Informe 6 Transferencia de Masa

 

UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRÉS FACULTAD DE INGENIERÍA INGENIERÍA QUÍMICA, INGENIERÍA AMBIENTAL, INGENIERÍA DE ALIMENTOS e INGENIERÍA PETROQUÍMICA LABORATORIO DE FENÓMENOS DE TRANSPORTE PRQ – 612

INFORME N°6 TRANSFERENCIA DE MASA NOMBRE: Claros Velásquez Richard CARRERA: Ingeniería Ambiental DOCENTE: Ing. Esperanza del Carmen Díaz García FECHA DE REALIZACIÓN: 25 de noviembre de 2021 FECHA DE PRESENTACIÓN: 2 de diciembre de 2021 SEMESTRE: II-2021 LA PAZ – BOLIVIA

 

INFORME N°6 TRANSFERENCIA DE MASA 1. OBJETIVOS 1.1. 

1.2. 

OBJETIVO GENERAL

Analizar el fenómeno de transferencia de masa realizando experimentos caseros.

OBJETIVO ESPECÍFICO

Realizar un experimento donde pueda ser observable la difusión de un líquido a través de otro con ayuda de una fuente de calor.

2. FUNDAMENTO TEÓRICO La transferencia de masa es análoga a la transferencia de calor en muchos aspectos y existe una semejanza entre las relaciones relaciones de ambas. ambas. Debe distinguirs distinguirsee entre la transferen transferencia cia de masa y el movimiento de masas de fluido (o flujo de fluidos) que se presenta en un nivel macroscópico conforme un fluido se transporta de un lugar a otro. La transferencia de masa requiere la presencia de dos regiones con composiciones químicas diferentes y se refiere al movimiento de especies químicas desde una región de alta concentración hacia una de concentración menor. La fuerza impulsora primaria para el flujo de fluidos es la diferencia de presión, en tanto que, para la transferencia de masa, es la diferencia de concentración.

2.1.

Difusión de masa, Ley de Fick 

La ley de Fick de la difusión, propuesta en 1855, afirma que la razón de difusión de una especie química en el espacio de una mezcla gaseosa (o de una solución líquida o sólida) es  proporcional al  gradiente de concentración de esa especie en ese lugar. Aunque una concentración más elevada para una especie significa más moléculas de ella por unidad de volum vol umen en,, la conce concent ntra raci ción ón de un unaa es espe peci ciee pu puede ede ex expr pres esar arse se de var varia iass mane manera ras. s. A continuación, se describen dos formas comunes.

Ley de Fick 

m ˙ dif =

− D AB∗ A∗d C  A

dx

Donde: mdif  =  = Razón de difusión de masa A = Especie química A x = Dirección de difusión CA = Concentración de la especie química A DAB = Coeficiente de difusión

 

2.2.

1. Base másica

En una base másica, másica, la concentración se expresa en términos de densidad (o concentración de masa), masa), la cual es la masa por unidad de volumen. Si se considera un volumen pequeño V  en un lugar dentro de la mezcla, las densidades de una especie (subíndice i) y de la mezcla (sin subíndice) en ese lugar quedan dadas por la siguiente figura:

 Nótese que la fracción de masa de una especie varía entre 0 y 1, y la conservación de la masa requiere que la suma de las fracciones de masa de los constituyentes de una mezcla sea igual a 1. Asimismo, obsérvese que, en general, la densidad y la fracción de masa de un co cons nsti titu tuye yent ntee en un unaa mezc mezcla la va varí rían an co con n el luga lugar, r, a meno menoss que que lo loss gr grad adie ient ntes es de concentración sean cero.

2. 2.2. 2.1. 1. Ba Base se mo mollar En una base base molar, molar, la concent concentrac ración ión se expres expresaa en tér términ minos os de concent concentrac ración ión molar molar (o densidad molar), la cual es la cantidad de materia, en kilo-mol, por unidad de volumen. Por  lo tanto, la concentración molar de una mezcla en un lugar es igual a la suma de las concentraciones molares de sus constituyentes en ese lugar. Una vez más, la fracción molar  de una especie especie varía entre 0 y 1, y la suma de las fracciones molares molares de los constituyent constituyentes es de una mezcla es la unidad. La masa m y el número de moles, N, de una sustancia están relacionados entre sí por m (o, para una unidad de volumen), en donde M es la masa molar  (también llamada peso molecular) de la sustancia. Esto es de esperarse, puesto que la masa de 1 kilo-mol de la sustancia es M kg, por lo que la masa de N kilo-mol es NM kg.

Resistencia a la difusión  Rdif , pared pared =

  L  ρ D AB A

Donde: R dif, dif, pared = Resistencia a la difusión ρDAB = Conductividad térmica A = Area de la pared L = Espesor de la pared

 

3. PRO PROCED CEDIMIE IMIENTO NTO EXP EXPERI ERIMEN MENTAL TAL 3.1. Experimento N N°°1: D Diifusión d dee lleeche een n aaggua Preparar un recipiente transparente con agua a temperatura ambiente. Con una jeringa, absorber leche u otro líquido con temperatura de ebullición menor  al agua. Sumergir salida de líquido la jeringa hasta fondo del de recipiente Verter la la leche poco a poco de sobre el fondo delelrecipiente manera con queagua. la leche  permanezca en el fondo. Calentar la base del recipiente justo debajo de la leche, se puede emplear una vela o un encendedor. Anotar las observaciones.

3.2.

Materiales y reactivos Material y Reactivos

Cantidad

Vasos Agua Leche

2 250 ml 10 ml

De vidrio A temperatura ambiente También se puede emplear otro líquido que

1 1

tenga un punto de ebullición menor al agua. De 20 ml También puede emplearse una vela

Jeringa Encendedor

Observaciones

4. DA DATO TOS S Y RES RESUL ULTA TADO DOS S 4.1. Experimento N°1 FIGURA N°1 10 ml de Leche

Fuente: Elaboración Propia

 

Figura N°2 Recipiente con agua

Fuente: Elaboración propia Figura N°3 Agregando leche al agua

Fuente: Elaboración Propia

 

Figura N°4 Leche en el fondo del recipiente

Fuente: Elaboración Propia Figura N°5

Exposición a fuente de calor 

Fuente: Elaboración Propia

 

Figura N°6 Ascenso de la leche

Fuente: Elaboración Propia

4.2.

Resultados y observaciones

En el experimento se puede observar como al calentar el recipiente, la leche empieza ascender debido a que posee un menor punto de ebullición que el agua. Al mismo tiempo podemos observar como la difusión es función de la temperatura dado que la leche empezó a ascender debido a la presencia de una fuente de calor 

5. CO CONC NCL LUSIO USIONE NES S Se analizó el fenómeno de transferencia de masa realizando experimentos caseros donde los fluidos de estudio fueron; leche y agua. Se pudo comprobar que la difusión se acelera cuando existe una fuente de energía o calor.

6. BIB IBLI LIO OGRAF GRAFÍA ÍA  

Transferencia de Calor y Masa, 4ta edición, Y. Cengel, Afshin Ghajar, 2011. Fe Fenó nóme meno noss de Tr Trans anspor porte te,, 2d 2daa edici edición, ón, Bi Bird rd Byro Byron, n, Warr Warren en St Stua uart rt,, Edwi Edwin n Lightfoot