UNIVERSIDAD NACIONAL SAN CRISTÓBAL DE HUAMANGA FACULT ACULTAD DE INGENIERÍA INGENIE RÍA QUÍMICA Y MET ME TALURGÍA
ESCUELA DE FORMACIÓN PROFESIONAL DE INGENIERÍA EN INDUSTRIAS ALIMENTARIAS ASIGANATURA ASIGANATURA DE TRANSFERENCIA DE MASA: AI-443
PRÁCTICA N° 0
!DIFUSIÓN MOLECULAR" FECHA FECHA DE PR PRÁCTI ÁCTICA CA 2$% FECH FECHA A DE DE E&TR E&TRE' E'A A 'R)P PRFESRA A)*&A
: 25 de Seti Setiemb embre re de 2013 2013 (Recu (Recuper peraci aci!" !" e# : 03 de ctu ctubr bre e de de 2013 2013 : *i+rc,#e-" 10 . 1 pm/ : I!/ A!!a E'ARRA : Paucarua!ca 4ariuam!" 4ude 6atia
A4AC)CH 4AC)CH . PER7
2013
INTRODUCCIÓN
a tra!-8ere!cia de ma-a p,r di8u-i! m,#ecu#ar e- e# tr!-it, de ma-a c,m, re-u#tad, de u!a di8ere!cia de c,!ce!traci! e! u!a me9c#a/ a- m,#+cu#a- di-ue#ta- de# i,#eta de cri-ta# di8u!de! #e!tame!te de-de #a rei! de a#ta c,!ce!traci!" te!die!d, a c,!ertir u!i8,rme #a c,!ce!traci!/ E-te tip, de di-cu-i! -e debe a# m,imie!t, errtic, de #a- m,#+cu#a- ; -e de!,mi!a di8u-i! m,#ecu#ar/ Se er e# 8e!me!, de# m,imie!t, de #a- part
I# •
•
•
II#
OB$ETIVOS: Di-ti!uir ; di8ere!ciar #a di8u-i! m,#ecu#ar de #a di8u-i! c,!ectia/ Determi!ar #a di8u-iidad para u! ap,r a tra+- de u!a c,#um!a e-ttica de aire ea#uada a #a- c,!dici,!e- de# #ab,rat,ri,/ Ea#uar #a- caracter<-tica- de u!a di8u-i! i!ter8acia#/
INFORMACIÓN BIBLIOGRÁFICA:
II## D%&'(%)* +,./'1# a tra!-8ere!cia de ma-a p,r di8u-i! m,#ecu#ar e- e# tr!-it, de ma-a c,m, re-u#tad, de u!a di8ere!cia de c,!ce!traci! e! u!a me9c#a/ a- m,#+cu#a- di-ue#ta- de cri-ta# di8u!de! #e!tame!te de-de #a rei! de a#ta c,!ce!traci! e! e# 8,!d,/ E-te tip, de di8u-i! -e debe a# m,imie!t, errtic, de #a- m,#+cu#a- ; -e de!,mi!a di8u-i! m,#ecu#ar/ (Ramir, =eta!c,urt" 2003%
a di8u-i! m,#ecu#ar e- e# tra!-p,rte de u!a , m- e-pecie>u
u
J A =− D AB
Ec/ (1%
dC A dz
Para e# e-tudi, de# tra!-p,rte m,#ecu#ar e! medi,- ,b-erad,- c,! re-pect, a u! pu!t, de re8ere!cia" -e c,!-idera e# e8ect, de# m,imie!t, de #a 8a-e a u!a determi!ada e#,cidad media (8a-e #,ba#me!te e! m,imie!t,%" adici,!!d,-e ect,ria#me!te -,bre #a di8u-i! !eta: N A =J A + C A ´u= J A + X A
∑ N
Ec/ (2%
j
a ap#icaci! ; re-,#uci! de #a Ec/ (02%" de acuerd, a #,- ca-,ea#uad,-" permite cua!ti?car #a de!-idad de @u, m,#ar de #a e-pecie A tra!-p,rtad, de!tr, de u! -i-tema" -ueta a ciertac,!dici,!e- di8u-ia-/ E# ca-, ea#uad, e! #a prctica e- #a di8u-i! de# ap,r (de-de #a -uper?cie de# #<>uid, carad, e! e# capi#ar% acia e# t,pe -uperi,r e!ti#ad," a tra+- de u!a c,#um!a de aire e-ttic, (a temperatura ; pre-i! de?!ida%" ta# >ue #a re-,#uci! de #a Ec/ (02% para & = B 0 e-: D AB P N A = ln L RT
