Contenido ............................................................ ....................................... ....................................... .......................... ...... 2 Introducción........................................ ..................................................4 Generalidades Del Transporte De Masa Molecular ..................................................4 ......................................................... ....................................... .......................................5 ...................5 Difusión Molecular ...................................... ........................................................... .......................................................... ...................................... 7 Difusión Gaseosa.......................................
Demostración Del Cálculo Del Coeficiente De Difusividad Por Medio De La Celda De ........................................................... ....................................... ........................................ .................................. .............. 8 Arnold......................................... ......................................................... ........................................ .............................. .......... 8 Coeficientes De Difusión.....................................
Coeficiente de transferencia de masa en diferentes dispositivos..........................10 ........................................................... ........................................ ............................... ........... 16 Practicas adicionales....................................... .......................................................... ....................................... ........................................ ........................... ....... 19 Conclusión....................................... ............................................................ ......................................................... ..................................... ....... 19 Bibliografa........................................
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Introducción Cuando se mencionan transferencias , hay cosas que se saben en la física física y la termodinámica se sabe que está dividido en tres, los fenómenos de transferencia de calor , momento y masa, en la unida de laboratorio integral se abarcan 3 temas que son las que componen la unidad cada uno de los temas hace referencia a la transferencia de masa, en los procesos químicos es en donde mas se ocupa esta transferencia en donde se requiere la purificación inicial de las materias primas o la separación final de los productos y subproductos. Para cada tipo de transferencia existe un proceso diferente, es necesario entender cada uno de este tipo de transferencia para ponerlos en práctica y así poder ser unos buenos ingenieros en la rama de la química.
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Transferencia de masa os fenómenos de transporte tienen lugar en aquellos procesos, conocidos como procesos de transferencia, en los que se establece el movimiento de una propiedad ! masa, momentum o energía" en una o varias direcciones ba#o la acción de una fuer$a impulsora. %l movimiento de una propiedad se le llama flu#o. os procesos de transferencia de masa son importantes ya que la mayoría de los procesos químicos requieren de la purificación inicial de las materias primas o de la separación final de productos y subproductos. Para esto en general, se utili$an las operaciones de transferencia de masa. Con frecuencia, el costo principal de un proceso deriva de las separaciones !&ransferencia de masa". os costos por separación o purificación dependen directamente de la relación entre la concentración inicial y final de las sustancias separadas' sí esta relación es elevada, tambi(n serán los costos de producción.) *n muchos casos, es necesario conocer la velocidad de transporte de masa a fin de dise+ar o anali$ar el equipo industrial para operaciones unitarias, en la determinación de la eficiencia de etapa, que debe conocerse para determinar el nmero de etapas reales que se necesita para una separación dada. %lgunos de los e#emplos del papel que #uega la transferencia de masa en los procesos industriales son- la remoción de materiales contaminantes de las corrientes de descarga de los gases y aguas contaminadas, la difusión de neutrones dentro de los reactores nucleares, la difusión de sustancias al interior de poros de carbón activado, la rapide$ de las reacciones químicas catali$adas y biológicas así como el acondicionamiento del aire, etc.3 *n la industria farmac(utica tambi(n ocurren procesos de transferencia de masa tal como la disolución de un fármaco, la transferencia de nutrientes y medicamento a la sangre, etc. a transferencia de masa cambia la composición de soluciones y me$clas mediante m(todos que no implican necesariamente reacciones químicas y se caracteri$a por transferir una sustancia a trav(s de otra u otras a escala molecular. Cuando se ponen en contacto dos fases que tienen diferente composición, la sustancia que se difunde abandona un lugar de una región de alta concentración y pasa a un lugar de ba#a concentración.,/,3. *l proceso de transferencia molecular de masa, al igual que la transferencia de calor y de momentum está caracteri$ados por el mismo tipo general de ecuación. *n esta ecuación la velocidad de transferencia de masa depende de una fuer$a impulsora !diferencia de concentración" sobre una resistencia, que indica la dificultad de las mol(culas para transferirse en el medio. *sta resistencia se expresa como una constante de proporcionalidad entre la velocidad de transferencia y la diferencia de concentraciones denominado- 01ifusividad de masa0. 2n valor elevado de este parámetro significa que las mol(culas se difunden fácilmente en el medio. Clasificación general de la transferencia de masa. *l mecanismo de transferencia de masa, depende de la dinámica del sistema en que se lleva acabo. ay dos modos de transferencia de masa-
Molecular! a masa puede transferirse por medio del movimiento molecular fortuito en los fluidos ! movimiento individual de las mol(culas ", debido a una diferencia. 3 laboratorio integral 1
Convectiva! a masa puede transferirse debido al movimiento global del fluido. Puede ocurrir que el movimiento se efecte en r(gimen laminar o turbulento. *l flu#o turbulento resulta del movimiento de grandes grupos de mol(culas y es influenciado por las características dinámicas del flu#o. &ales como densidad, viscosidad, etc. 2sualmente, ambos mecanismos actan simultáneamente. 4in embargo, uno puede ser cuantitativamente dominante y por lo tanto, para el análisis de un problema en particular, es necesario considerar solo a dicho mecanismo. a transferencia de masa en sólidos porosos, líquidos y gases sigue el mismo principio, descrito por la ley de 5ic6.
