5. problemas- difusion

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA

DIFUSIVIDAD DE GASES Y LIQUIDOS

Profesor: Ing. Jorge López Herrera

Integrantes:1. Chuquihuamani Collantes, Cesar2. Huamán Aliaga, Andrés3. Palomino Chauca, Jourch Valeriano (F)4. Paucar Blaz, Sasha Vanessa5. Terrones Sánchez, Cindy

Grupo: 05Q

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PROBLEMAS DE DIFUSIVIDAD DE GASES

PROBLEMA 1

Los datos recopilados experimentalmente son: Sistema; Metanol (A)–Aire (B)

Presión total = 585 mm Hg (Manizales)

Temperatura de operación = 43.5°C

Calcular el coeficiente de difusividad

SOLUCION:

P = 585 mm Hg = 0.77 atm (Manizales)

T = 43.5°C = 316.65 K (promedio de la temperatura del baño)

MA= 32 Kg / Kmol (Metanol)

PBG es la presión del aire en el gas, como el gas aire PBG es la presión total del sistema (0.77atm), PBS es la presión del gas en la superficie del líquido (PBS = P -PAS).

tiempo(min)h(cm) X=Z2-Z1(cm)

tiempo(seg)

Y=t/(Z2-Z1)

0 83.7 - 0 -

10 83.65 83.75 600 7.1641791

20 83.58 83.82 1200 14.316392

LABORATORIO DE INGENIERIA II Página 2

tiempo(min) h (cm)

0 83.7

10 83.65

20 83.58

30 83.56

40 83.54

50 83.51

60 83.46

70 83.4

80 83.38

90 83.35

100 83.29

110 83.25

120 83.23

130 83.21

140 83.17

150 83.14

160 83.1

170 83.08

180 83.05

190 83.01

200 82.97

210 82.91

220 82.9

230 82.89

3

30 83.56 83.84 180021.4694656

40 83.54 83.86 240028.6191271

50 83.51 83.89 300035.7611157

60 83.46 83.94 3600 42.887777

70 83.4 84 4200 50

80 83.38 84.02 480057.1292549

90 83.35 84.05 540064.2474717

100 83.29 84.11 600071.3351563

110 83.25 84.15 660078.4313725

120 83.23 84.17 720085.5411667

130 83.21 84.19 780092.6475828

140 83.17 84.23 840099.7269381

150 83.14 84.26 9000106.812248

160 83.1 84.3 9600113.879004

170 83.08 84.32 10200120.967742

180 83.05 84.35 10800128.037937

190 83.01 84.39 11400135.087096


200 82.97 84.43 12000142.129575

210 82.91 84.49 12600149.130075

220 82.9 84.5 13200156.213018

230 82.89 84.51 13800163.294285

83.7 83.8 83.9 84 84.1 84.2 84.3 84.4 84.5 84.60

20

40

60

80

100

120

140

160

180

f(x) = 203.358067699716 x − 17028.2150921526R² = 0.995862929916917

Z2- Z1

t/(Z2-Z1)

Del grafico obtenemos:

m =203.36

Para el metanol:

La densidad del metanol líquido es:

ρAL = 0.791 g /cm3 (Del libro Propiedades de gases y líquidos de Reid)

La ecuación de presión de vapor para el Metanol en función de la temperatura es:


Pv en KPa y T en K

Para T = 316.65 K

Pv = 41.5232 Kpa = 0.4098 atm.

PAS= 0.4098 atm

P = 0.77atm

PBS= 0.77 –0.4098 = 0.3602 atm

De la ecuación:

Reemplando los valores en la ecuación:

Según el libro Fundamentos de Tansferencia de momento, calor y masa (de Welty), la difusividad másica para el Metanol puro en Aire es DAB= 2.1039 m2/s


Problema 2

Calcular el coeficiente de difusividad del cloroformo(A) en aire (B). Se evaporiza A isotérmicamente a 332.2 K

Se tiene información de 2 experimentos sucesivos:

EXP. 1 EXP.2

NIVELES INICIAL 4.1 cm 6.5 cm

FINAL 6.5 cm 7.6 cm

DURACION DEL EXPERIMENTO 43*10^4 seg. 26*10^4 seg.

