Successfully reported this slideshow.
We use your LinkedIn profile and activity data to personalize ads and to show you more relevant ads. You can change your ad preferences anytime.
Coeficientes
de difusión de
los gases
1
Se han empleado numerosos métodos
experimentales para determinar la difusividad
molecular de mezclas gaseosas binarias. Al...
En otro procedimiento, dos gases puros a
presiones iguales se encierran en secciones
independientes de un tubo largo, sepa...
Uno de los métodos más útiles y comunes es el
procedimiento de dos bulbos El aparato consiste en dos
bulbos de vidrio cuyo...
En V1 se introduce A puro y en V2 B puro,
ambos a la misma presión. Se abre la válvula, se
deja que la difusión se verifiq...
6
La difusividad de una mezcla binaria de gases en
la región de gases diluidos, a presiones bajas
cercanas a la atmosférica,...
La deducción utiliza la trayectoria libre media h,
que es la distancia promedio que una molécula
recorre entre dos colisio...
donde DAB es la difusividad en m2/s, T es la
temperatura en K, MA y MB es el peso molecular
de A y B kg masa/kg mol, P la ...
La ecuación de Lennard-Jones es bastante
complicada y con mucha frecuencia no se
dispone de algunas de las constantes como...
Volúmenes atómicos de difusión para el metodo de Fuller, Schettler y Giddingst
11
A través de aire (B) a 1 atm abs, se difunde
butanol normal (A). Usando el método de
Fuller y colaboradores, estime las
di...
DIFUSIÓN
MOLECULAR
EN
LÍQUIDOS
13
La difusión de solutos en líquidos es muy
importante en muchos procesos industriales,
en especial en las operaciones de se...
La velocidad de difusión molecular en los
líquidos es mucho menor que en los gases. Las
moléculas de un líquido están muy ...
Difusión
en
líquidos
16
Debido a que las moléculas de un líquido están
más próximas unas de otras que en los gases,
la densidad y la resistencia a...
En la difusión en líquidos, una de las
diferencias más notorias con la difusión en
gases es que las difusividades suelen s...
1. La expresión general para contradifusión
equimolar, para líquidos en estado
estacionario donde NA = -NB.
DAB (cA1 – cA2...
La ecuación para evaluar NA usa el valor
promedio de DAB, que puede variar con la
concentración, y el valor promedio de c,...
El aspecto más importante de difusión en
líquidos corresponde al soluto A que se difunde
en el disolvente B, estacionario ...
Una solución de etanol (A) en agua (B) en forma de
película estacionaria de 2.0 mm de espesor a 293 K, está
en contacto co...
Coeficientes
de difusión
para liquidos
23
Existen diversos métodos para determinar
experimentalmente coeficientes de difusión
en líquidos. En uno de ellos se produc...
Otro método bastante común se usa una
solución relativamente diluida y otra más
concentrada que se introducen en cámaras
u...
La se incluye difusividades experimentales para
mezclas binarias en fase líquida. Todos los
valores son aplicables a soluc...
Coeficientes de difusión para soluciones líquidas diluidas
27
Difusividades
en
líquidos
28
Las ecuaciones para predecir difusividades de
solutos diluidos en líquidos son semiempíricas,
debido a que la teoría de la...
9.96 x 10-16 T
DAB =
m VA
1/3
Se usó la ley be Stokes para describir el
retardo en la molécula móvil del soluto. Después
s...
La ecuación anterior no es válida para solutos
de volumen molar pequeño. Debido a esto, se
han desarrollado diversas expre...
j es un “parámetro de asociación” del
disolvente: 2.6 para el agua, 1.9 para el metanol,
1.5 para el etanol, 1.0 para el b...
33
Pronostique el coeficiente de difusión de
acetona (CH3COCH3) en agua a 25 ºC y 50 ºC
usando la ecuación de Wilke-Chang.
El...
DIFUSIÓN
MOLECULAR
EN
SÓLIDOS
35
Difusión en
sólidos que
siguen la
ley de Fick
36
Este tipo de difusión en sólidos no depende de
la estructura real del sólido.
La difusión se verifica cuando el fluido o
s...
En general, se emplean ecuaciones
simplificadas. Con la expresión general de la
ecuación para difusión binaria.
dxA cA
NA ...
El término de flujo total, (cA/c)(NA+ NB),
suele ser pequeño cuando está presente,
pues cA/c0 xA es un valor muy bajo.
Por...
En el caso de una difusión radial a través de la
pared de un cilindro de radio interno yI y radio
externo r2 con longitud ...
A través de una membrana de neopreno vulcanizado
de 0.5 mm de espesor, se difunde hidrógeno gaseoso
a 17 ºC y 0.010 atm de...
Upcoming SlideShare
Loading in …5
×