Generalidades Del Transporte De Masa Molecular *l transporte molecular ocurre en los 3 estados de agregación de la materia y es el resultado de un gradiente de concentración, temperatura, presión, o de aplicación a la me$cla de un potencial el(ctrico. % la transferencia macroscópica de masa, independiente de cualquier convección que se lleve acabo dentro de un sistema, se define con el nombre de difusión molecular ó ordinaria /. *l transporte molecular resulta de la transferencia de mol(culas individuales a trav(s de un fluido por medio de los movimientos desordenados de las mol(culas debido a su energía interna. Podemos imaginar a las mol(culas despla$ándose en líneas rectas con una velocidad uniforme y cambiando su dirección al rebotar con otras mol(culas despu(s de chocar. *ntonces su velocidad cambia tanto en magnitud como en dirección. as mol(culas se despla$an en trayectorias desordenadas, y recorren distancias extremadamente cortas antes de chocar con otras y ser desviadas al a$ar. % la difusión molecular a veces se le llama tambi(n proceso de camino desordenado./ *n la figura se muestra esquemáticamente el proceso de difusión molecular. 4e ilustra la trayectoria desordenada que la mol(cula % puede seguir al difundirse del punto !" al !/" a trav(s de las mol(culas de 7. 1iagrama esquemático del proceso de difusión molecular. *l mecanismo real de transporte difiere en gran medida entre gases, líquidos y sólidos, debido a las diferencias sustanciales en la estructura molecular de estos 3 estados físicos.3 8ases- los gases contienen relativamente pocas mol(culas por unidad de volumen. Cada mol(cula tiene pocas vecinas o cercanas con las cuales pueda interactuar y las fuer$as moleculares son relativamente d(biles' las mol(culas de un gas tienen la libertad de moverse a distancias considerables antes de tener colisiones con otras mol(culas. *l comportamiento ideal de los gases es explicado por la teoría cin(tica de los gases. íquidos- los líquidos contienen una concentración de mol(culas mayor por unidad de volumen, de manera que cada mol(cula tiene varias vecinas con las cuales puede interactuar y las fuer$as intermoleculares son mayores. Como resultado, el movimiento molecular se restringe más en un líquido. a migración de mol(culas desde una región hacia otra ocurre pero a una velocidad menor que en el caso de los gases. as mol(culas de un líquido vibran de un lado a otro, sufriendo con frecuencia colisiones con las mol(culas vecinas.
Coeficientes de difusión gaseosa en celdas de Arnold a tendencia natural de átomos y mol(culas a moverse desde $onas de alta concentración hacia $onas de ba#a concentración se denomina difusión. a difusión se define como el transporte neto debido al movimiento aleatorio' es un fenómeno de transporte de masa por movimiento atómico !en el caso de metales"' de cationes y aniones !en el caso de cerámicas iónicas" y de macromol(culas !en el caso de 4 laboratorio integral 1
polímeros". *sta transferencia permite que muchas reacciones y procesos importantes en la fabricación de un componente o una estructura de ingeniería sean posibles.
5ig, . 1ifusión 9tra definición de difusión es el paso de las mol(culas selectivas de un medio a otro, debido a la diferencia de concentración. la barrera de este transporte son los mismos fluidos. *#emplo- *l fenómeno de difusión se puede demostrar mediante el par difusor formado por la unión de dos metales puestos en contacto !Cu:;i". *stos se somete a alta temperatura durante un largo período de tiempo y luego se enfría. a difusión tiene su origen en los gradientes de concentración de una especie en una me$cla y su aparición provoca modificaciones a las ecuaciones de transferencia. 4e la puede definir como el flu#o de alguna propiedad desde concentraciones altas a concentraciones ba#as, e#emplo de esto son el flu#o de partículas de polen, de sal en el oc(ano, etc. a difusión ocurre en el interior de sólidos, líquidos y gases y se lleva a cabo por las fuer$as impulsoras, en un gradiente que va de mayor a menor' la misma se ve marcada por operaciones de transferencia de calor y materia !los fenómenos de transferencia de masa no se dan si hay una barrera entre ellos" y esta influida por la viscosidad, solubilidad, caudal, tipo de componente y nmero de componentes. %spectos importantes-
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a difusión es el flu#o neto causado por el despla$amiento aleatorio. *l flu#o difusivo es proporcional, pero de signo opuesto, al gradiente de concentración. a difusión acta diluyendo la concentración y reduciendo los gradientes de concentración.