(
1−Y A 2 1−Y A 1
Ec/ (3%
)
A partir de #a ariaci! de #a c,#um!a de #<>uid, (p,r eap,raci!" e-taci,!aria% c,! re-pect, a# tiemp," -e determi!a #a de!-idad de @u, m,#ar de# ap,r a tra+- de# aire e-ttic,:
( ) ( )
N A =
ρ A δ L
M A θ
=
Ec/ (%
ρ A L− L0
M A
t
C,mbi!a!d, #a Ec/ (03% c,! #a Ec/ (0% -e determi!a eperime!ta#me!te #a di8u-iidad de# ap,r e-tudiad, e! e# capi#ar" ; c,!-iderad, e# etrem, -uperi,r e!ti#ad, (4A2 D AB=
( ) ( ) ρ A
M A
L
RT δ L P θ
1 ln
(
1−Y A 2 1−Y A 1
=
N A Lm ( RT / P )
) ( ln
1 1−Y A 1
)
≈
0%: Ec/ (5%
De ta# ma!era >ue" para cada t 1 eperime!ta# rei-trad, (i 0% -e debe ,bte!er e# re-pecti, a#,r de di8u-iidad: DD=i" c,!,cie!d, >ue: Lmi=( Li + Lo )/ 2
( )
N Ai=
ρ A Li− L0
M A
t i
Ec/ ($% Para a##ar e# a#,r 4 A1" -e e!tie!de >ue #a i!ter8a-e a-#i>uid, e-t -aturad,: Ec/ (G%
sat
P A 1 P A Y A 1= ≡ P P
a pre-i! de -aturaci! depe!de de #a temperatura ; -e puede determi!ar c,! #a Ec/ De A&TI&E: LnP
sat
= A −
Ec/ (%
B , T + C
Para e# -i-tema e-peci?cad, de Acet,!a . Aire i!re-a!d, #a temperatura e! (6% ; #a pre-i! e! (mmH%" -e tie!e #a- -iuie!te- c,!-ta!te-:
Etraid, de: Cemica# E!i!eeri!J de C,u#-,! ; Ricard-,!K Seu!da edici!" L,#ume! $ Edit,ria# =utterM,!rt Hei!ema!!/ 'reat =ritai! 1NN$
A =16.6513 B=2940.46 C =−35.930
II#2# T1*(&.1.*/% . +( %*.1&/% a tra!-8ere!cia de ma-a -e ba-a e! #a- ##amada- ,peraci,!e- de -eparaci!" para #, cua# -e ace i!di-pe!-ab#e c,mpre!der #a tra!-8ere!cia de ma-a a tra+- de #a- i!ter8a-e-/ a i!ter8a-e , -uper?cie i!ter8acia# -e e!era a# p,!er e! c,!tact, d,- 8a-ei!mi-cib#e-K O ; " e!tre #a- cua#e- -e tra!-8iere p,r #, me!,- u!a e-pecie >u
DIFUSIÓN INTERFACIAL a di8u-i! a tra+- de #a pe#ue 8aci#ita! #a tra!-8ere!cia// p,r ta!t," #a itaci!" ;a -ea ma!ua# , mec!ic, aume!ta e# c,!tact, e!tre #a- 8a-e- p,r>ue di-per-a u!a 8a-e e! 8,rma de partueQa- e! #a ,tra" aume!ta!d, #a -uper?cie de #a d,b#e capa/
III#
ASPECTOS E5PERIMENTALES:
A6 DIFUSIÓN EN UN MEDIO GASEOSO ESTÁTICO # I!-ta#ar e# capi#ar e!ti#ad, -umerid, e! e# baQ, term,-ttic, ; ac,p#ad, c,! #a e-ca#a m+trica raduada/
