PRINCIPIOS DE PROCESO BÁSICOS

CERa/CERb Coeficientes de transferencia de masa y difusión - Versión 10

Se han diseñado dos aparatos de laboratorio independientes para permitir a los estudiantes medir difusividades moleculares y, al hacerlo, familiarizarse con las nociones básicas de la teoría de la transferencia de masa. El aparato de difusividad gaseosa (CERa) trata de la difusión con el flujo global, y el aparato de difusividad líquida (CERb), de un proceso de contradifusión equimolar.

EspecificaciÓn para pedidos

CERa

Aparato montado en banco para la determinación de coeficientes de difusión de un vapor en aire, que utiliza el método de medir la velocidad de evaporación de un líquido a través de una capa estancada a un flujo de aire, y que consta de:
i) Un tubo capilar con diámetro interior preciso, que puede ser llenado con una jeringa, y en cuya parte superior se proporciona un medio para pasar un flujo de aire (o un gas inerte) para eliminar el vapor.

ii) una bomba de aire.

iii) Un microscopio móvil con ajuste de enfoque de precisión y montado de tal forma que se desplaza verticalmente contra una escala con nonio con graduaciones de 1,0mm.

iv) Un baño de agua con control termostático, en el cual se coloca el tubo capilar, capaz de mantener un control preciso sobre la temperatura, desde temperatura ambiente hasta 60 grados centígrados, con precisión de ±1 grado centígrado.

Posibilidades experimentales:

> medición directa de velocidades de transferencia de masa en ausencia de efectos de convección.
> uso de las leyes de los gases para calcular diferencias de concentración en términos de presiones parciales.
> uso de la ley de Fick para medir coeficientes de difusión en presencia de un gas estacionario.
> medición del efecto de la temperatura en los coeficientes de difusión.
> familiarizarse con el uso de instrumentos de laboratorio para obtener mediciones precisas de datos requeridos para el diseño de procesos industriales.

CERb

Aparato montado en banco para la determinación de coeficientes de difusión de componentes en fase líquida. El método utiliza una célula de difusión de tubos capilares, construida de tal forma que permite una contradifusión equimolar entre líquidos de diferente concentración en cada lado de la célula sin que se produzcan efectos de convección.

Los cambios de concentración producidos con respecto al tiempo en un lado de la célula son medidos con el sensor de conductividad y el medidor suministrados, y un agitador magnético mantiene bien mezclada la solución.

La resolución del sensor de conductividad y el medidor es de 0,1 x 10-6 S para una solución salina de 1M con difusión a agua pura.

Es posible obtener valores de difusividad precisos y reproducibles en un periodo de 1,5 horas de prácticas en el laboratorio.

Posibilidades experimentales:

> medición precisa de velocidades de transferencia de masa en ausencia de efectos de convección.
> uso de las leyes de los gases para calcular diferencias de concentración en términos de presiones parciales.
> Uso de la ley de Fick para deducir coeficientes de difusión a partir de mediciones de la velocidad de transferencia de masa y la diferencia de concentración.
> análisis sencillo de un proceso de estado inestable de primer orden.
> efecto de la concentración en los coeficientes de difusión.
> familiarizarse con el uso de instrumentos de laboratorio para obtener mediciones precisas de datos requeridos para el diseño de procesos industriales.

Accesorio de registro de datos (opcional). Permite que las señales del medidor de conductividad usado en la célula de difusión sean visualizadas, registradas y guardadas en una PC suministrada por el cliente, usando un interfaz USB.

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Posibilidades de mediciÓn y enseÑanza

Aparato de coeficientes de difusión gaseosa CERa

> medición directa de velocidades de transferencia de masa en ausencia de efectos de convección
> uso de las leyes de los gases para calcular diferencias de concentración en términos de presiones parciales
> uso de la ley de Fick para medir coeficientes de difusión en presencia de un gas estacionario
> medición del efecto de la temperatura en los coeficientes de difusión
> familiarizarse con el uso de instrumentos de laboratorio para obtener mediciones precisas de datos requeridos para el diseño de procesos industriales.

Aparato de coeficientes de difusión líquida CERb

> medición precisa de velocidades de transferencia de masa en ausencia de efectos de convección
> uso de la ley de Fick para deducir coeficientes de difusión a partir de mediciones de la velocidad de transferencia de masa y la diferencia de concentración
> análisis sencillo de un proceso de estado inestable de primer orden
> efecto de la concentración en los coeficientes de difusión
> familiarizarse con el uso de instrumentos de laboratorio para obtener mediciones precisas de datos requeridos para el diseño de procesos industriales
> opción de utilizar registro de datos en línea y análisis posteriores con microcomputadora.