Difusión Molecular
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*s el movimiento de las mol(culas de los componentes de una me$cla debido a la diferencia de concentraciones existente en el sistema. &omándose como e#emplo ilustrativo los casos de un líquido que se evapora en aire o el de vapor hmedo condensando sobre una superficie. *videntemente en las fases gaseosas cerca de las interfaces existiría una concentración de componentes muy diferente de la que existe en el seno de la fase gaseosa y bien ale#ada de la pared. 4i bien estos e#emplos tratan el caso del aire, que es un con#unto de gases, consideraremos en general en lo sucesivo solamente me$clas de solo dos componentes diferentes. &ambi(n se limitará el estudio a los casos en que ambos compuestos no reaccionan químicamente entre sí. % trav(s del tiempo una me$cla no homog(nea variará la distribución de su concentración punto a punto en el espacio. *sta variación tiene dos causas-
a" *l movimiento macroscópico del fluido, convección, que da origen a un me$clado mecánico. b" *l transporte molecular de sustancia de la me$cla de una región del fluido a la otra. *l transporte por esta vía se llama difusión. a difusión tiene su origen en los gradientes de concentración de una especie en la
me$cla. 4u aparición provoca modificaciones a las ecuaciones de transferencia de calor e hidrodinámicas que se han estudiado en &ransferencia de Calor. *n efecto, los procesos de transferencia de masa, de calor e hidrodinámicos no son independientes sino que se encuentran acoplados. 4e anali$ara los alcances de estas relaciones y los criterios para emplear en la construcción de modelos con aplicaciones en ingeniería. 4upongamos que su concentración varía con la posición al lo largo del e#e <. lamemos = a la densidad de corriente de partículas, es decir, al nmero efectivo de partículas que atraviesan en la unidad de tiempo un área unitaria perpendicular a la dirección en la que tiene lugar la difusión. a ley de 5ic6 afirma que la densidad de corriente de partículas es proporcional al gradiente de concentración=> : 1 !?n@?x" a constante de proporcionalidad se denomina coeficiente de difusión 1 y es característico tanto del soluto como del medio en el que se disuelve.
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#n Metales" *l movimiento de los átomos de un metal puro o del elemento base o sovente se conoce como 0difusión propia0, mientras que la difusión de un metal como elemento de aleación en otro metal !base", se conoce como 0difusión sustitucional0 !si la solución que forman ambos elementos es del tipo sustitucional" o 0difusión intersticial0 !si la solución formada es del tipo instersticial". *l movimiento de los átomos dentro de un sólido metálico, en el caso de difusión propia y difusión sustitucional, depende de la existencia de 0sitios vacantes0, las cuales son un tipo de defecto que posee todo metal y el cual es dependiente de la temperatura, su dependencia es de forma exponencial, por lo que a mayor temperatura mayor concentración de sitios vacantes, con el consecuente aumento en la difusión atómica, además de que a mayor temperatura mayor energía poseen los átomos, aumentando por tanto la frecuencia de salto de los mismos de un sitio vacante a otro. (Díaz, F. 2007) *l fenómeno de la difusión se puede demostrar tomando un par difusor formado por dos metales puestos en contacto a trav(s de sus caras !cobre y níquel". %l elevar la temperatura por deba#o de su punto de fusión, durante un largo periodo de tiempo, se puede comprobar por análisis químico postrerior, que la composición de los ha cambiado.
Difusión Gaseosa a teoría del transporte molecular de gases nos permite reali$ar estimaciones ra$onables del factor de separación inherente para aquellos procesos de separación que se basan en velocidades diferentes del transporte molecular en fase gaseosa. % continuacion , se muestra en la siguiente figura tenemos un e#emplo de difusion gaseosa
a me$cla gaseosa a separar esta en el lado i$quierdo de una barrera porosa, por e#emplo una pie$a de metal sinteri$ado conteniendo espacios huecos entre las partículas metálicas. 4e mantiene un gradiente de presión a trav(s de la barrera , con la presión en 7 laboratorio integral 1
el lado del alimento !i$quierdo" mucho mayor que en el lado del producto !derecho". *ste gradiente de presión causa un flu#o de mol+eculas de i$quierda a derecha a trav(s de la barrera de la me$cla gaseosa a separar. 4i esta barrera tiene poros muy peque+os y si la presión del gas es suficientemente ba#a, la trayectoria libre media de las mol(culas gaseosas será grande comparada con las dimensiones del poro. %hora vamos a suponer que la composición del lado de alta presión no cambia apreciablemente a lo largo del agotamiento de una de las especies gaseosas.
Demostración Del Cálculo Del Coeficiente De Difusividad Por Medio De La Celda De Arnold. *l coeficiente de difusión, para un sistema gaseoso, puede ser medido experimentalmente en una celda de difusión de %rnold. Consta de un tubo angosto parcialmente lleno con líquido puro %, !figura ", el cual se mantiene a temperatura y presión constante por medio de un ba+o de agua. 2n gas 7 se hace fluir a trav(s del terminal abierto del tubo' debe tener una solubilidad despreciable en el líquido % al tiempo que debe ser inerte químicamente a (l.
