAS ALIMENTARIAS ALIMENTARIAS ESCUELA DE INGENIERIA ALIMENTARIA
CURSO: INGENIERIA DE LOS ALIMENTOS II PRACTICA N° 2. DIFUSIÓN DEL NAFTALENO NAFTALENO – AIRE AIRE INTEGRANTES:
1. 2. 3. 4.
CHIPANA CHIPANA ROJAS, JESUS CARHUALLANQUI CARHUARICRA, YESENIA PAMPAMALLCO MAMANI , LUZ FERNANDEZ CUSICAHUA, CARMEN.
DOCENTE: ING. DAVILA SOLAR LUIS -
RESUMEN
En la experiencia realizada se observó el cambio de fase de la naftaleno de la fase sólida a la fase gaseosa en el caso al colocarlos al medio ambiente aproximadamente de 22° a 26°, y dependiendo la temperatura en la cual se las coloque en el caso se colocarlos a temperatura ambiente el flujo será más lento si lo colocamos a una estufa con 6°!" #ara el proceso de sublimación el naftaleno absorbe calor $calor ganado% y para el proceso de solidificación libera calor $calor perdido%" &urante el tiempo de experimentación se realizaron la toma de datos y 'acer los cálculos de resultados se realizaron gráficos de difusión del naftaleno para medio ambiente como para lo de la estufa para ver cómo se da el flujo de transporte se solido a gas $sublimación directa%
Paa!"a# $a%&#: naftaleno, sublimación, transporte
INTRODUCCIÓN: (os coeficientes de transferencia de calor por convección generalmente son determinados a trav)s de experimentos que envuelven el uso de complejos instrumentos y mediciones dif*ciles" +n m)todo alternativo para obtener el coeficiente de transferencia de calor por convección, o en general estudiar procesos donde existe transferencia de calor, es conducir los experimentos a trav)s de la transferencia de masa" (os m)todos de medición basados en la transferencia de masa en general reportan menores *ndices de incertidumbre y son relativamente más simples para el montaje y para el control de los parámetros del experimento" El fundamento para poder ejecutar los estudios en el campo de la transferencia de masa y transformar los resultados al dominio de la transferencia de calor es la llamada analog*a calormasa" En este trabajo se pretende mostrar las consideraciones básicas para el establecimiento de la analog*a entre la transferencia de calor y la transferencia de masa en su campo de validez a trav)s del flujo de transporte para nuestra muestra naftaleno"
O'JETIVOS:
o o
o
&eterminación de la difusión del naftaleno a temperatura ambiente" &eterminar cómo varia la difusividad del naftaleno con cambio de temperaturas altas" -ealizar gráficos de tiempo y pesos seg.n ensayo"
MARCO TEORICO (a razón de difusión de la masa de una especie /u*mica en un medio estancado y en una dirección especificada es proporcional 0l gradiente local de concentración en esa dirección" Esta relación (ineal entre la razón de difusión y el gradiente de concentración, propuesta por 1ic en 3455, se conoce como &( )& F*$+ )& a )*-#*/ y puede expresarse como 1lujo de masa 7 !onstante de proporcionalidad 7 8radiente de concentración #ero la concentración de una especie en una mezcla de gases o en una solución l*quida o sólida puede definirse de varias maneras como la densidad, la fracción de masa, la concentración molar y la fracción molar, como ya se discutió9 por lo tanto, la ley de 1ic puede expresarse en forma matemática de muc'as maneras" -esulta que lo mejor es expresar el gradiente de concentración en t)rminos de la fracción de masa o molar, y la formulación más apropiada de la ley de Fick para la difusión de una especie A en una mezcla :inaria en reposo de las especies A y B, en una dirección x especificada"