Aparato de coeficientes de difusión gaseosa CERa

Como extra opcional, el CERb puede ser conectado a una PC usando el paquete de registro de datos, CERb-90IFD-USB

Las lecturas de conductividad en el tiempo pueden registrarse automáticamente, usando factores de escala y tasas de muestreo seleccionados mediante menús. Pueden obtenerse en línea presentaciones tabulares o gráficas, y éstas pueden ser guardadas en disco o imprimidas.

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DescripciÓn a

Aparato de coeficientes de difusión gaseosa CERa

La difusión de un vapor 'A' de un líquido volátil a otro gas 'B' puede estudiarse confinando una pequeña muestra del líquido en un tubo vertical estrecho, y observando su velocidad de evaporación a un flujo de gas 'B' que pasa a través de la parte superior del tubo. Normalmente, para propósitos didácticos sencillos, 'B' es aire y 'A' es un disolvente orgánico, por ejemplo acetona o alcohol metílico.

El aparato consiste esencialmente en un tubo capilar de vidrio colocado en un baño de agua de paredes transparentes de temperatura controlada. Un tubo de vidrio horizontal está sujeto al extremo superior del tubo capilar, y el aire es impulsado por este tubo por una pequeña bomba de aire incluida con la unidad. Este sistema permite mantener una diferencia de presión parcial dentro del tubo capilar, entre la superficie del líquido en evaporación y el flujo de aire. Un microscopio móvil, con escala de nonio deslizante, está montado en un soporte rígido junto al baño termostático, y se utiliza para medir la velocidad de descenso del menisco de disolvente/aire dentro del capilar.

La relación entre la velocidad de transferencia de masa molar medida ('N A' por área unitaria), el gradiente de presión parcial y el coeficiente de difusión D se deduce a partir de la versión de la ley de Fick de estado estable en una dimensión con flujo global:

siendo CA y CB las concentraciones molares del vapor 'A' y del aire 'B' respectivamente.

DescripciÓn b

Aparato de coeficientes de difusión líquida CERb

Armfield ha desarrollado una célula de difusión exclusiva que supera el problema tradicional de la lenta velocidad de difusión en líquidos, que requiere largos periodos de observación, pero sin sacrificar la precisión ni introducir efectos de convección. Básicamente, la célula consta de un panal de capilares de dimensiones precisas, colocado entre dos líquidos de diferente concentración del soluto cuyo coeficiente de difusión ha de determinarse.

En la práctica, se coloca un pequeño volumen de solución concentrada en un lado del panal, mientras que en el otro lado hay inicialmente un gran volumen de disolvente puro (agua). A medida que se produce la difusión del soluto, aumenta la concentración en el volumen mayor, y es monitorizada con un sensor de conductividad y un medidor. La mezcla es removida continuamente con un agitador magnético para asegurar una concentración uniforme dentro del líquido. Aunque el sensor de conductividad puede calibrarse fácilmente para cualquier solución acuosa que se desee, para estudios introductorios se recomiendan soluciones diluidas de cloruro sódico, para las cuales se proporcionan datos de conductividad.

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CaracterÍsticas tÉcnicas A

Aparato de coeficientes de difusión gaseosa CERa

Baño termostático: capacidad 4,0 litros
Resistencia de calentamiento de agua: 500 vatios
Controlador de temperatura: intervalo 0 a 60°C, tipo activado/desactivado
Sensor de temperatura: PTC
Intervalo de nonio: resolución 0 a 70 x 0,10 (mm)

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Características tÉcnicas b

Aparato de coeficientes de difusión líquida CERb

Recipiente de difusión: capacidad 1,0 litro
Medidor de conductividad: intervalo 10-6a 10-2mhos

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Accesorios recomendados

Cronómetro
Desionizador de cartucho

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Productos complementarios

CES: Columna de absorción de gas de pared mojada
UOP3BM: Columna de destilación discontinua
UOP3CC: Columna de destilación con interfaz a computadora
UOP4Mkll: Unidad de extracción sólido-líquido
UOP5: Unidad de extracción líquido-líquido
UOP7: Columna de absorción de gas

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Requisitos

Suministro eléctrico:

CERa-A: 220-240V/monofásico/50Hz
CERa-B: 120V/monofásico/60Hz

CERb-90-IFD-USB
Accesorio de registro de datos
Consta de: dispositivo de interfaz, software y cables. Se requiere una PC (a suministrar por el cliente) con interfaz USB, y Windows.

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Epecificación de transportes

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Dimensiones totales

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Todos los productos Armfield se suministran con una Garantía Extendida de dos años

HOJA DE DATOS

CATEGORÍA DEL PRODUCTO:
Enseñanza de Ingeniería