*l componente % se vapori$a y difunde dentro de la fase gaseosa a velocidad de vapori$ación de %, puede ser expresada matemáticamente en t(rminos del flu#o másico o molar. Considere la celda de difusión de %rnold mostrada en la figura , conteniendo un liquido solvente %. a temperatura y la presión de la celda se mantienen constantes tanto como sea posible. 2n flu#o constante de gas insoluble 7 que pasa en la parte superior de la celda establece una película estancada por encima del líquido. *l vapor de % difunde hacia arriba a trav(s de esta película y se me$cla con 7 puro en la parte superior de la celda. *n el tiempo t la celda tiene la profundidad de la interfa$ Ai, medida desde la parte superior de la celda hasta la base del menisco del líquido. 2sando un estado casi estacionario de la solución ideal que regulan la profundidad de la interfa$ se puede desmostar que-
Coeficientes De Difusión *s un valor que representa la facilidad con que cada soluto en particular se mueve en un disolvente determinado. 1epende de tres factores•
&ama+o y forma del soluto
•
Biscosidad del solvente
•
&emperatura %lgunas observaciones sobre el coeficiente de difusión8 laboratorio integral 1
•
*l coeficiente de difusión de un % en otro 7 es sim(trico es decir 1%:7 > 17:%
•
*l coeficiente de difusión es siempre positivo.
•
as unidades del coeficiente de difusión son D/tD: por e#emplo m/@s. 1estaquemos que este tipo de unidades tambi(n las tiene la difusividad t(rmica y la viscosidad cinemática. 1ebido a la naturale$a comple#a de la difusión de masa, los coeficientes de difusión suelen determinarse en forma experimental. a teoría cin(tica de los gases indica que el coeficiente de difusión para los gases diluidos, a presiones ordinarias, es en esencia independiente de la composición de la me$cla y tiende a crecer con la temperatura al mismo tiempo que a decrecer con la presión. 4e pueden estimar, si no se tienen datos me#ores, los coeficientes de difusión para gases a trav(s de la formula surgida de la teórica cin(tica de los gases
con dA y dB los diámetros moleculares de los gases A y B y P la presión del sistema. 9bservemos que aumentando la presion disminuye la difusión. Para líquidos se suele utili$ar la teoría hidrodinámica. 4i se considera el caso de mol(culas grandes y esf(ricas se puede aplicar esta &eoría que da como resultado la fórmula de 4to6es *instein-
*sta fórmula es una buena aproximación con errores del orden del E F. *n la tabla G:, se dan los coeficientes de difusión de algunos gases en el aire a la presión de atm, a varias temperaturas-
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os coeficientes de difusión de los sólidos y de los líquidos tambi(n tienden a crecer con la temperatura, exhibiendo al mismo tiempo una fuerte dependencia respecto a la composición. *l proceso de difusión en los sólidos y los líquidos es mucho más complicado que en los gases y, en este caso, los coeficientes de difusión se determinan casi exclusivamente en forma experimental. *n las tablas G:/ y G:3, se dan los coeficientes de difusión binaria para varias me$clas de gases, así como soluciones sólidas y líquidas, binarias. Con base en estas tablas, se hacen dos observaciones.
*n general, los coeficientes de difusión son los más altos en los gases y los más bajos en los sólidos . os coeficientes de difusión de los gases son mayores que los de los líquidos en varios órdenes de magnitud.
/.
os coeficientes de difusión se in!ementan on la tem"e!at#!a . Por e#emplo, el coeficiente de difusión !y, por lo tanto, la ra$ón de la difusión de masa" del carbono a trav(s del hierro, en el transcurso de un proceso de endurecimiento, se incrementa hasta ) HHH veces conforme se eleva la temperatura desde EHHIC hasta HHHIC. 10 laboratorio integral 1
Coeficiente de transferencia de masa en diferentes dispositivos a transferencia de gases es un proceso importante en el tratamiento de agua, en el caso de las aguas residuales que pueden ser tratadas mediante lodos activados, filtros biológicos y digestión aerobia, la eficiencia depende de la disponibilidad de cantidades suficientes de oxígeno. a teoría más utili$ada para explicar el mecanismo de transferencia de masa en el intercambio gas:líquido es la teoría de la doble capa, el modelo se basa en la existencia de dos capas, una de líquido y otra de gas en la interfase gas:líquido. %mbas capas dan una resistencia al paso de mol(culas de gas entre las fases líquida y gaseosa. *n la transferencia de mol(culas de gas de la fase gaseosa a la líquida, los gases ligeramente solubles encuentran la resistencia principal a la transferencia en la capa líquida, en tanto que los gases muy solubles hallan dicha resistencia en la capa gaseosa. os gases de solubilidad intermedia hallan una importante resistencia en ambas capas. a figura muestra un esquema de las dos capas. a tasa de transferencia del gas es, en general, proporcional a la diferencia entre la concentración existente y la concentración de saturación del gas en la solución. *n forma de ecuación, la relación puede expresarse como-
dC$dt % &La 'Cs ( C) '*) siendo! C > concentración del gas a un tiempo t !mg@" t > tiempo !s" Cs > concentración de saturación del gas !mg@" Ja > coeficiente de transferencia volum(trico !s:". Ja incluye, en este caso, el efecto de la resistencia de una y otra capa, y es tambi(n función del área de la interfase gas:líquido que existe por volumen unitario de fluido.