Solución:

De tablas:

Necesitamos determinar el flujo de transferencia (NA), para el caso de evaporación, tenemos:

Despejando DAB


Como la trayectoria de difusión (z) va estar variando, usamos los estados pseudo permanetes:

Reemplazando en la ecuación:

integrando y ordenando

Reemplazando datos:

Como

Remplazando en la ecuación

De la ecuación de difusividad


De tablas:

MA=112.558

MB=28.851

Para el experimento 1:

Para el experimento 2:


Problema 3

Un investigador determino la difusividad del cloroformo en aire a una temperatura de 25 °C a la presión total 1.0066*10^5 N/m^2.

Utilizando una celda de operación de sección transversal igual a 7.5 *10^-5 m^2, la longitud promedio de la trayectoria de difusión fue 0.181 m, si se evapora 3.12+10^-8m^3 de cloroformo en un periodo de 15 horas de evaporación en estado estacionario.

¿Cuál fue la difusividad del cloroformo en aire a 25 °c. si la Pv del cloroformo es 26665.79 N/m^2

Solución:

A: cloroformo

B: aire


Como es evaporación de gases donde el aire (B) se considera estancado, tenemos:

(1) En (2)

Calculo de PBM


Reemplazando en la ecuación de difusividad:


PROBLEMAS DE DIFUSIVIDAD EN LÍQUIDOS

PROLEMA N°1.De los datos obtenidos en la experiencia, hallar la difusividad en la experiencia:

Θ (seg) K (μS)0 21.3

180 30.7360 35.8540 40.7720 47900 52.41080 58.91260 67.31440 74.31620 831800 92.81980 105.32160 1202340 132.22520 1452700 155.7

Con los datos del cuadro ajustamos a una recta:

Grafica 2: Viscosidad Vs Temperatura

0 500 1000 1500 2000 2500 30000

20406080

100120140160180

f(x) = 0.0487369281045752 x + 13.1051470588235R² = 0.971349515046906

K (μS) vs Θ (seg)

K (μS)

Fuente: Elaboración propia (gráfica en Excel)


Se observa que conforme pasa el tiempo la conductividad del fluido va aumentando, esto se debe a que el electrolito en este caso el cloruro de sodio se va difundiendo en el agua destilada.

Con este ajuste lineal tenemos que m es igual a 0.048 μS/ s o 4.8.10-8 S/s. Ahora se calcula la difusividad:

Calculando total de los capilares:

A=No∗π∗d2

4→A=121∗π∗(0.1cm )2

4→A=0.9503 cm2

Reemplazando en la formula anterior:

DAB=m∗V∗Z

A∗CM∗(C A1−CA 2)

DAB=(4.8 .10−8S/ s) (1000 cm3 )∗(0.5 cm )

(0.9503 cm2 )(0.41 Ω−1

( g−molcm3 ))(2 g−molcm3−0 g−mol

cm3 )

DAB=3.0799 .10−5 cm2

s

PROBLEMA 2.

Del problema anterior hallar la difusividad mediante la ecuación de Nernst

Ahora para comparar con el teórico se recurre a la propuesta para soluciones electrolíticas diluidas, que Nernst (1888) propuso (a dilución infinita):

DAB=R∗T ¿¿

DAB = Coeficiente de difusión dilución infinita, basada en concentración molecular, cm2/s T = temperatura, K.R = Constante de los gases = 8.314 J/(mol - ºK) λ+

0 λ-0 = Conductividad iónica (A/cm2) (cm/V) (cm3/g-equiv).

Na+ = 50.1 Cl- = 76.3 (Hines, A.L. y Maddox, R.M. (1985). “Mass Transfer. Fundamentals and Applications”. Prentice-Hall. New Jersey)Z+ Z- = Valencias del catión y del anión, respectivamente F = constante de Faraday = 96500 C/g-equiv.

Reemplazando los datos tenemos:

DAB=(8.314 J

mol . K ) (296.95 K )( 11+ 11 )( 96500Cg−¿ )

2

( 150.1

+ 176.3 )(( Acm2 )( cmV )( cm

3

g−¿ ))−1


DAB=1.6036 .10−5 cm2

s

REPORTE


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