2# )ti#i9a!d, #a eri!a dep,-itar u! -,#e!te #<>uid, (A% a e-tudiar-e e! e# capi#ar" ta# >ue -e rep,rte u!,- 10 cm de e-paci, e!tre #a -uper?cie de# #<>uid, ; e# t,pe -uperi,r de# capi#ar/ 3# E-tabi#i9ar e# -i-tema" ta!t, t+rmica ; di8u-iame!te/ 4# Rei-trar #a ariaci! de #a a#tura de# e-paci, di8u-i,!a# (% c,! re-pect, a# tiemp, (t%" -e rec,mie!da #a #ectura cada 30 mi!/
RESULTADO: Cuadr, & 1: re-ume! de dat,-/ N° T%.+7, L 8/+6 8+%*6
9 8/+6
SL 8/+6
DAB −3
2
x 10 m / min
¿
2 3 4 ; <
0 30 $0 N0 120 150 10
/5 / 5/1 5/3 5/5 5/G $/0
/$5 /N5 5/20 5/0 5/$0 5/5
0/30 0/$0 0/0 1/00 1/20 1/50
CÁLCULOS: = De!-idad de #a cet,!a
(
"!so#ast$! ai$!− "!so #ast$! a!tona ' ρa(ua ( 40 ) C ) "!so #ast$! ai$!− "!so % 2 &( d )
(
6.5579 −5.7810
ρa!tona =
ρa!tona =
)
6.5579 −5.5688
ρa!tona =779.3467
*( m
3
'
)
' 992.215 *( / m
1000 ( 1 +(
= De #a ecuaci! (%/ LnP
sat
= A −
B T () * ) + C
'
m
3
3
1000 L
=779.3467 ( / L
1/5135 1/$111 1/505 1/$G 1/52 1/5$G
%
LnP
2940.47
sat
=16.6563 −
313 − 35.92
=6.0439
( AntiLn ) LnP sat =( AntiLn ) 6.0439 P
sat
= 421.5338 mm%(
De #a ecuaci! (% sat
P A 1 P A Y A 1= ≡ P P sat
Y A 1=
P A P
=
421.5338 548
=0.7692
De #a ecuaci! (5% ca#cu#am,- #a di8u-iidad para cada tiemp,/
D AB=
( ) ( ) ρ A
M A
´ L
RT δ L P θ
ρ A =779.35 ( / L
1 ln
(
1− Y A 2 1− Y A 1
)
M A= 58.08 ( / mo# Latm mo#)*
R = 0.082
´ =0.0465 m L
(
D AB 2=
(
D AB 2=
779.35 ( / L 58.08 ( / mo#
13.4186 mo#
L −3
D AB 2=
2.2243 x 10
min
)
)
0.0465 m
0.0465 m
2
m
'
( (
0.082
L,atm ( 313 ) * ) mo# ) * 0.72 atm
)
)
−3
35.65 L 3 x 10
1 1.4696
mo#
m 30 min
2
−3
m 30 min
1 ln ( 4.3478 )
=1.5135 x 10− m / min 3
3 x 10
1 ln
(− ) 1
1
0.77
(
D AB 3=
(
D AB 3=
779.35 ( / L 58.08 ( / mo#
13.4186 mo#
L −3
2.3679 x 10
D AB 3=
( (
D AB 4 =
779.35 ( / L 58.08 ( / mo#
13.4186 mo#
L −3
D AB 4 =
2.2111 x 10
2
m
) )
(
(
779.35 ( / L 58.08 ( / mo#
13.4186 mo#
L −3
2.1527 x 10
min
'
2
'
)
)
'
(
mo#
m 60 min
(
m 60 min
1 ln
(− ) 1
1
0.77
1 ln ( 4.3478 )
2
Latm ( 313 ) * ) mo#)* 0.72 atm
)
)
−3
8 x 10
m 90 min
1 ln
(− ) 1
1
0.77
−3
35.65 L 8 x 10
mo#
m 1 90 min ln ( 4.3478 )
=1.5045 x 10− m / min 3
(
−3
6 x 10
=1.6111 x 10− m / min
0.082
1.4697
0.054 m
2
(
)
)
−3
3
1
0.054 m
m
(
L,atm ( 313 ) * ) mo# ) * 0.72 atm
35.65 L 6 x 10
1.4697
0.052 m
m
(
1
0.052 m
min
D AB 5=
D AB 5=
)
0.0495 m
min
D AB 4 =
D AB 5=
)
0.0495 m
0.082
0.082
2
L,atm ( 313 ) * ) mo#)* 0.72 atm
)
)
−3
35.65 L 10 x 10
1 1.4697
mo#
m 120 min
2
m 120 min
1 ln ( 4.3478 )
=1.4647 x 10− m / min 3
−3
10 x 10
1 ln
(− ) 1
1
0.77
D AB 6=
D AB 6=
(
(
779.35 ( / L 58.08 ( / mo#