a concentración de equilibrio del gas disuelto en un líquido es función de la presión parcial del gas en contacto con el líquido. *sta relación viene dada por la ley de enry- Pg >
presión parcial del gas en atmósferas > constante de la ey de enry, está en función de la temperatura y naturale$a del sistema. fracción molar de equilibrio del gas disuelto en la fase líquida, *l oxígeno es relativamente poco soluble en el agua por lo cual es necesario aumentar la interfase agua:aire. *n los procesos de tratamiento de agua la aireación se logra casi siempre con burbu#as de aire que se dispersan en el líquido desde el fondo de los tanques de contacto de 3 a G metros de 11 laboratorio integral 1
profundidad. os dispositivos de aireación más utili$ados son tubos y placas porosas, tuberías perforadas y difusores plásticos o metálicos de diversas formas y tama+os, &ambi(n se emplean dispositivos basados en la formación de esfuer$os cortantes para crear peque+as burbu#as haciendo que un flu#o de líquido choque en un orificio de modo que las burbu#as de aire se rompan en otras de menor tama+o. os aireadores mecánicos consisten, por lo general, en turbinas de alta velocidad que funcionan en la superficie del líquido, parcialmente sumergidas. 4e dise+an de forma que me$clen íntimamente y recirculen grandes volmenes de agua y aire. Para una cantidad dada de aire introducida en un líquido, la superficie disponible por la que puede tener lugar la transferencia de gas aumenta a medida que el tama+o de burbu#as disminuye. a transferencia efectiva de gas depende tambi(n de la agitación del agua. a turbulencia reduce el espesor de la capa líquida y disminuye la resistencia a la transferencia y a la dispersión del gas disuelto una ve$ que haya tenido lugar la transferencia. as burbu#as de aire tienen un efecto ascensional debido al arrastre viscoso y favorecen la turbulencia y circulación del líquido, conforme suben las burbu#as de aire tienden a aumentar de tama+o debido a la reducción de presión y coalescencia. Para un volumen dado de agua, los aireadores se calculan en base a la cantidad de oxígeno transferido por unidad de aire introducido en el agua en condiciones equivalentes de presión, temperatura y naturale$a del agua. os ob#etivos de este estudio son anali$ar la transferencia de oxígeno en agua par a un reactor de columna, alimentando el aire con un difusor de burbu#as de un centímetro de diámetro y compararlo con la aireación a trav(s de un v(nturi, tomando en cuenta el efecto de la recirculación del agua.
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K1&8C es un equipo didáctico que permite a los estudiantes familiari$arse con las nociones teóricas acerca de las operaciones unitarias de transferencia de masa, concretamente de la difusión de un líquido volátil en un gas inerte, obteniendo datos y resultados experimentales muy tiles para la óptima comprensión práctica del proceso y, por tanto, para la formación t(cnica de los alumnos. a determinación experimental del coeficiente de difusión, 1 , para una me$cla binaria, se puede reali$ar mediante un dispositivo tal %7 como una probeta con dimensiones tales que los efectos en los límites del sistema se pueden despreciar. 4upóngase, asimismo, que en su interior se evapora lenta y continuamente un líquido puro %, y que sus vapores se difunden a trav(s de un gas inerte 7. 1urante el experimento, la temperatura y la presión se mantendrán constantes. Por otra parte, sólo se considerará difusión en la dirección del e#e L$M. 1ichas suposiciones se consiguen si se utili$a un capilar de vidrio en lugar de una probeta. 1icho capilar contendrá un disolvente volátil !líquido puro %", y un gas !en nuestro caso, aire" que fluirá hori$ontalmente en r(gimen laminar. Para variar la temperatura del disolvente volátil se dispone de un ba+o termostático, que e#ercerá su función mediante el m(todo conocido popularmente como Lba+o maríaM. *l experimento consistirá en medir la diferencia de alturas en un intervalo de tiempo, para lo cual se dispone de un dispositivo que permite medir distancias. *ste *quipo Controlado desde Computador se suministra con el 4istema de Control desde Computador !4C%1%" de *1N79;, e incluye- el propio *quipo O una Ca#a:Nnterface de Control O una &ar#eta de %dquisición de 1atos O Paquetes 13 laboratorio integral 1
de 4oftare de Control y %dquisición de 1atos, para el control del proceso y de todos los parámetros que intervienen en el proceso.
