PRACTICA 1. DIFUSIVIDAD DE GASES

1. INTRODUCCION

La transferencia de masa es el fenómeno de transferir gases, líquidos, sólidos

a en una dirección de gradiente direccional a través de un medio como sistema

determinado. Hay dos modos de transferencia de masa:

Las operaciones unitarias de la agroindustria constituyen las etapas físicas,

químicas o bioquímicas que integran los procesos industriales, en los que se

transforman o manipulan los productos alimentarios y no alimentarios. Un

sistema con dos o más constituyentes (mezclas) cuyas concentraciones varían

de un punto a otro presentan una tendencia natural a transferir materia

haciendo mínimas las diferencias de concentración dentro del sistema.

Este fenómeno se llama transferencia de masa o materia. Así, cuando se

coloca azúcar en el café o se destapa un frasco de perfume en una habitación

ocurre este fenómeno. El tiempo necesario para alcanzar una concentración

uniforme de azúcar en el café dependerá si se revuelve o no. Igualmente el

tiempo necesario para que el perfume se distribuya por toda la habitación

variará según que se encienda un ventilador o no. Por lo tanto se puede

deducir cualitativamente que la transferencia de materia dependerá de la

dinámica del sistema. Por lo tanto puede considerarse dos tipos de

transferencia de materia:

 

Transferencia molecular en fluidos en reposo, 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 mezcla de un

potencial eléctrico.

 

Transferencia de materia modificada por la dinámica del sistema.

Llamada también transferencia convectiva.

Según la naturaleza física del medio considerado pueden presentarse

diferentes situaciones, en las que la transferencia de materia se realiza por uno

o los dos mecanismo de transporte considerados.

 

a) Cuando no existe un gradiente de concentración del componente

considerado, si el medio es fluido, sólo puede haber transporte

advectivo. Pero este tipo de problema se estudia como transporte de

cantidad de movimiento y no de materia.

 

b) Cuando existe un gradiente de concentración del componente, y el

medio es un fluido en reposo, la transferencia de materia se realiza por

flujo molecular, siendo debida únicamente a la difusión molecular.

c) Cuando existe un gradiente de concentración y el medio es un fluido que

se mueve en régimen laminar, la transferencia de materia se realiza por

los dos mecanismos.

d) Cuando el medio es un fluido en el que hay turbulencia y gradientes de

concentración, los mecanismos de transporte de materia molecular y

advectivo se presentan simultáneamente.

La difusión es el movimiento, bajo la influencia de un estímulo físico, de un

componente individual a través de una mezcla.

La causa más frecuente de la difusión esun gradiente de concentración del

componente que difunde. Un gradiente deconcentración tiende a mover el

componente en una dirección tal que iguale lasconcentraciones y anule el

gradiente. Cuando el gradiente se mantiene mediante elsuministro continuo de

los componentes de baja y alta concentración, el flujo delcomponente que se

difunde es continuo. Este movimiento es aprovechado en lasoperaciones de

transferencia de materia, por ejemplo; un cristal de sal en contacto conuna

corriente de agua o de una disolución diluida, genera un gradiente de

concentración en las proximidades de la interfase, difundiéndose la sal a través

de las capas de líquido en la dirección perpendicular a la interfase. El flujo de

sal hacia fuera de la interfase está íntimamente mezclado con un sólido

insoluble, el proceso es un ejemplo de lixiviación. Aunque la causa habitual de

la difusión es un gradiente de concentración, la difusión también puede ser

originada por un gradiente de presión, por un gradiente de temperatura o la

aplicación de una fuerza externa. La difusión molecular inducida por un

gradiente de presión (no presión parcial) recibe el nombre de Difusión de

Presión, lainducida por la temperatura es la Difusión Térmica y la debida a un

campo externo es laDifusión Forzada.La práctica realizada muestra un sistema

en el que un líquido A muy volátilcontenido en un capilar se evapora y difunde a

través de un gas B no soluble en ellíquido.Por tanto la práctica tuvo como

objetivos: familiarizarse con los fenómenos detransferencia de masa, hacer

conocer la metodología para el cálculo del coeficiente dedifusividad y

determinación de la velocidad de difusión de un gas y comparar losvalores

obtenidos experimentalmente con los valores encontrados en la bibliografía.