Coeficientes de difusion de gases

28,275 views

Published on

Published in: Science
  • Be the first to comment

Coeficientes de difusion de gases

  1. 1. Coeficientes de difusión de los gases 1
  2. 2. Se han empleado numerosos métodos experimentales para determinar la difusividad molecular de mezclas gaseosas binarias. Algunos de los más importantes son: Uno de ellos consiste en evaporar un líquido puro en un tubo estrecho haciendo pasar un gas sobre el extremo superior. Se mide la disminución del nivel del líquido con respecto al tiempo. 2
  3. 3. En otro procedimiento, dos gases puros a presiones iguales se encierran en secciones independientes de un tubo largo, separados por una división que se retira con lentitud para iniciar la difusión. Transcurrido cierto tiempo se vuelve a introducir la división y se analiza el gas de cada sección. 3
  4. 4. Uno de los métodos más útiles y comunes es el procedimiento de dos bulbos El aparato consiste en dos bulbos de vidrio cuyos volúmenes V1 y V2 están conectados por un capilar de área de sección transversal A y longitud L, de volumen muy pequeño en comparación con V1 y V2. V2 c2 V1 la c1 1 2 z L Válvula L 0 4
  5. 5. En V1 se introduce A puro y en V2 B puro, ambos a la misma presión. Se abre la válvula, se deja que la difusión se verifique por cierto tiempo, se cierra otra vez. Se analizan por separado las mezclas de cada cámara. En la tabla se muestran algunos valores típicos. Los valores van desde 0.05 x 104 m2/s, cuando está presente una molécula grande, hasta alrededor de 1.0 x 104 m2/s en el caso que este presente H2 a temperatura ambiente.5
  6. 6. 6
  7. 7. La difusividad de una mezcla binaria de gases en la región de gases diluidos, a presiones bajas cercanas a la atmosférica, se puede predecir mediante la teoría cinética de los gases. Se supone que el gas consta de partículas esféricas rígidas completamente elásticas en sus colisiones con otras moléculas, lo que implica conservación del momento lineal. No hay fuerzas de atracción o de repulsión entre las moléculas. 7
  8. 8. La deducción utiliza la trayectoria libre media h, que es la distancia promedio que una molécula recorre entre dos colisiones. La ecuación final es 1.8583 x 10-7 T2/3 1 1 1/2 DAB = + P s2 AB WD,AB MA MB 8
  9. 9. donde DAB es la difusividad en m2/s, T es la temperatura en K, MA y MB es el peso molecular de A y B kg masa/kg mol, P la presión absoluta en atm. El término sAB es un “diámetro promedio de colisión” y WD,AB es una integral de colisión basada en el potencial de Lennard-Jones. La integral de colisión WD,AB es una relación que proporciona la desviación de un gas con interacción al compararlo con un gas de esferas rigidas de comportamiento elástico. 9
  10. 10. La ecuación de Lennard-Jones es bastante complicada y con mucha frecuencia no se dispone de algunas de las constantes como sAB, y tampoco es facil estimarlas. Debido a esto, se usa con más frecuencia el método semiempírico de Fuller y colaboradores. 1 x 10-7 T1.75 (1/MA + 1/MB)1/2 DAB = P [(SnA 2)1/3 + (SnB)1/3]2 10
  11. 11. Volúmenes atómicos de difusión para el metodo de Fuller, Schettler y Giddingst 11
  12. 12. A través de aire (B) a 1 atm abs, se difunde butanol normal (A). Usando el método de Fuller y colaboradores, estime las difusividades DAB a las siguientes temperaturas : a) A 0 ºC. b) A 25.9 ºC. c ) A 0 ºC y 2.0 atm abs. 12
  13. 13. DIFUSIÓN MOLECULAR EN LÍQUIDOS 13