En este caso, j dif, A es el -01 )& a#a 341" )*-#*/5 de la especie A $transferencia de masa por difusión, por unidad de tiempo y por unidad de área normal a la dirección de la transferencia de masa, en g;s < m2% y ¯j dif, A es el -01 M1a" 341" )*-#*/5 $en mol;s < m2%" El flujo de masa de una especie en un lugar es proporcional a la densidad de la mezcla en ese lugar" =ótese que r 7- a 7 r b es la densidad y C 7 CA 7 CB es la concentración molar de la mezcla :inaria9 asimismo, obs)rvese que, en general, pueden variar en toda la extensión &e la mezcla" #or lo tanto, r d $r a;r% 7 d ra o Cd $CA;C % 7 dca" #ero, en el caso especial de densidad constante r de la mezcla o
(a suposición de densidad constante o de concentración molar constante suele ser apropiada para las soluciones sólidas y para las líquidas diluidas, pero, con frecuencia, )ste no es el caso para las mezclas de gases o para las soluciones l*quidas concentradas" -ecu)rdese que la constante de proporcionalidad en la ley de 1ourier se definió como la conductividad térmica de la propiedad de transporte" &e manera análoga, la constante de proporcionalidad en la ley de 1ic se define como otra propiedad de transporte conocida como el $1&*$*&/6& )& )*-#*/ !*/a"*a o )*-#*%*)a) )& a a#a, DAB" (a unidad de la difusividad de masa es m2;s, la cual es la misma que las
unidades de la diusividad térmica o la diusividad de la cantidad de movimiento $tambi)n conocida como viscosidad cinem!tica% Esta relación es .til en la determinación del coeficiente de difusión para gasesa temperaturas y presiones diferentes, a partir de un conocimiento del coeficiente de difusión a una temperatura y presión especificadas" >ambi)n se cuenta con relaciones más generales, pero complicadas, que toman en cuent los efectos de las colisiones moleculares" En la tabla 3?3, se dan los coeficientes de difusión de algunos gases en el aire a la presión de 3 atm, a varias temperaturas" (os coeficientes de difusión de los sólidos y de los l*quidos tambi)n tienden a crecer con la temperatura, ex'ibiendo al mismo tiempo una fuerte dependencia respecto a la composición" El proceso de difusión en los sólidos y los l*quidos es muc'o más complicado que en los gases y, en este caso, los coeficientes de difusión se determinan casi exclusivamente en forma 7. En general, los coeficientes de difusión son los m!s altos en los "ases y los m!s bajos en los sólidos " (os coeficientes de difusión de los gases son mayores que los de los l*quidos en varios órdenes de magnitud" 2. (os coeficientes de difusión se incrementan con la tem#eratura " #or ejemplo, el coeficiente de difusión $y, por lo tanto, la razón de la difusión de masa% del carbono a trav)s del 'ierro, en el transcurso de un proceso de endurecimiento, se incrementa 'asta 6 veces conforme se eleva la temperatura desde 5°! 'asta 3 °!"
0l cambio de fase de solido a liquido de una sustancia se le denomina fusión, la temperatura asociada a este cambio se le denomina punto a fusión" 0l cambio de fase de l*quido a solido se le denomina solidificación, la temperatura asociada a este cambio se denomina punto de solidificación" En estos cambios de estado necesariamente interviene una energ*a de naturaleza t)rmica la cual es absorbida o disipada por el cuerpo" Esta tiene como fin 'acer más activas las mol)culas que se encuentran ligadas por fuerzas atractivas9 o en todo caso a reagruparlas"
En el punto de solidificación coincide con el punto de fusión y durante la solidificación, el calor que fue absorbido en la fusión es liberado"
Estructura detallada del naftaleno