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.

Resulta evidente que 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. En general, el coeficiente de difusión es de un

orden de magnitud 105 veces mayor que en un líquido. No obstante, el flujo

específico en un gas no obedece la misma regla, pues es sólo unas 100 veces

más rápido, ya que las concentraciones en los líquidos suelen ser

considerablemente más elevadas que en los gases.

La difusión molecular en gases es el fenómeno por el cual las moléculas de un

gas se distribuyen uniformemente en el otro gas. También se establece como

la capacidad de las moléculas gaseosas para pasar a través de aberturas

pequeñas, tales como paredes porosas, de cerámica o porcelana que no se

halla vidriada.

Envasar los alimentos es una práctica relativamente reciente que persigue

alargar la vida comercial de los alimentos. Para ello, es necesario que el

alimento no se contamine. El aislamiento es, en este punto, una de las

prioridades fundamentales del envase. Se necesita una impermeabilidad

adecuada a la humedad, al oxígeno o incluso a la luz; pero, al mismo tiempo,

se produce una migración desde los materiales del envase hacia el alimento,

por lo que es necesario controlar el tipo y la calidad del envase con el fin de

impedir que este fenómeno se traduzca en toxicidad para los consumidores.

(RODRIGUEZ, 2006).

2. OBJETIVOS

Determinar experimentalmente el coeficiente de difusividad de

sustancias volátiles

Comparar los coeficientes de difusividad obtenidos experimentalmente

con los valores encontrados en la bibliografía

3. MARCO TEORICO

3.1.Transferencia de Masa Convectiva.

Sucede cuando la masa puede transferirse debido al movimiento global del

fluido. Puede ocurrir que el movimiento se efectúe en régimen laminar o

turbulento. El flujo turbulento resulta del movimiento de grandes grupos de

moléculas y es influenciado por las características dinámicas del flujo. Tales

como densidad, viscosidad, etc. Usualmente, ambos mecanismos actúan

simultáneamente. Sin 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. La transferencia de masa en sólidos

porosos, líquidos y gases sigue el mismo principio, descrito por la ley de Fick.

3.2.Difusión Molecular

Es el movimiento de las moléculas de los componentes de una mezcla debido

a la diferencia de concentraciones existente en el sistema. La difusión de las

moléculas se produce en la dirección necesaria para eliminar gradiente de

concentración. Si se mantiene el gradiente añadiendo continuamente material

nuevo a la región de alta concentración y eliminándolo de la región de baja

concentración, la difusión será continua. Esta situación se presenta a menudo

en las operaciones de transferencia de materia y sistema de reacción (DORAN

M., 1998).

Es el mecanismo de transferencia de masa en fluidos estancados o en fluidos

que están en movimiento, únicamente mediante flujo laminar, aún cuando

siempre está presente hasta el flujo turbulento muy intenso (TREYBAL, 1998).

Ejemplos de Procesos de Transferencia de Masa.

La trasferencia de masa se da en todos los sistemas bioquímicos alimentarios:

-En el proceso tecnológico de enlatados de alimentos

-En los procesos tecnológicos de lácteos y derivados

-En los procesos tecnológicos de frutas confitadas

-En los procesos tecnológicos de tecnología azucarera

3.3.DIFUSION MOLECULAR DE GASES

Es el fenómeno por el cual las moléculas de un gas se distribuyen

uniformemente en el otro gas. También se establece como la capacidad de las

moléculas gaseosas para pasar a través de aberturas pequeñas, tales como

paredes porosas, de cerámica o porcelana que no se halla vidriada.

3.4.LEY DE LA DIFUSIÓN GASEOSA

Fue establecida por Thomas Graham; quien manifiesta lo siguiente: “En las

mismas condiciones de presión y temperatura, las velocidades de difusión de

dos gases son inversamente proporcionales a las raíces cuadradas de sus

masas moleculares.”