Con este equipo existen diferentes opciones y posibilidades- : Ntems principales- , /, 3, G, E y ). : Ntems opcionales- Q, R, S, H, y /. Permítanos describir primero los items principales ! a )"- *quipo K1&8C- *quipo de sobremesa. *structura de aluminio anodi$ado y paneles en acero pintado. *lementos principales metálicos en acero inoxidable. 1iagrama en el panel frontal con distribución similar a la de los elementos en el equipo real. 2n tubo capilar de precisión, de vidrio !un tubo capilar de diámetro interior conocido". 7omba de aire con regulación de aire, controlada desde computador !PC", rango- :Q l.@min. 2n sistema óptico con a#uste de enfoque de precisión y montado sobre un elemento de despla$amiento vertical. Tedida de las distancias mediante un sensor de despla$amiento. 2n ba+o de agua !transparente" termostáticamente controlado. Capacidad- 3) litros. Uesistencia de calentamiento !EHH V", controlada desde computador !PC". / 4ensores de temperatura. Nnterruptor de nivel. *l equipo completo incluye tambi(n- 4istema 4C%1% con Control %van$ado en &iempo Ueal y Control PN1. Control %bierto O Tulticontrol O Control en &iempo Ueal. 4oftare de Control *1N79; específico, basado en abvie. &ar#eta de %dquisición de 1atos de ;ational Nnstruments !/EH J4@s, 6ilo muestras por segundo". *#ercicios de calibración, incluidos, que ense+an al usuario cómo calibrar un sensor y la importancia de comprobar la precisión de los sensores antes de reali$ar las mediciones. Compatibilidad del equipo con un proyector y@o una pi$arra electrónica, que permiten explicar y demostrar el funcionamiento del equipo a toda la clase al mismo tiempo. Preparado para reali$ar investigación aplicada, simulación industrial real, cursos de formación, etc. *l usuario puede reali$ar las prácticas 14 laboratorio integral 1
controlando el equipo a distancia, y además es posible reali$ar el control a distancia por el departamento t(cnico de *1N79;. *l equipo es totalmente seguro, ya que dispone de G sistemas de seguridad !mecánico, el(ctrico, electrónico y por softare". 1ise+ado y fabricado ba#o varias normas de calidad. 4oftare opcional C%, que ayuda al usuario a reali$ar los cálculos e interpretar los resultados. *ste equipo se ha dise+ado para poder integrarse en futuras expansiones. 2na expansión típica es el 4istema 4C%1% ;*& de *1N79; !*4;" que permite traba#ar simultáneamente a varios estudiantes con varios equipos en una red local. K1&8C@CN7. Ca#a:Nnterface de Control- a Ca#a:Nnterface de Control forma parte del sistema 4C%1%. Ca#a:Nnterface de Control con diagrama del proceso en el panel frontal, con la misma distribución que los elementos en el equipo, para un fácil entendimiento por parte del alumno. &odos los sensores, con sus respectivas se+ales, están adecuadamente preparados para salida a computador de :HB. a OHB. os conectores de los sensores en la interface tienen diferente nmero de pines !de / a )" para evitar errores de conexión. Cable entre la ca#a:interface de control y el computador. os elementos de control del equipo están permanentemente controlados desde el computador, sin necesidad de cambios o conexiones durante todo el proceso de ensayo. Bisuali$ación simultánea en el computador de todos los parámetros que intervienen en el proceso. Calibración de todos los sensores que intervienen en el proceso. Uepresentación en tiempo real de las curvas de las respuestas del sistema. %lmacenamiento de todos los datos del proceso y resultados en un archivo. Uepresentación gráfica, en tiempo real, de todas las respuestas del sistema@proceso. &odos los valores de los actuadores pueden ser cambiados en cualquier momento desde el teclado, permitiendo el análisis de las curvas y respuestas del proceso completo. &odos los valores de los actuadores y sensores y sus respuestas se muestran en una misma pantalla en el computador. 4e+ales protegidas y filtradas para evitar interferencias externas. Control PN1 en tiempo real con flexibilidad de modificaciones de los parámetros PN1 desde el teclado del computador, en cualquier momento durante el proceso. Control PN1 y on@off en tiempo real para bombas, compresores, resistencias, válvulas de control, etc. Control PN1 en tiempo real de los parámetros que intervienen en el proceso simultáneamente. Control proporcional, control integral y control derivativo, basado en la fórmula matemática real del PN1, mediante cambio de los valores, en cualquier momento, de las tres constantes de control !constantes proporcional, integral y derivativa". Control abierto permitiendo modificaciones, en cualquier momento y en tiempo real, de los parámetros que intervienen en el proceso, simultáneamente. Posibilidad de automati$ación de los actuadores que intervienen en el proceso. &res niveles de seguridad, uno mecánico en el equipo, otro electrónico en la interface de control y el tercero en el softare de control. 1%7. &ar#eta de %dquisición de 1atos- a &ar#eta de %dquisición de 1atos forma parte del sistema 4C%1%. &ar#eta de %dquisición de 1atos PCN !;ational Nnstruments" para ser alo#ada en un slot del computador. 7us PCN. *ntrada analógica- ;mero de canales> ) single:ended R diferenciales. Uesolución>) bits, en )EE3). Belocidad de muestreo hasta- /EH J4@s !6ilo muestras por segundo". Uango de entrada !B"> HB. &ransferencia de datos>1T%, interrupciones, *@4 programadas. ;mero de canales 1T% >). 4alida analógica- ;mero de canales>/. Uesolución>) bits, en )EE3). Táx. velocidad de salida hasta- R33 J4@s. Uango salida!B"> H B. &ransferencia de datos>1T%, interrupciones, *@4 programadas. *ntrada@4alida digital- ;mero de canales>/G entradas@salidas. 5recuencia muestreo de los canales- H a Th$. &empori$ación15 laboratorio integral 1