EL NAFTALENO: D&*/*$*/: (a naftalina $nombre no comercial naftaleno fórmula qu*mica !3@4% es un sólido blanco que se volatiliza fácilmente y se produce naturalmente cuando se queman combustibles" >ambi)n se llama alquitr!n blanco y se 'a usado en bolas y escamas para a'uyentar las polillas" /uemar tabaco o madera produce naftalina" >iene un olor tan fuerte que puede resultar desagradable" (a 3metilnaftalina y la 2metilnaftalina son compuestos similares a la naftalina" (a 3metilnaftalina es un l*quido transparente y la 2metilnaftalina es un sólido9 ambos pueden olerse en el aire y en el agua en concentraciones muy bajas" Aublimación es un proceso por el cual una sustancia solida cristalina pasa directamente al estado de vapor sin pasar por el estado l*quido" (as sustancias que presentan esta propiedad pasan directamente sin fundir al estado de vapor como ejemplo se tiene la naftalina, alcanfor, yodo, 'ielo seco etc"
SU'LIMACION El m)todo de la sublimación de naftaleno ofrece resultados con pequeBos valores de incertidumbre, pero para esto es necesario que los valores de las propiedades sean tomados con suficiente exactitud, especialmente de las propiedades básicas densidad del sólido, presión de vapor saturado, coeficiente de difusión en el aire y el n.mero de Ac'midt" El m)todo de sublimación de naftaleno permite mediciones muy precisas y tiene muc'as ventajas para el manejo de condiciones de contorno en comparación con los m)todos de transferencia de calor"
En los seres 'umanos, la exposición a grandes cantidades de naftaleno puede daBar o destruir los glóbulos rojos, causando anemia 'emol*tica Cdisminución del n.mero de glóbulos rojos debido a su destrucciónD
El naftaleno o tambi)n llamado naftalina es un sólido blanco que se evapora fácilmente y se produce naturalmente cuando se queman combustibles, tambi)n cuando se queman combustibles, tambi)n cuando se quema tabaco o madera se produce naftalina" (a exposición a grandes cantidades puede daBar o destruir una porción de los glóbulos rojos" El naftaleno contiene impurezas mezcladas9 no obstante estas no constituyen un problema pues durante el proceso de fusión pueden ser extra*das, lo que afecta poco el resultado de las experiencias"
E8PERIMENTACION: 0>E-F0(EA G E/+F#HA"
#laca #etri" :alanza anal*tica" !ent*metro" Estufa" +EA>-0 0 0=0(FI0-
NAFTALENO #-H!E&FFE=>H
#esar 5 naftalenos" edir los diámetros" (levar diferentes temperaturas" >emperatura ambiente, 23 °! a 25 °! o >emperatura en estufa, 6 °!" o &ar los resultados"
-EA+(>0&HA =01>0(E=H 0 >E#E-0>+-0 0:FE=>E
INICIO: 29;<2;7= FINAL: ;=;>2;7= >abla =° 3 #)rdida de peso del naftaleno a temperatura ambiente $23 °! a 25 °!% en relación del tiempo"
TIEMPO 3*/5 ; 92 7<<
PESO 3?5 3 J"K6K2 J"535K J"J5?3
2 J"465K J"K56? J"56K4
J ?"364? J"456? J"6L4K
? J"KJ54 J"54LJ J"64?L
5 ?"25?2 ?"32J5 ?"3?4
27> 2@@ >; <2 =;< =9> ><@ 92; 9B2 @>< B>
J"345? J"?2J2 2"L65? J"2L4K 2"K64L 2"L45K 2"56K? 2"4?5? 2"J5?K 2"64LK 2"2L4K 2"56?2 3"L4K6 2"?64K 3"K65? 2"24LK 3"54K6 3"L4K5 3"5?43 3"K6?4 3"?2 3"532 8ráfica =° 3 #)rdida de peso del naftaleno a en relación del tiempo"
J"5J2? J"?3K J"3LL4 2"44LK 2"K564 2"65?K 2"?564 2"24LL 2"4K? 3"LL4K 3"L32? temperatura
J"??6K ?"46K J"254L J"L4K6 2"L4LL J"465?K 2"4625 J"652? 2"5K4L J"5J23 2"J5K4 J"?25K 2"2K?3 J"J2?3 2"4LK 2"L4LK 3"L4KL 2"K2? 3"4L6? 2"55?K 3"K523 2"?32 ambiente $23 °! a 25 °!%
PÉRDIDA DE PESO DEL NAFTALENO 1000 800
1 2
600
TIEMPO (mi)
3 400
4 5
200 0 0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
PESO (g)
NAFTALENO A TEMPERATURA DE >; °C INICIO: 29;<2;7= FINAL: 29;<2;7= >abla =° 2 #)rdida de peso del naftaleno a temperatura &E 6 °! en relación del tiempo"
TIEMPO 3*/5 ; = 7; 7= 2; 2= ;
PESO 3?5 3 J"42?3 J"56KL J"?236 J"23? 2"L4K2 2"?256 2"223?
2 ?"L3L ?"35 J"LK43 J"K56? J"5?32 J"23? 2"K5?J
J J"LL53 J"KJ25 J"6325 J"J25? J"323 2"64K? 2"23?
? J"6?5 J"53? J"235? J"335? 2"4LK3 2"624L 2"2543
5 J"5K5K J"?225 J"3J5? J"4?K 2"4K5? 2"5LJ5 3"444K
= <; <= =; == >; >= 9; 9= @;
2"3? 3"K53 3"?256 3"J325 3"2?33 3"23 "L455 "?54L "22?4 "35??