13.4186 mo#
L −3
D AB 6=
D AB 7=
D AB 7=
2.1431 x 10
)
0.056 m
2
m
min
( (
779.35 ( / L 58.08 ( / mo#
13.4186 mo#
L −3
D AB 7=
)
0.056 m
2.3321 x 10
) )
'
( (
0.0585 m
min
2
'
)
mo#
)
12 x 10
m 150 min
1.4697
ln
(− ) 1
1
0.77
1 ln ( 4.3478 )
2
Latm ( 313 ) * ) mo#)* 0.72 atm
)
)
−3
mo#
m 180 min
−3
15 x 10
35.65 L 15 x 10
1
1
=1.4582 x 10− m / min
0.082
(
−3
m 150 min
−3
3
1.4697
(
L,atm ( 313 ) * ) mo#)* 0.72 atm
35.65 L 12 x 10
1
0.058 m
m
0.082
m 180 min
1 ln
(− ) 1
1
0.77
1 ln ( 4.3478 )
=1.5867 x 10− m / min 3
Cuadr, & 2: re-ume! de re-u#tad,-/ N° T%.+7, L 8+6 9 8+6 8+%*6
2
SL 8+6
DAB −5
2
x 10 m / s
¿
2 3 4 ; <
0 100 3$00 500 G200 N000 1000
0/05 0/0 0/051 0/053 0/055 0/05G 0/0$0
D´ AB= 2.5385 x 10 m / s −5
2
0/0$5 0/0N5 0/0520 0/050 0/05$0 0/055
0/0030 0/00$0 0/000 0/0100 0/0120 0/0150
2/5225 2/$51 2/50G5 2/11 2/303 2/$5
6
POR M>TODO E5PERIMENTAL GRÁFICO
SL 8+6 V(# 8(6 0/02 0/01 0/01 0/01 0/01 0/01 0 0 0
S L-/ t i!ear (S L-/ t%
0
5000
10000
"!ndi!nt!=
( ) ρ A
N A =
N A =
M A
' "!nd ,=
13.4186 mo#
L
-θ
779.35 ( / L 58.08 ( / mo# −5
'
- δ L
8.33 x 10
=
15000
( 0.015 −0 )m =8.33 x 10− ( 180− 0 ) min
5
−5
' 8.33 x 10
Lm=
L6 + L0
Lm=
m
2
( 0.06 + 0.045 ) m 2
min
Lm=0.0525 m
L , m ∈¿ −3 mo#, m
N A = 1.1182 x 10
D AB=
¿
N A Lm ( RT / P ) ln
(− ) 1
1
Y A 1
1.1182 x 10
−3 mo# ,m
D AB= ln
L , min
' 0.0525 m
(− ) 1
1
0.77
'
(
0.082
L,atm ( 313 ) * ) mo#)* 0.72 atm
)
−5
D AB=
2
m / min
5.8706 x 10
1.4697
−3
2
−5
2
' ( 35.6472 )
D AB= 1.4239 x 10 m / min
D AB= 2. 3731 x 10 m / s
POR LA ECUACIÓN DE FULLER D ABo$$!(ida= D ABo
(¿)
1.75
T
( ) Po P
( ) ( )
− 5 313
D ABo$$!(ida=1.09 x 10
1.75
273
−5
760 548
2
D AB T C =1.9203 x 10 m / s
= P,1/.*?. . .11,1 [email protected]%+.* *%/,
|
. . A =
D ABT C − D AB . A
|
. . , A , =
D AB T C −5
1.9203 x 10
|
' 100
−2.5385 x 10−
5
1.9203 x 10
−5
|
' 100
. . A =32.19
= P,1/.*?. . .11,1 [email protected]%+.* 1/,
|
. . / =
D AB T C − D AB . / D AB T C
|
' 100
|
. . / =
−5
1.9203 x 10
−2.3731 x 10− −5
1.9203 x 10
5
|
' 100
. . , / ,= 23.57
B6 DIFUSIÓN INTERFACIAL # Di-cutir #a i!mi-cibi#idad" rea i!ter8acia# ; di-per-i! e-tab#ecida e!tre e# aua ; c#,r,8,rm, #<>uid,-/ 2# b-erar #a di8u-i! de# c,#,ra!te i,#eta de cri-ta# -,bre e# aua e! e# e-tad, m,#ecu#ar ; -,metid, a u!a #iera aitaci!/ 3# A #a -,#uci! #<>uida ,m,+!ea de# i,#eta de cri-ta# e! aua aQadir c#,r,8,rm,K #ue, ,b-erar ; di-cutir #a tra!-8ere!cia de ma-a i!ter8acia#/