Contador@tempori$adores>/. UesoluciónContador@tempori$adores3/ bits. K1&8C@CC495. 4oftare de Control y Control PN1O%dquisición de 1atosOTane#o de 1atos- os tres softares forman parte del sistema 4C%1%. Compatible con los sistemas operativos Vindos actuales. 4imulación gráfica e intuitiva del proceso en la pantalla. Compatible con los estándares de la industria. Uegistro y visuali$ación de todas las variables del proceso de forma automática y simultánea. 4oftare flexible, abierto y multi: control, desarrollado con sistemas gráficos actuales de ventanas, actuando sobre todos los parámetros del proceso simultáneamente. Control PN1 analógico y digital. Ten para la selección del PN1 y del punto de consigna requeridos en todo el rango de traba#o. Tane#o, manipulación, comparación y almacenamiento de los datos. Belocidad de muestreo hasta /EH J4@s !6ilo muestras por segundo". 4istema de calibración de los sensores que intervienen en el proceso. Permite el registro del estado de las alarmas y de la representación gráfica en tiempo real. %nálisis comparativo de los datos obtenidos, posterior al proceso y modificación de las condiciones durante el proceso. 4oftare abierto, permitiendo al profesor modificar textos, instrucciones. Passords del profesor y del alumno para facilitar el control del profesor sobre el alumno, y que permite el acceso a diferentes niveles de traba#o. *ste equipo permite que los 3H alumnos de la clase puedan visuali$ar simultáneamente todos los resultados y la manipulación del equipo durante el proceso usando un proyector o una pi$arra electrónica. Cables y %ccesorios, para un funcionamiento normal. Tanuales- *ste equipo se suministra con R manuales- 4ervicios requeridos, Tonta#e e Nnstalación, Nnterface y 4oftare de Control, Puesta en marcha, 4eguridad, Tantenimiento, Calibración y Tanual de Prácticas. E ) WUeferencias de a ) son los items principales- K1&8C O K1&8C@CN7 O 1%7 O K1&8C@CC495 O Cables y %ccesorios O Tanuales están incluidos en el suministro mínimo para permitir el funcionamiento completo. G ± ± 3.
Practicas adicionales 4e pretende concienciar al alumno de la importancia de las operaciones de separación basadas en el equilibrio y, en concreto, de aquellas controladas por la transferencia de materia. %símismo, comprender los fundamentos de las operaciones en contacto continuo e intermitente, y abordar el dimensionamento de las unidades de separación más 16 laboratorio integral 1
relvantes como son la rectificación y la absorción. *l enfoque de la materia será eminentemente práctico, incidiendo en las clases de teoría y problemas en los tipos de problemas más frecuentes a los que se puede enfrentar el futuro ingeniero y dando una descripción de las reglas utili$adas para la selección de equipos. Conocer los fundamentos físicos de la transferencia de energía, materia y carga el(ctrica. 4aber desarrollar las ecuaciones de control que rigen los diferentes mecanismos de transporte.
Teora . Nntroducción a los fenómenos de transporte X 5undamentos. *cuación general de conservación y transporte. X ;iveles de descripción de los fenómenos de transporte- fenomenológico, cin(tico y microscópico. X Procesos irreversibles. eyes fenomenológicas !;eton, 5ic6, 5ourier, 9hm" y coeficiente de transporte !coeficiente de viscosidad, difusión, conductividad t(rmica y el(ctrica". X %plicaciones biológicas- &ransporte activo y pasivo. Potencial de membrana. &ransmisión del impulso nervioso. Totores moleculares. +" Transporte en fluidos! X Caracteri$ación del transporte en fluidos- fluidos netonianos y no netonianos X Bolumen y superficie de control. %plicación de las ecuaciones generales de transporte a los fluidos X &ransporte conductivo y convectivo- convección natural y for$ada X Parametri$ación del transporte en fluidos- nmeros característicos !Ueynolds, Uayleigh, 5roude, Veber, *uler, Cauchy" X *cuación de ;avier:4to6es- condición de capa límite X %plicaciones a casos prácticos- manto terrestre, procesos atmosf(ricos, otros ," Transporte en gases! X 8as ideal. 1istribución de Taxell:7olt$mann. Uecorrido libre medio. Coeficientes de transporte X &eoría cin(tica. *cuación de iouville. *cuación de 7olt$mann. -" Transporte en fases condensadasX Tovimiento broniano. *cuación de angevin. 5unciones de correlación y coeficientes de transporte. 4ubdifusión y superdifusión. ." Transporte a trav/s de membranas! X &ransporte de gases a trav(s de membranas- descripción fenomenológica y microscópica. X Ysmosis. Ysmosis inversa. %plicaciones tecnológicas !desalini$ación, diálisis, ...", y biológicas !transporte pasivo' medio hipertónico, isotónico e hipotónico". 0" Transporte de carga X Procesos de transporte en conductores de Z especie- ecuación de 7olt$mann X Nnterfase electri$ada- transporte a trav(s de la interfase. Potencial de interfase X 5enómenos de difusión- ey de 5ic6 del transporte de carga X Procesos de transporte en conductores de /Z especie- ecuación de 7utler:Bolmer X %plicación de las ecuaciones de transporte de carga a sistemas físicos- unión p:n, contacto metal:semiconductor, emisión de electrones, otras aplicaciones P12CTICA3 D# LAB41AT41I4 X Práctica - &ransferencia de calor en sistemas con y sin cambio de fase. 1eterminación 17 laboratorio integral 1