  14. 14. La difusión de solutos en líquidos es muy importante en muchos procesos industriales, en especial en las operaciones de separación, como extracción líquido-líquido o extracción con disolventes, en la absorción de gases y en la destilación. La difusión en líquidos también es frecuente en la naturaleza, como en los casos de oxigenación de ríos y lagos y la difusión de sales en la sangre. 14
  15. 15. La velocidad de difusión molecular en los líquidos es mucho menor que en los gases. Las moléculas de un líquido están muy cercanas entre sí en comparación con las de un gas, por tanto, las moléculas del soluto A que se difunde chocarán contra las moléculas del líquido B con más frecuencia y se difundirán con mayor lentitud que en los gases. 15
  16. 16. Difusión en líquidos 16
  17. 17. Debido a que las moléculas de un líquido están más próximas unas de otras que en los gases, la densidad y la resistencia a la difusión en aquél son mucho mayores. Además, y debido a esta proximidad de las moléculas, las fuerzas de atracción entre ellas tienen un efecto importante sobre la difusión. 17
  18. 18. En la difusión en líquidos, una de las diferencias más notorias con la difusión en gases es que las difusividades suelen ser bastante dependientes de la concentración de los componentes que se difunden. 1. Contradifusión equimolar 2. Difusión de A a través de B que no se difunde 18
  19. 19. 1. La expresión general para contradifusión equimolar, para líquidos en estado estacionario donde NA = -NB. DAB (cA1 – cA2) DAB cprom(xA1 – xA2) NA = = (z2 – z1) (z2 – z1) cprom = (r / M)prom = [(r1/M1) / (r2/M2)]/2 19
  20. 20. La ecuación para evaluar NA usa el valor promedio de DAB, que puede variar con la concentración, y el valor promedio de c, que también puede variar con la concentración. Por regla general, en la ecuación se usa un promedio lineal de c. El caso de contradifusión equimolar es muy poco frecuente. 20
  21. 21. El aspecto más importante de difusión en líquidos corresponde al soluto A que se difunde en el disolvente B, estacionario que no se difunde. DAB cprom NA = (xA1 – xA2) (z2 – z1) xBm xBm = (xB2 – xB1) / ln (xB2 / xB1) 21
  22. 22. Una solución de etanol (A) en agua (B) en forma de película estacionaria de 2.0 mm de espesor a 293 K, está en contacto con la superficie de un disolvente orgánico en el cual el etanol es soluble, pero el agua no. Por tanto, NB = 0. En el punto 1, la concentración del etanol es 16.8% en peso y la solución tiene una densidad r1 = 972.8 kg/m3. En el punto 2, la concentración del etanol es 6.8% en peso y r2 = 988.1 kg/m3. La difusividad del etanol es 0.740 x 10-9 m2/s. Calcule el flujo de estado estacionario NA. La difusividad es DAB=0.740x10-9 m2/s. Los pesos moleculares de A y B son MA = 46.05 y MB = 18.02.22
  23. 23. Coeficientes de difusión para liquidos 23
  24. 24. Existen diversos métodos para determinar experimentalmente coeficientes de difusión en líquidos. En uno de ellos se produce una difusión en estado no estacionario en un tubo capilar y se determina la difusividad con base en el perfil de concentraciones. El valor de la difusividad suele depender en gran parte de la concentración del soluto A que se difunde. 24
  25. 25. Otro método bastante común se usa una solución relativamente diluida y otra más concentrada que se introducen en cámaras ubicadas en lados opuestos de una membrana porosa de vidrio sinterizado. La difusión molecular se verifica a través de los pequeños poros del vidrio sinterizado, mientras se agitan ambos compartimientos. 25