2"?35 3"KK46 3"5?6? 3"J2K4 3"32? 3"32? "LL4J "6?53 "?325 "2624
2"323 3"KL4 3"5K?? 3"J2K4 3"23?? 3"32? 3"25 "L4K5 "5?2J "2LL
2"32? 3"K4L4 3"5?2J 3"?233 3"234L 3"32?5 3"2?4 "J23L "2?53 "3??5
3"65?2 3"?6KL 3"26? 3"3? 3"233 "L5K3 "6235 "J23? "36J2 "L4K
8ráfica =° 2 #)rdida de peso del naftaleno a temperatura ambiente $23 °! a 25 °!% en relación del tiempo"
PÉRDIDA DE PESO DEL NAFTALENO 100 80
1 2
60
TIEMPO (mi)
3 40
4
20
5
0 0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
PESO (g)
DISCUSIONES:
Aeg.n -odriguez M"" $3LL4%
$n el #roceso de sublimación de la %atalina, la tem#eratura inluye en "ran medida, ya que la tasa de transerencia de masa es mayor al #resentarse tem#eraturas altas en el medio de sublimación &se considera una tem#eratura #romedio de '()*+Ccom#arado con tem#eraturas menores, donde el #eriodo de transerencia es muy lar"o) En la práctica sometimos al naftaleno a una temperatura de 3°! en una prueba en blanco por lo que a )sta temperatura su difusibilidad es muy rápida llegando a la sublimación en un tiempo menos de 2? 'oras, esto demuestra lo dic'o por el autor que la difusibilidad del naftaleno depende del factor de la temperatura"
Aeg.n >reybale E" -obert" $3LLJ%"
.a velocidad de lujo de aire aumenta el coeiciente de transerencia de masa, ya que con velocidad del aire mínima, el #eriodo de transerencia de masa se /ace muy lar"o con variaciones muy #eque0as) En la práctica no obtuvimos el coeficiente de transferencia de masa del naftaleno por el factor de velocidad de flujo de aire acelerando as* el proceso, se tuvo como factor a la velocidad de aire m*nima $intemperie% lo cual dificultó el proceso 'aci)ndolo muy largo y con variaciones muy pequeBas"
Aeg.n la página
/tt#122333)cubasolar)cu2biblioteca2$cosolar2$cosolar452678.2articulo59)/tm .a transerencia de masa del nataleno /a sido usada muy recuentemente: sin embar"o, tiene limitaciones que deben ser conocidas #ara su adecuada utili;ación) $stas son1 .imitación #or baja velocidad1
CONCLUSIONES: o
o
o
Ae determinó la difusión del naftaleno a temperatura ambiente" En los procesos de difusión influye muc'o la temperatura y además los procesos de difusibilidad no se dan de la misma manera y a la misma velocidad debido al coeficiente de difusión de una substancia en otra" El naftaleno llega a l estado de sublimarse todo si se le somete a un cambio de temperatura de 3°!, ya que en esta temperatura su difusibilidad es muy rápida llegando a la sublimación en un tiempo menos de 2? 'oras" entonces se concluyó que las difusibilidad del naftaleno dependen de un factor muy importante que es >emperatura -ealizar gráficos de tiempo y pesos seg.n ensayo" Ae realizó graficas seg.n la medición del avance de la difusión del naftaleno en un tiempo transcurrido $t%, con el paso del tiempo encontrando la mejor ecuación para cada"
ANE8OS: 7abla 4)
P"14*&)a)&#
U/*)a)
1órmula qu*mica
Va1" !3@4
#eso molecular
g;mol
324,36
#unto de fusión
!
4,2
#unto triple
!
,24
#unto de ebullición
!
23K,LLJ
Entalp*a de sublimación
M;mol
K,J6
>emperatura cr*tica
!
?K2,5
&ensidad del l*quido $a 4,2J !% $a 32 !% $a 3J !%
g;mJ
L4K, L?6, LJ4,
&ensidad del sólido $a 2 !%
g;mJ
33K5,
!onductividad t)rmica
N;mO
,JJJ
7abla =) Coeiciente de diusión &cm92s- de va#or de nataleno en el aire
-eferencia
Fntervalo
de
temperatura $O%
!'en P Ht'mer C3L62D
1uller et al C3L66D
!aldNell C3L4?D
JJ,2
!'o C3LL2D
24K,66 J2K,32
!'en P Rung C3LLD
2L5,36 J2,36
Ecuaciones
Dna Q
2,2J4"3
6 >3,43
Dna Q
J,LJ"3
6 >3,K5
Dna Q ,46
Dna Q
4,3KK"3
K >3,L4J
Dna Q
3,?L5"3
6 >3,444
REFERENCIAS 'I'LIOGRAFICAS:
-odriguez M"" @enriquez S, aciasac'in 0" $3LL4%" 0 simple experiment for mass transfer" !'e laboratory" #ag 3?23?5" >reybale E" -obert" $3LLJ%" Hperaciones de transferencia de masa" 2° Edición" Editorial ! 8raN @ill"
'ttp;;NNN"cubasolar"cu;biblioteca;Ecosolar;Ecosolar3;@>(;articulo2"'tm !@E=, =" @" G &" 1" H>@E-" T=eN generalized equation for gas diffusion coefficientU">ournal C/emical $n"ineerin" , data K, pp" JK?3, 3L62" 1+((E-, E" ="9 #" &" A!@E>>(E-, G M" !" 8F&&F=8A" T0 neN met'od for prediction of binary gasp'ase diffusion coefficientsU" >ournal C/em) $n"ineerin" , v" 54, 3L66" pp" 3L2K" !0(&RE((, (" T&iffusion coefficient of nap't'alene in air and 'ydrogenU" >ournal C/emical $n"ineerin", vol" 2L, pp" 662, 3L4?" !@H, O"9 >" 1" F-SF=E G M" O0-=F" Teasurement of t'e diffusion coefficient of nap't'alene into airU" ?nternational >ournal o 6eat and 8ass 7ranser , vol" J5, =o" ?, 3LL2" pp" L5KL66"