IV#
REPORTE DE DATOS:
A6 D%&'(%)* .* '* +.%, (.,(, .(%/, Pre-i! #,ca# : 5 mm 0/G2 atm/ Temperatura (term,-tat,% : 0 C 313 6 <>uid, uti#i9ad, : Acet,!a Tab#a de dat,-:
T 8+%*6 0 30 $0 N0 120 150 10
L 8/+6 /5 / 5/1 5/3 5/5 5/G $/0
DISCUSIÓN: a di8u-iidad de #a acet,!a eperime!ta# a!a#
2
−5
2
D AB=2.3731 x 10 m / s −5
; 2
D AB T C =1.9203 x 10 m / s
a#,r
teric,
c,rreid,:
/ E! #,- a#,re- a; u!a ariaci! >ue
e! p,rce!tae- da 32/1NU ; 23/5GU" p,r #, ta!t, e-t,- a#,re!, puede! -er aceptab#e- c,!-idera!d, >ue debe e-tar de!tr, de# ra!, e-tab#ecid, e-tad<-ticame!te >ue e- c,m, mim, 15U/ V-ta ariaci! -e pud, aber debid, a #ectura >ue -e i9, e! #a #,!itud , #, m- pr,bab#e e! #,- c#cu#,-/
B6 D%&'(%)* %*.1&/% A# aua ; e# c#,r,8,rm, 8,rma! u!a pe#ue ace u!a aitaci! ma!ua# para #ue, aQadir i,#eta de cri-ta#/ Se rea#i9a #a tra!-8ere!cia de ma-a ace#era!d, a tra+- de #aturbu#e!cia- i!ter8acia#e- e! e# aua/ Se -iue aita!d," para #, cua# 8a,rece e# pa-, de# ti!te p,r #a i!ter8a-e" ,m,e!i9!d,-e e# c#,r,8,rm,/ Se area c#,r,8,rm, ; +-ta p,r #a de!-idad baa ##e!d,-e m- e# ti!te" ; a-< -uce-iame!te" a-ta ,bte!er a# aua c,! me!,- ti!te/
V#
CUESTIONARIO: # E@7%/1 ,( (%'%.*.( 1+%*,(:
- I*+%(/%%% 8.*1. '%,(6 Pr,piedad >ue pre-e!ta! d,- , m- #<>uid,- de !, me9c#ar-e u!, c,! ,tr," , de 8,rmar m- de u!a 8a-e" cua!d, e-t! e! c,!tact,/ D,- #<>uid,- i!mi-cib#e- 8,rma! u!a me9c#a turbia >ue c,!tie!e ,ta- pe>ueQ<-ima- de u!, de e##,- i-ib#eme!te -u-pe!dida- e! e# ,tr,/ Si -e dea! e! rep,-," #,- #<>uid,i!mi-cib#e- -e -epara! e! d,- capa- di-ti!ta-/
- D%(7.1(%)* I!teracci! de partue ,rii!a! e# cambi, de #a direcci! de -u- tra;ect,ria- ; e# cambi, de -u e-tad," debid, a #a- caracter<-tica- de# medi, >ue atraie-a!/
- C,.(/.*/% De-aparici! de# #ue ##ea c,!-i, #a di-mi!uci! de# rea -uper?cia# t,ta#/ P,r eemp#," aua e! aceite e! aua , aceite e! aua c,a#e-ce! a# aQadir u!a -a# >ue di-mi!u;e #a te!-i! -uper?cia# de #a- ,ta-/
- S'7.1/%. %*.1&/% E- u! #ui#ibri," ta# >ue #a- c,mp,-ici,!ead;ace!te- a dica -uper?cie puede! >uedar epre-ada- e! 8u!ci! a# 8act,r de partici! , di-tribuci!/
- T1*(&.1.*/% . +( %*.1&/% a i!ter8ace , -uper?cie i!ter8acia# -e e!era a# p,!er e! c,!tact, d,- 8a-e- i!mi-cib#e-: a ; b" e!tre #a- cua#e- -e tra!-?ere p,r #, me!,- u!a e-pecie >uu
VI#
REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA: - */ La#crce# Ca-e-" A/ 'me9 He!- (1N%: T+c!icaa!a#uimica?-ica