  26. 26. La se incluye difusividades experimentales para mezclas binarias en fase líquida. Todos los valores son aplicables a soluciones diluidas del soluto que se difunde en el disolvente. Las difusividades de los líquidos suelen variar en alto grado con la concentración. Por consiguiente, los valores de la tabla deben usarse con precaución fuera del intervalo de soluciones diluidas 26
  27. 27. Coeficientes de difusión para soluciones líquidas diluidas 27
  28. 28. Difusividades en líquidos 28
  29. 29. Las ecuaciones para predecir difusividades de solutos diluidos en líquidos son semiempíricas, debido a que la teoría de la difusión en líquidos no está completamente explicada. Una de las primeras teorías, la ecuación de Stokes-Einstein, se obtuvo para una molécula esférica muy grande, que se difunde en un disolvente líquido de moléculas pequeñas. 29
  30. 30. 9.96 x 10-16 T DAB = m VA 1/3 Se usó la ley be Stokes para describir el retardo en la molécula móvil del soluto. Después se modificó al suponer que todas las moléculas son iguales, cuyo radio molecular se expresa en términos del volumen molar 30
  31. 31. La ecuación anterior no es válida para solutos de volumen molar pequeño. Debido a esto, se han desarrollado diversas expresiones semiteóricas. La correlación de Wilke-Chang puede usarse para la mayoría de los propósitos generales cuando el soluto (A) está diluido con respecto al disolvente (B). T DAB = 1.173 x 10-16 ( jMB)1/2 m VA 0.6 31
  32. 32. j es un “parámetro de asociación” del disolvente: 2.6 para el agua, 1.9 para el metanol, 1.5 para el etanol, 1.0 para el benceno, 1.0 para el éter, 1.0 para el heptano y 1.0 para los disolventes sin asociación. 32
  33. 33. 33
  34. 34. Pronostique el coeficiente de difusión de acetona (CH3COCH3) en agua a 25 ºC y 50 ºC usando la ecuación de Wilke-Chang. El valor experimental es 1.28 x 10-9 m2/s a 25 ºC (298 K). La viscosidad del agua a 25 ºC es mB = 0.8937 x 10-3 Pa . s y a 50 ºC es 0.5494 x 10-3. 34
  35. 35. DIFUSIÓN MOLECULAR EN SÓLIDOS 35
  36. 36. Difusión en sólidos que siguen la ley de Fick 36
  37. 37. Este tipo de difusión en sólidos no depende de la estructura real del sólido. La difusión se verifica cuando el fluido o soluto que se difunde, se disuelve en el sólido para formar una solución más o menos homogénea 37
  38. 38. En general, se emplean ecuaciones simplificadas. Con la expresión general de la ecuación para difusión binaria. dxA cA NA = - cDAB + (NA + NB) dz c 38
  39. 39. El término de flujo total, (cA/c)(NA+ NB), suele ser pequeño cuando está presente, pues cA/c0 xA es un valor muy bajo. Por consiguiente, siempre se desprecia. Ademas, se supone que c es constante para la difusión en sólidos, con lo que se obtiene: cDAB dcA NA = - dz 39
  40. 40. En el caso de una difusión radial a través de la pared de un cilindro de radio interno yI y radio externo r2 con longitud L, 40
  41. 41. A través de una membrana de neopreno vulcanizado de 0.5 mm de espesor, se difunde hidrógeno gaseoso a 17 ºC y 0.010 atm de presión parcial. La presión del H2 al otro lado de la membrana es cero. Calcúlese el flujo específico de estado estacionario, suponiendo que la única resistencia a la difusión es la membrana. La solubilidad S del H2 gaseoso en el neopreno a 17 ºC es 0.05 1 m3 (a PTE de 0 ºC y 1 atm)/m3 sólido.atm y la difusividad DAB es 1.03 x 10-10 m2/s, a 17 ºC. 41

×