de coeficientes de transferencia. %plicación- procesos evaporativos:condensativos X Práctica /- &ransferencia de masa- fenómenos difusivos y convectivos. %plicacionesestanques solares X Práctica 3- &ransferencia de carga y masa- sistemas electroquímicos. %plicacionesalmacenadores el(ctricos y celdas de combustible X Práctica G- &ransporte de masa y energía en sistemas con membranas. %plicacionessistemas de ósmosis inversa y destilación con membranas a calificación de la convocatoria extraordinaria de septiembre se obtendrá siguiendo exactamente el mismo procedimiento de evaluación. os contenidos desarrollados en el curso son los contemplados de forma sucinta en el descriptor de la materia en el plano de estudios de la titulaciónLPrincipios básicos. %bsorción. 1estilación y Uectificación0. *l programa de la materia consta de S temas básicos, que se detallan a continuaciónN. Nntrodución y Principios 7ásicos &ema . Nntrodución a la operaciones de transferencia de materia- *quipos &ema /. *quilibrio líquido:gas y líquido:vapor. *l proceso de transferencia &ema 3. Procesos de separación monoetapa- 1estilación flash, destilación diferencial
NN. Contacto Nntermitente &ema G. 4eparación por contacto intermitente entre fases &ema E. Uectificación de me$clas binarias- m(todos de cálculo simplificados NNN. Contacto Continuo &ema ). 4eparación por contacto continuo entre fases &ema Q. %bsorción de me$clas binarias- m(todos de cálculo simplificados. NB. 9tros 4istemas &ema R. 9tros sistemas de separación de componentes- %dsorción &ema S. Nntroducción al estudio de sistemas multicomponentes. % continuación pasa a explicarse, de forma detallada, los contenidos de cada uno de los temas, describiendo, además, los ob#etivos que se pr etenden alcan$ar, subrayando aquellos contenidos más importantes que se deban destacar. *l primer bloque se inicia con un tema de repaso sobre las diversas operaciones de transferencia de materia, para a continuación estudiar de forma más detallada los equipos principales utili$ados en estas etapas. *l tema / es un tema de repaso sobre los principales conceptos termodinámicos a usar en el resto del temario, como los relativos a los equilibrios líquido:gas y líquido:vapor. *n el tercer tema ya se comien$a con el estudio de los procesos de separación más sencillos dentro del campo de la destilación- los 18 laboratorio integral 1
procesos monoetapa. *l bloque / se centra en el estudio de las cascadas de rectificación- sus diversas partes y configuraciones, etc. 4e estudian los fundamentos de los m(todos num(ricos y gráficos más usados, haciendo especial hincapi( en la aplicación del m(todo de TcCabe:&hiele para la resolución de diversos sistemas. *l tercer bloque se centra en las operaciones de separación que se llevan a cabo mediante contacto continuo, tomando como proceso más representativo las columnas de absorción. 4e comien$a este bloque por los conceptos básicos de difusión entre fases, teoría de la doble película, definición y determinación de coeficientes individuales y globales de transferencia de materia, etc. *n el tema siguiente ya se trata la resolución simplificada de sistemas de absorción utili$ando los conceptos de altura de la unidad de transferencia y nmero de unidades de transferencia. *l ltimo bloque consta de dos temas en los que se pretende abordar otros sistemas. *n primer lugar se estudia una operación de inter(s como es la adsorción, especialmente en el tratamiento de líquidos y gases contaminantes. 5inalmente, el ltimo tema tiene como ob#etivo dar una panorámica cualitativa de la problemática de los sistemas multicomponentes, que el alumno tiene posibilidad de abordar nicamente con la ayuda de herramientas informáticas, como el simulador ysys, disponible en otras prácticas de esta titulación, y para el aprovechamiento de las cuales el contenido de esta asignatura se estima como muy importante.
Conclusión *n primer lugar se estudia una operación de inter(s como es la adsorción, especialmente en el tratamiento de líquidos y gases contaminantes. 5inalmente, el ltimo tema tiene como ob#etivo dar una panorámica cualitativa de la problemática de los sistemas multicomponentes, que el alumno tiene posibilidad de abordar nicamente con la ayuda de herramientas informáticas, como el simulador ysys, disponible en otras prácticas de esta titulación, y para el aprovechamiento de las cuales el contenido de esta asignatura se estima como muy importante. 4e vio y observo de una manera muy interesante los tipos de materiales y equipos que se pueden encontrar en un laboratorio es de gran importancia saber su uso adecuado y la importancia en la ingeniería química.
Bibliografa
&ransferencia de masa : monografias.com .monografias.com@traba#osH@[email protected]
pdf Dtransferencia de masa:fundamentos : cubaeduca ... educaciones.cubaeduca.cu@medias@pdf@/)SQ.pdf
Coeficiente de transferencia de masa en diferentes dispositivos ...
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.mitecnologico.com.mx.
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